2.4 系统整体性思想

2.4.1 系统整体性的含义

系统整体性是系统的重要特性之一，整体性思想和原则是系统思想的重要组成部分。朴素的整体思想和观念在古代就已经萌芽。我国古代就已成书的《周易》、《洪范》所描述的八卦、阴阳五行就包含着丰富的整体观，是我国最早用来描述宇宙和生命构成与发展的系统模型。八卦表达了系统有层次的整体结构，而五行体现了整体内在的调控。从《黄帝内经》开始的中医理论，也是中国古代系统思想的代表。黄帝内经《素问·六徽旨大论》指出“故器者，生化之宇，器散，则分之，生化息矣”。器就是系统，大到天地宇宙，小到各有形物体，都可看做系统。中医始终把人体看做具有适应性调节能力的系统，人体的健康和疾病，都是人体这个系统与环境作用的结果。中医还从生理、心理、社会三个方面研究疾病的发展过程。前面提到过的《孙子兵法》，考虑到了战争过程中国外和国内的关系，看到了战争与政治、经济的关系，在分析各方面的矛盾时，把战争与各方面关系形成的统一整体研究得非常透彻。此外，在《老子》、《墨子》、《荀子》等著作中，也都有论述整体中各事物之间的相互联系、相互制约、部分与整体之间辩证关系的内容。

上面列举的这些整体思想，都是我国古代在系统整体观方面的光辉成就，有些思想（例如中医的思想）在当今还在指导着实践，《孙子兵法》一直是国内外军事学的教材。这些简单而朴素的系统思想，十分强调整体、和谐和协调。现代的著名科学家、耗散结构理论的创始人普利高津对此曾有高度评价：“中国传统的学术思想着重于研究整体性和自发性，研究协调和协同。现代科学的发展……更符合中国的哲学思想。”他预言：“西方科学和中国文化对整体性、协同性理解的很好结合，将导致新的自然哲学和自然观。”

在古希腊，许多哲学家也探讨过事物的总体性。亚里士多德曾经说过：“一般来说，所有的方式显示的整体并不是其部分的总和。”后人把这个思想作为系统思想的基本规律。到了近代，德国哲学家黑格尔从辩证关系上论述了整体性思想，指出：世界上任何事物，无论在天上或地下，无论是在自然界还是精神世界，都是许多方面内在联系的整体。

恩格斯分析了自然科学的发展，指出世界表现为一个有机联系的整体，因而自然科学的本质就是“关于过程，关于这些事物的发生和发展以及关于把这些自然过程结合为一个伟大整体的联系的科学”（《路德维希·费尔巴哈与德国古典哲学的终结》）。

现代系统科学研究说明：客观世界从自然界到人类社会，任何事物都是由各种要素以一定方式构成的统一整体，尽管要素可以是物质客体，也可以是一些观念，或者是过程的某些阶段。在结合方式上，既可能是外部方式联系的机械组合（例如机器的装配），也可能是像生物、社会那样以更加复杂方式联系着的有机整体。作为整体性则主要表现为整体联系的统一性，即整体与部分、部分与部分、系统与环境联系的统一性。一个工厂，虽然有不同的车间、不同的加工设备，形态各异，功能不同，但它们都不是孤立存在的，而是按照一定关系，相互协调一致地工作，把原料加工成产品的。

系统整体存在的一个特征是它的有机性。所谓有机性，首先是指系统的要素不论它是能够独立存在（如机器中的齿轮）或是不能独立存在（如人体中的各个器官），都只有在整体中才能体现它具有的部分意义，离开整体就失去作为部分的意义。其次，是指整体特性只有在系统的运动中，整体与部分、部分与部分、系统与环境以及不同层次之间按一定规律进行一定程度的物质、能量、信息的交换，才能以一定的性质和功能体现。可以说，系统的有机性程度，就是整体的组织化程度。

系统整体性的另一个特征是整体的组合效应。在讨论这一效应之前，首先研究一下整体与部分的联系方式以及加和性与非加和性问题。

整体与部分的联系有下列三种方式。第一种是部分在整体中保持着相对的独立性，如齿轮箱中的齿轮，电子装置中的插件板。第二种是部分在整体中，必须改变自己才能与其他部分结合，在整体中不能保持相对独立性，但存在着改变形态离开整体物的可能，如化学性的整体，水分子就是由氢与氧以离子形态结合成的。在水分子中，氢和氧并不保持其独立性，但一旦分解还可转化为氢与氧分子。第三种是部分在整体中上存在，不可能转化为独立物，例如人的手如果离开了人体就不成其为独立的手了。不论哪一种联系形式，部分只是整体制约下的相对独立部分，离开整体就丧失了它作为整体的品格。例如钢铁工业是我国经济整体的一部分，离开了这个整体，既没有原料、运输、能源等的供给保障，又没有需求，就谈不到它本身的存在与发展。

其次，再谈谈加和性与非加和性。整体既然是部分的集合，对于某些性质和度量来说，整体与部分之间存在着加和性。例如一个公司的总产值等于下属各厂的产值之和，一个电子系统的总功耗等于各部件功耗之和，等等。但是系统除了可加和性外，还存在非加和性，这反映在整体内部各部分之间存在着相互作用，某部分孤立存在和作为整体一部分时的性质和行为不同，这种相互作用是整体或者说是系统所具备的。加和性与非加和性既有区别，又互相联系和相互转化，例如氢和氧化合成水

2H2+O2→2H2O

反应式两边既有质量守恒等加和关系，又存在着形成水之后，产生了水在物态性质、化学性质等方面不同于氢、氧的非加和关系。

2.4.2 系统整体性能的涌现

系统形成整体后，产生（涌现出或者说突现出）了系统性能，这是一种质变，这种性能是形成整体前所没有的，这是整体组合效应。例如一个电力系统是由水力发电厂、火力发电厂组成的整体，它具有一些单独电厂不具备的功能：如在检修时可以互为备用，水电火电各尽所长分别承担基荷与峰荷，可以错开用电高峰而节约容量，局部事故可以不间断电力供应等。这些都是电力系统形成后涌现的系统性能、整体性能。

有人引述贝塔朗菲的一般系统论中“整体大于它的各部分的总和”（来源于亚里士多德）的论述，作为系统性原理的一种表达方式，这在概括地说明整体性能的产生上有一定的形象性。但由于整体与部分之间的联系无论在量的方面还是质的方面有着多种复杂的情况，所以简单地用“大于”来表达是不够确切的，应该具体分析整体中各部分结合的不同方式和条件，从功能、从质的方面来研究整体所具有的性质有哪些是各部分所没有的。例如马克思、恩格斯在研究协作、分工、手工业和机器大工业的不同效应时曾指出：“许多人协作，许多力量融合为一个总的力量”，“就造成一种‘新的力量’，这种力量和它的一个个力量的总和有本质的差别”（《马克思恩格斯全集》第三卷，人民出版社1972年版，第166页）。因为这种力量不仅提高了个人生产力，而且创造了一种新的生产力，即集体生产力，它和个人生产力有质的差别。又如拿破仑所描写过的一定数量的骑术不精的法国骑兵，由于形成一个密集队形和严格的纪律，它所显示出来的整体性的新的力量，就能战胜骑术较精、剑法高超、善于单个格斗，但缺乏严格纪律、人数较多的马木留克骑兵。前者整体显示出来的力量大于单个作战的力量之和，而后者则相反。

另一方面，整体虽然是由部分所构成，具有孤立部分所不具有的特性，但是整体同时又丧失了组成部分在孤立状态所具有的某些部分的特性。例如在化学中无论是价电子转移或共有，还是自由电子的存在，都是化学键电性能本质的表现，但这种电子运动的状况在原子内部和在分子内部是有质的区别的，原子在化合成分子时，失去了大部分本来的属性，而保留的只是极少一部分属性。所以整体性的形成，就是系统中各要素某些部分特性的丧失。

一方面是由于质的不同，另一方面又是有得有失，所以单纯地说整体大于部分的总和是不够确切的。倒不如还是用亚里士多德的原意：“一般来说，所有的方式显示的整体并不是其部分的总和”来表述整体性原理较为确切。

涌现具有下列特征。

（1）系统涌现出来的是各要素所形成的一种特定的功能模式，例如前面说到的电力网或者信息网中的互相支持、互为后备。这种模式既提供了新功能，也改变了或者约束了各要素的行为，在电网中的发电厂的运行就受到电网调度的约束。

（2）系统涌现的整体功能常常是不可预测的。有一些虽然是人们预计到并且希望它产生的，但是有时候会出现一些出乎意料的新性能。

（3）涌现具有某种意义上的不可还原性。

关于系统整体性能的涌现机制，根据系统科学的研究，大致出于下面的几种原因：

（1）系统的组成部分之间、层次之间、系统与环境之间的相互作用的非线性。

（2）系统内部存在多样性和差异性，经过必要的组织和集成，产生涌现性。

（3）系统的层次结构（在2.5节将会讲到）、信息的作用，以及环境塑造的结果。

2.4.3 整体性思想在系统工程中的应用

我们在应用整体性思想于系统工程时，首先要明确：系统整体性能是在各组成部分结合成系统之后所产生的，是在质的方面不同于各部分性能的。对于人造的技术系统，我们正是为了获取这种性能才建立这个系统的，整体性能反映为系统的功能。各个组成部分恰当的结合，促使这种整体性得以形成。我国有一句俗话说：三个臭皮匠，顶个诸葛亮，就指的是这样一种结合。但我国还有另外一句俗话说：一个和尚挑水吃，两个和尚抬水吃，三个和尚没水吃。同样也是三个人的集合，为什么反而出现了相反的效应呢？这就是结合得不好，不能成其为系统。

其次，我们还得有全面观点，因为系统整体性能中也有依赖于各部分性能的一些方面。因此为了提高系统效能，首先要提高系统中部分的效能。例如在电子系统中选择优质元器件，在组织队伍中提高各个工作人员的素质等。更重要的是必须适当组合各个要素（部分），发挥整体效应。在同样组成要素条件下，组合得好则整体效应就好。有时要素差一些，组合好了，整体效应也能好。

日常生活中就有这样的例子：球队要把具有不同特长的队员放到相应的位置上，彼此要配合默契。有时候，队员水平很高，但配合不好的球队，还会败于尽管队员水平并不都很高但却配合良好的球队。又如使用可靠性低的元器件也可能构成可靠性高的线路，这需要在线路组织上想办法（见本书讨论系统可靠性的部分）。这就充分显示了整体组合效应。

最后，我们还需要研究系统运动过程中整体性的变化趋势，采取措施以增强整体效应。