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广力协调与系统技术应用
陈叔瑄 陈葆俊
系统是自成体系的组织,即相同或相类的事物按一定的秩序和内部联系组合而成的整体。即系统是由相互作用和相互依赖的若干部分结合而成的,具有特定功能的有机整体。在化学上,常以一定种类和质量的物质所组成的整体研究对象,这个整体称为化学或化工“系统”或体系。在生物上,机体内能够共同完成一种或几种生理功能而组成的多个器官的总称。仿照生物生理功能的系统技术称仿生技术。系统工程是指运用先进科学方法,对“系统”的规划、研究、设计、制造、试验和使用等进行组织管理的技术。许多产品,尤其复杂的产品本身就是一个系统,产品内部各部件之间组合和工艺的协调就是一项很基本,很重要的系统技术。
广义力,包括万有引力、电力、磁力、电磁力、强作用、弱作用等的平衡趋势的主动力和压力、摩擦力、弹性力等交换作用的被动力,都是能量趋势或交换引起的作用,即力的本质是能量趋势和交换及其变换、传递。正因为广义力的能量递换传输本质,系统技术成为可能,并建立在此基础上。也就是说,系统技术的内外协调与能量递换传输密切相关的。系统内部不协调必在整体功能上极大地削弱,甚至失效、失败,它们多半出现能量递换传输或广义力在某些地方进行不下去,即出现故障。排除故障就会恢复协调,使能量递换传输能够进行下去,即恢复正常。
一、系统动态和解释
一个理论体系可构成理论系统,如《物性论》、《思维工程》和其它理论系统,属于理性思维的系统科学,是一个知识系统。但对于实性思维来说,系统通常是指一个复杂产品或生产过程工厂等构成一个系统,如汽车系统、轮船系统、飞机系统、计算机系统、电力系统、交通系统等。一部汽车系统由内燃机、车身、驾驶室、电器等几个子系统构成的,一个子系统又由许许多多零件或机械设备有机联系组合而成的。可见,实性的系统是以一具体事物或产品为对象的内部各部分组成有机联系的整体。
一个科学理论正确否?不仅需要设计验证性实验或预言某些现象发生,更重要的是设计其应用项目或产品项目,只要应用成功就是最有效的验证。应用项目不仅具有验证功能,而且具有为人类直接服务功能,比纯粹验证实验或预言现象更有意义。但不管预言、验证实验,还是应用到具体领域都得经过想象和设计思维,即从理性思维跨跃到实性思维,从本质认识跨跃到现实(实现或呈现实践思维的结果)认识过程。这不仅思维目标内容的改变,而且是思维形式、法则、方法改变,从观念性思维改变为想象性思维。不管怎样,想象性思维必须建立在映象性的感性思维和观念性的理性思维基础上合二而一的结果。
1、系统思维可产生创造
“系统”这个字眼常在学习中提到,如系统地复习而得系统知识。但也往往将知识进行有条理地整理,构成系统知识。许多理论研究实际是常对某个领域、学科的零散资料进行系统贯穿,找到系统规律和产生新的思维方法,甚至有所发现。如《物性论》、《思维工程》等,就是在系统的辩证推理和方法获得系统理论。系统的辩证推理可以类似几何的方法,建立公理体系,如连续物质运动总是自动地趋于均匀、平衡、对称的趋势。在具体的连续物质平动运动条件下趋匀的含义是空间各向的机会均等,意味着正反方向平动总是同时存在,并转化为涡旋运动趋势。它跟演绎推理或因果推理的公理不同之处在于它包含了矛盾运动的意义。正反连续物质平动运动既不纯沿着正向又不纯沿反向运动,而必转化为涡旋运动。这是辩证推理应用典型实例。
应用思维实际上是理性过渡到实性的思维过程或实性返回到理性的思维过程,是理性思维与实性思维交叉的思维方式。在具体应用中主要是理性思维过渡到实性思维方式,它可能是理性思维的推理解释中,推出某些可能出现的现象,即预言需要验证而设计的实验或试验,它也可能是为了理论推广应用而寻找或估计可能使用的场合,它还可能为了某个项目中一个局部应用了这个理论等。不管那种可能都要充分发挥想象性思维,知识广博深入、经验丰富多面和想象力强都有利于发挥想象思维方式。将某个专业或行业中实践经验总结成应用理论或规律,这过程主要是实性返回到理性的思维方式,所构成的论文或著作是以观念性和理性思维为主。它实际上属于实性与理性交叉思维方式。
首次规律应用、性能重组和条件控制的设想、决断、执行所产生的技术制品具有发明创造性的技术,因此这时又可称为创造性技术系统科学。应用思维在实践项目或产品研制,尤其在创造发明思维过程中非常重要的。系统思维就是关照这个系统各种内外关系的思维方式。技术系统是指复杂产品系统,如汽车、飞机等之类产品结构、功能或生产这些产品的工厂都是有机联系的系统。而想象力是实性思维前提条件,跟映象思维丰富程度和观念思维广博程度密切相关的。有了新的想象才能提出新的实践项目,才能产生创造性的新设计和新产品。
任何研制、创造、发明都是在围绕着目标任务,应用已有知识和经验开展各种可能的想象性思维,将各个学科规律、各个领域条件、各个部门产品巧妙地重新组合和条件控制,以产生特有的作用和功能想象。经过可能性和可行性分析选择,甚至开展试验或论证,根据试验成功与否和论证充分作出取舍决断。然后进入执行思维过程,即通过工具设备和零件材料进行加工、装配、调试等操作,而操作的每一步头脑和五官对设计决断结果不断跟踪、反馈、调节、控制、操作进程,以最终达到创造发明的设计要求,造出自然界无法自行产生的人造物质产品。
2、工程系统技术
系统思维实际上是从全局、战略、整体或长远出发进行问题的思考,即把当前与长远,局部与全局,个别与整体结合起来的思维方式。系统广泛存在于自然、社会与思维之中,如生物体内共同完成一种或几种生理功能而组成器官的总体,包括消化系统、呼吸系统、神经系统等。又如一个战略导弹是弹体、弹头、发动机、制导、外弹导测量和发射等部件组成的技术系统。系统可大可小,地球可作为一个系统,一个国家可作为一个系统,一个城市可作为一个系统,一个企业或单位可作为一个系统,甚至一个有机个体或一个复杂产品作为一个系统。不管那一种系统都包含了外部关系和内部各部分或子系统间的关系。
如厦门市这样一个系统如何设计,首先从国内外整体发展观念来看,一个海岛城市发展空间有限,因此发展必需考虑包括同安、集美、杏林、海沧周边区域构成的海湾型城市。其次从厦门岛角度本身,由于历史原因,西海域作为运输港口,北海域作为进岛交通要道和滩涂生产主要区域,南海域主要是厦门大学的大学城,东海域应成开发为国际旅游胜地。再则从整个厦门是以海港为基础,加上空港、信息港和其它配套实施,岛中有五老峰等小山,构成四面背山面海自然环境,完全有条件建成国际花园城市。
一个地区、一个城市、一个大型企业可作为一个系统,而水源、电力和交通则是关键的子系统,因为只有提供足够水源和电力才能保证生产发展、工商业兴旺发达和其它事业进步。选择热力、水力、核力来发电则要根据其资源、交通、财力、环境、技术等各方面情况提出最佳方案,并作出决策决断或决议。如厦门市发展采用截流九龙江水作为供水源子系统,选择建设大型火力发电,如松屿电站供电的子系统等都是明智的决策。在基本建筑的基础上,其它具体建筑项目通常要服从总体安排,这就是具体建筑需要申请和报批等手续根本原因。
3、管理系统
管理决策和其它决断思维过程类似是在获取信息基础上,更多地借用辩证分析思维方式,通过有益和有害因素,有利和不利条件长期战略意义和短期战术任务等矛盾分析,作出决策,尤其是在敌我战争和商场竞争的决策思维过程应用的更多些。它是系统管理决策过程中具有决定意义步骤。技术上可根据可能性、可行性进行决断或决策的,如分析那些优势与劣势的形势,那些已具备与不具备的条件,那些有利与不利的情况,那些优点与缺点方面,那些成熟与不成熟的根据,那些可行与不可行实施等矛盾对立面分析决策。有的通过试验将不成熟根据转化为成熟的根据,不可行通过分时期、分阶段、分局部分步创造条件逐步转化为可行实施。每步每部分实现的积累,最后达到全面、全部、整体上取得成功。
在具体实践中更多地应用决断思维形式,如机电设备和计算机软硬件的维护诊断,疾病的医疗诊断,产品质量的检测,演变过程的预测预报,科技项目的论证决断,城市管理分析决策等的应用。管理系统正在逐步跟电脑结合起来产生现代智能管理系统,成为现代化管理技术的重要部分。一个城市建设在总体的长期方案本身可以委托某些单位设计,但需要充分讨论和论证,形成决策或决议,具体的每一个关键项目同样由某个或某些单位设计,也要经过试验和论证过程,形成决策决断或决议,这样可以减少失策或错误。如厦门白城到和平码头环岛路段落的海边路桥面高低设计就经专家反复论证就是一个实例。在论证基础上修改设计图纸和预算。
二、系统技术应用原理
广义力或能量递换传输的协调是系统技术基础,而系统技术往往以一项产品或建设项目为对象,进行整体、全局和长远的协调应用贯穿于各子系统、各部分、个别具体的设计,称为整体、全局的系统技术规律开拓应用原理。人造各种产品是由不同种类物质性能组合或许多各种局部结构有机组合,以及具体工艺流程和技能技术系统组合,以完成不同于子系统在整体中功能,称为系统技术性能组合原理。系统技术决断和管理决策上从全局、战略、整体、长期出发协调各种关系或解决问题本身就是一种系统管理,如组织系统、军事系统、财务系统等,如建立规章制度和法制来实现系统的指挥管理。甚至可用现代技术形成智能管理指挥系统,如计算机软硬件,称为系统管理技术条件控制原理。
1、系统广义力协调规律应用开拓技术原理
从一个完整功能产品或建筑物的长远利害、全局关系、整体结构、系统技术总体等出发,应用有关系统协调规律进行设计思维过程的方法,形成产品结构技术系统。新的系统规律灵活应用和巧妙组合设计往往是产生创新产品前提,但系统技术离不开采用电器、机械、动力、材料,甚至建筑等众多方面技术,即应用各种主动力和被动力等的作用关系协调。称为系统广义力协调技术规律应用技术原理。随着自然规律认识愈来愈广泛深入,可提供能动巧妙利用的可能性愈多,随着科学技术手段愈高明有效,可巧妙改造、变革物质世界可行性愈大,效果愈好。特别航天系统直辖市技术就是系统综合应用规律和模型的技术领域。系统技术中各种技术并非同等的,平均使用物力、财力和人力等条件,而是其中必有关键部分或者薄弱环节,调配恰当,才会发挥最佳效果。
在我们周围人造物质世界愈来愈丰富,尤其是城市,几乎包围着人们生活环境的每个角落。但不管任何人造物体都不是物质的创生或消灭,只不过改变物质形态而已,或不过根据人类需要按照自然规律巧妙地重新组合利用、改造、变革、培育新物质世界,改变自然环境而已。所出现大量自然界无法自身形成的人造物质形态,如汽车、飞机、轮船、火箭、航天飞船等是人类能动地巧妙利用自然规律和物质条件,通过一定的科学技术手段,特别机械化、自动化、智能化的技术手段来实现的系统技术。自然界不可能自动“长出汽车、飞机、大炮等人造产品的。完全是人思维能动性和系统技术充分发挥的结果。
2、系统技术性能组合技术原理
实践应用是根据愿望、需要和任务而提出的目的要求,然后展开想象思维,通过已学知识和经验,将不同领域的规律巧妙结合而系统应用于一个实践项目中。最常见的是将电磁规律与机械力学规律巧妙结合产生许许多多机电产品,如各种车床、刨床、织布机、纺纱机等,热力规律与机械规律结合产生汽车、蒸汽火车等,热力与电磁规律结合成为发电厂的基本结构部分。实际产品常常建立在众多学科规律的巧妙系统重组应用,人的能动性就在于认识这些规律外的巧妙地将其有机结合起来。自然界往往无法自动地将其结合起来,而人却能发挥智慧,将众多性能零部件巧妙综合重组应用于系统设计,产生出自然界所没有的产品。
汽车、火车、电脑等不可能在自然界中自动地产生的,只能由人的系统组合设计思维产生的,但制造产品是通过工艺过程和技能执行产生的。如系统技术所需要的材料、工具、设备等的加工、组装、调试的分工合作而成的,没有各种技术技能分工合作的协调控制操作就难制造成产品,尤其复杂的产品。创造发明或新项目研制大量思维过程是应用新发现、新知识、新理论的结果或者巧妙地系统组合不同的性能和基本规律、现象的结果,同时也是系统技术控制操作的结果。除了手工、机电操作外,甚至可自动化、智能化操作。从产品或建筑物整体出发,协调工程技术间关系,称为系统技术性能组合原理。
任何一项技术都不是一个人所能完成的,是许许多多人不断改造和变革的结果,发明或首创虽然重要,但没有前人工作的启示和后人继续改革,就不可能产生今天的产品。技术改革的每一步都是在不断地出现矛盾和克服矛盾中前进的。如瓦特蒸汽机的发明是在认识纽考门蒸汽机效率极低的原因,并利用分离式冷凝器和封闭蒸汽汽缸,而大大提高了效率。后来将其与机车、轮船组合,并不断改革,才会有今天产品。瓦特首创高效蒸汽机对产业革命影响功不可抹的,但前承后继为克服矛盾的革新者也不能忽视。
任何一门技术只要是首先的、关键的规律应用性、性能重组性、条件控制性的技术,都应属于某方面的发明或首创,如内燃机首先分别与汽车、轮船、飞机、车床重组都是新技术发明或首创的。为了产品性能提高,需要系统组合的技术愈来愈多,现代的汽车还组合了各种电器技术,构成庞杂的技术系统。一个庞杂的技术系统产品已经包含许许多多知识综合和重组,构成一门专业技术科学。技术科学不同于自然科学,它往往以大型复杂产品类型为基础的综合科学知识和技术方法,一个人能够做的只是其中一部分,许多部分别人已经做过了,可以充分加以利用,避免不必要的重复。
3、系统管理条件控制技术原理
系统管理有社会系统管理、工程技术系统管理和电脑系统管理目前电脑系统管理已深透到几乎所有领域,因此着重讨论电脑。电脑的机器指令集合的程序和数据必需存放在记忆部件的存储器中,存储器中有存放控制器内微操作指令的微程序的控制器存储器,有存放固化程序的只读存储器和存放暂时程序数据的读写存储器等的半导体主存储器,有存放和保存大量的程序和数据的辅助存储器,而主存储器的程序和数据是直接受中央处理器操作对象,它的主体多半由双稳态触发器构成的,每个触发器可存放一位二进制数码。若干位(如8位、16位、32位)的触发器组成一个存储单元,用以存放指令或数据,而为了区别存储单元有必要对其编号,即赋予地址,以便中央处理器通过地址总线送出地址码,经存储器译码部件寻找到该存储单元。然后选通控制信号,将指令码或数据经数据总线进行传送。
计算机最基本最重要任务是实现算术逻辑运算,而实现算术逻辑运算的器件主要是运算器。运算器主要由算术逻辑部件、暂存器、状态寄存器、通用寄存器、专用寄存器组成的,以实现算术四则运算、逻辑运算、移位和为不同寻址方式地址形成计算等。它与控制器合称为中央处理器,在微机中常常制造在一个芯片上。内部通过数据总路线将控制器与运算器连接在一起,外部通过地址总线、数据总线和控制总线与存储器、输入输出设备接口连接在一起,以分别传送地址码、指令数据和控制信号。只要编好机器指令程序和原始数据,计算机就可一步步自动实现操作。构成计算机硬件系统,即构成数字自动控制和系统技术条件控制原理。
计算机软件系统和硬件系统信息处理技术就是众多人员不断努力,才有今天的规模。计算机的操作码、机器指令、汇编语言、高级语言和程序等都是系统技术条件控制的复杂形式。它具有模拟大脑思维的某些系统条件控制功能,即自动化、智能化的控制功能。它较之一般体力操作控制,如跟踪、反馈、测量、比较、处理、调节、调度等要复杂些,但往往更快速、更有效。可以说计算机指令和程序是通过接口器件和外围设备来跟踪测试参量,并对测试参量进行条件比较和数据处理,然后输出反馈和执行操作,以实现系统条件控制和系统功能。现代软件种类繁多,许多社会系统管理也借助于电脑软件的辅助。
三、系统技术应用方法
技术是人根据自然科学知识和实践经验而产生的工艺操作方法和技能,它主要是量度、信息、控制、系统方法和技能,并应用于光电仪表、动力机械、化工材料、建筑环保、生态农业、生理医疗等技术对象。人造产品需要量度尺寸和度、量、衡标准,才能实现自动控制、分工合作和作为社会商品交流,通过规律认识应用,实现用小力气控制调度或自动控制庞大机械,需要测量、变换、传输和反馈,才能有效操作并产生控制操作方法和技能。而一个人造产品,尤其复杂的产品往往是一个众多方面材料、零件、部件、仪表等有机联系的系统,是众多技术产生的系统,因此需要系统整体的设计、系统协调的决断、系统工艺流程或管理指挥的执行,统称系统技术。
在想象或设计思维过程中往往要从整体、全局、长远角度考虑各个部分关系,即系统中分成若干子系统,子系统还可再分更小的子系统之间的关系,以便分工设计,并可协调联结成有机整体。所构成的技术系统或系统工程是重要的复杂系统想象思维方法。开始时,可能是不着边际的幻想或整体草图,再经过合理的能动的技术设计等过程,产生设计图纸或配方或方案,可见,工程系统技术是设想思维的重要方法。
1、系统技术设计方法
合理想象方法是指要改造和变革物质世界或创造新产品必需充分发挥人的能动性、创造性和灵巧性的想象力,想象出自然界不能自行产生而又是人类所需要的物质组合形态或系统运动状态,以便使用。但想象要在广泛认识自然规律及其应用环境条件许可等基础上的合理想象,才会取得新产品有效设计和生产的成果。在自然规律和条件许可下充分利用人的智慧和想象力,利用实性思维形式和法则,开展思维,想象出特有的物质组合形态或系统运动方式,构成特有功能的新产品。这也是人的创造发明思维过程的基本方式,只要所设计的新产品是首例的。创造发明的想象思维开始时可能是不着边际幻想或系统方案想象,但还需通过充分发挥能动性和合理性具体化技术设计。
飞机、火箭、人造卫星、人造行星、宇宙飞船等设备本质是机械,是利用地面自然或人类加工所形成的稳定物质形态或材料设计制造的。如人造卫星设备本身什么形状都可以,有方形、圆柱形或其它形状等,没有自旋及其质量浓缩的纯机械功能。本身包含众多方面的系统的综合的工程技术,它包括特殊材料子系统、火箭动力子系统、机械结构子系统、电子导航子系统等的系统工程。可见航天技术是典型的系统综合技术,是物性理论或广义力的综合应用。空间科技是一门新兴的综合性尖端领域,涉及数学、天文、物理、化学、生物和医学等学科和工业技术发展的成果。
航天技术代表制品,如火箭、飞船和人造卫星、人造行星等实际上还是一种机械系统,这种机械系统只不过脱离地面的空气和地面接触摩擦作用而处于较无阻力状态,具有惯性离心作用。若它们还不能完全脱离重力或太阳引力范围,保持离心作用与引力平衡,并以一定圆切向速度运动。这种圆切向速度方向改变所构成的加速度足以克服重力的机械电器系统则成人造卫星。这种圆切向速度方向改变所构成的加速度足以克服太阳引力的机械电器系统则成人造行星。如果还存在径向速度,可构成飞船。它跟自然天体有本质不同,尽管公转形态类似,没有自动自旋和浓缩质量属性的实物机械。这些都是人类灵巧地组合应用已掌握的各种地面固有成形的物体和机械技术的结果。
根据地球和太阳引力可计得,人造机械天体速度每秒7.91公里,就能克服地心引力作环绕地球的圆周运动,成为人造卫星,称为第一宇宙速度。当人造天体速度达到每秒11.2公里时离开地球而绕太阳运动,成为人造行星,称为第二宇宙速度。当达到每秒16.7公里以上,就可挣脱太阳引力,而沿着一条双曲线飞出太阳系,称为第三宇宙速度。把一个人造天体送入目标轨道,必需达到相应宇宙速度,才能克服地球引力和摩擦阻力,就要消耗大量能量。这些能量通常由化学能转化提供的。
人造天体本身比较重,就需要提供巨大动力的运载多级火箭,一般采用三级火箭。火箭点燃升空,靠燃料和氧化剂时产生高温高压气体向后排出,其反作用力推动前进而加速,由慢到快地一级一级加速,直至达到要求的速度。每级燃料用完熄火,自行分离、脱落,最后剩下有效载体的人造天体。目前火箭燃料多是采用化学燃料的化学反应喷气产生推动力,统称化学火箭,所能产生的速度很有限,难以飞出太阳系。人们已开始研究原子能作动力的原子火箭和想象量子火箭,以便超出化学火箭的速度限制。
运载火箭通常由其核心部件火箭发动机、制导与控制系统、有效载荷的人造天体、支承整个火箭结构的壳体等四个部分组合而成的。制导和控制系统用来控制火箭预定弹道飞行,把人造天体送入目标轨道。航天机械常装有无线电控制或遥感技术控制,以对各级火箭的点火、熄火、脱落、飞行速度、飞行方向、飞行姿态等的遥控,以便对火箭运动状态进行必要的调整和所需要信息传递到地面,远距离测量人造天体和火箭发动机运行,各部分仪器设备工作情况,实验数据测量等。其电源可直接由太阳能转化提供的。
2、系统技术决断方法
系统技术的决断包含工程技术方面决断和管理方面决策,工程技术的项目、产品的局部试验和系统调试是工程系统技术重要技术方法。由于像航天之类技术没有局部或子系统或子系统间协调试验基础上进行数据分析、方法选择和技术验证等的决策决断,就很难完成子系统是否可行作出决断和很难完成系统综合技术设计,更不用说制造。系统局部、整体设计和制造还要进行协调的调试,才能形成系统技术整体的决策决断。
产品论证决策、生产组织、协调执行、组装调试,包括分工合作和市场投入等是组织管理者的基本任务。善于获取信息、出主意、用人(发挥各人作用)、克服矛盾的组织管理者往往是成功的管理者。针对产品技术特点和人力、物力、财力条件,组织车间、班组进行生产。在调查和获取信息基础上,组织人力进行推销和作出各种决策,这些都需要协调管理和统一指挥。管理是一门科学,称为管理科学。管理科学与技术科学相辅相成,如果技术科学是基础,那么管理科学则是主导,是现代技术科学矛盾的两面。
3、系统技术执行方法
在指挥组织施工过程中,每进展一步都要跟踪反馈,并跟原先设计对照,出现偏离或不对头立即调节修正,直到全部完工为止。施工中可能发现设计的不周密或缺点,作为经验,供下次设计时参考。指挥管理建设小型水电站或生产某产品虽是一个小系统。但麻雀虽小,五脏俱全,不但有技术执行问题,也有管理指挥问题,如人力、物力、财力等管理调度,较佳的调度指挥可以保证质量,提高效率,减少返工现象和降低成本。
一个系统由许多子系统组成的,关照协调各子系统间的关系和外部关系,突出解决关键子系统问题,如建筑整体方案的艺术形象思维是具有全局性、战略性、系统性意义的实性思维,尤其那些要求具有时代标志代表作品方案更需要富有创造性想象力来进行想象思维是建筑物灵魂。但工程系统的组织管理和指挥调度是实现目标、完成任务执行的保证。执行过程尽可能创造条件和使用先进工具,调动员工积极性、创造性,以便圆满完成任务。
四、系统技术应用类型
统观技术科学可发现,它实际上是人为灵巧应用和控制自然规律的结果,即重新组合自然和社会规律,控制和变革自然和社会条件,加上计数、量度、测绘、信息等数字、电脑控制技术及其实现,物性理论在各部门、各行业上技术应用,构成了技术科学基本原理。许多人造产品和建筑物是自然界无法天然产生的,就是人发挥了能动性,将自然界难以自动进行的规律模型应用、条件控制、性能组合的过程变成可能可行的系统技术和工艺过程,生产出人类所需要的各种产品。当然有些自然演变积累的天然产物,至今人类还无法模拟的,如天体或生命体。这不妨碍人类掌握的各种人造产品的技术设计制造和生产。
1、仿生系统类型
设计、决策、制造是产品技术的不可缺少部分,产品设计是全面技术知识的人才能做到的,尤其是重大革新产品。仿生技术是利用复杂生物体系统性能应用于科学技术或产品结构技术上的条件控制一种方法。生物体本身就是一个复杂的系统,这个自组织协调系统很多方面值得系统技术和系统管理模仿,产生技术上和管理上非常有效的系统,这是人们积极研究仿生技术和形成仿生学的原因。而且形成一类系统技术类型
生物体的眼、耳、鼻、口舌、皮肤五官的模拟以产生相应的仿生技术。如眼的基本功能是识别图象,以此研制电子蛙眼可感知其前面运动的物体,用于识别飞机、导弹或预防车祸等。眼睛是感觉很重要的感官,它接受光所传递的客观事物之映象。眼睛结构有些像照相机,客观事物映象光线射到眼球后壁的膜,通过神经并行、或串行地传入大脑产生感觉形成印象。仿生电子蛙眼就具有眼睛的作用,导线就具有神经的作用,电脑就具有大脑的作用,将获得的信息数据与已存储的信息,如飞机、导弹、地面障碍物等相比较以识别这些事物。
人的耳朵是能够接收声音的感官。人的耳朵大体由外耳鼓模的中耳鼓室、内耳的耳蜗神经组成的,声音通过空气传播到耳模,引起耳模相应振动,经中耳鼓室和内耳蜗神经传入大脑而感觉到声音。其它生物类似,但有的用超声波或其它信息来实现感觉的。如蝙蝠、鸟、蜜蜂等生物定向导航模拟而研制超声定位、热定位、电磁定位、气味定位等器件。这些定位器件相当于自动化仪器仪表传感器变换成电信号,经放大送电脑处理,以达到定位控制。
人和生物的许多感官可以被模拟的,如位于鼻腔内的嗅细胞的嗅感受器当接受到物体气味分子,受化学反应剌激,经神经传入大脑而产生嗅觉和印象。如位于口腔粘膜细胞的味感觉器,当食物水溶液送入口腔化学剌激,经神经传入大脑而产生味觉和印象。模拟嗅感受器和味感受器也是仿生技术中重要方面。又如模拟神经网络制造学习机、翻译机、识别机等自组织机,已成为电子计算机仿生技术进一步发展的重要组成部分。
对生物的进一步了解必然带来农业、林业、畜牧业、渔业、医学和其它事业的技术发展,加上仿生技术进步。视、声、溴、味和其它的感受器实际上将信息载体能量子流或场质,通过神经细胞系统内外交换传递,到了大脑产生相应的感觉和印象,包括图象、声象、嗅象、味象和其它感觉印象。生命的递传理论,包括场质或能量子递传理论和模拟生命的某些过程所产生的技术必在这些学科行业中生根发芽、开花结果的。仿生技术是系统技术的一个方面、一个类型,也是现代技术发展的重要方向之一。
2、电脑技术系统类型
系统技术的特点:首先在研究或研制方法上整体化,它把研究对象或过程作为一个整体,并可分成若干个子系统,技术上要求各子系统间从整体协调它们之间矛盾和关系,即一切从整体出发,局部服从整体。其次技术应用上综合化,究技术本身不一定有什么新的突破,然而技术的综合体应用所起的作用是单一新技术都无法实现或完成的功能作用,如计算机系统虽由控制器、运算器、存储器、接口器件、外设等各个子系统组成的,但可完成各子系统单独无法完成的各种程序运行和复杂的智能控制,是性能重组基本原理的重要思维方法之一。再次系统技术最典型应用是电脑的硬件系统和软件系统。系统技术最典型应用是电脑的硬件系统和软件系统。
系统技术与纯理论不同之处在于技术通常是以一个应用目标或产品项目综合各方面有关知识,如设计和生产汽车系统就需要综合众多学科知识、众多行业经验,包括机械、动力、电器、化工等等有关的知识和经验。因此它是围绕着应用目标或项目综合有关知识和经验,即在应用上使用理性知识或自然规律,甚至巧妙地将不同领域的自然规律甚至社会规律按一定方式重新组合起来。一个大型设计需分成许多具体部门设计或子系统,但要有一个总系统设计进行其中的协调,应用科学则成为总设计和具体设计的指导理论,并在此指导下充分发挥合理性和能动性。无指导的盲目设计容易失去合理性而易造成返工浪费或失败,也难以充分发挥能动性和提高效率。
飞机在大气层飞行要制成流线型,以减少大气阻力,而人造天体在大气层外飞行,所受阻力很微小,机械外形不必采用流线型,可以根据需要设计成各种各样形状,如球形、圆柱形、方形、多面体等和外加其它设备。人造地球卫星按用途可设计成侦察卫星、气象卫星、电视广播卫星、通信卫星、导航卫星、地球资源卫星、地震卫星、科学探测卫星等。总之各种卫星和人造天体都是机械设备,是地面已成型实物制成的。跟自然天体有质的不同,不具备自然天体的自旋或涡旋浓缩质量的属性和功能。
3、建设管理系统类型
系统技术还跟社会密切相关的,除技术系统本身之外,还有如规划、组织、方案、决策、工程进度、经济效益等管理问题,管理科学化才能充分发挥技术效能,属于技术系统的一个方面,也是系统性能的重要应用。生产发展到了机械工具设备操作和控制阶段,生产社会化、企业化、商品化,要提高效率,就需要分工合作。因为一个人不可能每项操作和控制都能精通熟练,一个产品,尤其像汽车之类的复杂产品,从头到尾由一个人操作,不但效率低下,而且产品质量差和数量少,甚至不可能生产出合格产品。
这样的设计、决策、执行都由很多人分工进行的,但设计分工需要总工程师进行总设计和协调各部分设计间的关系。决策分工需要总指挥(董事长或总经理、领导人、负责人)在人力、物力、财力上进行统一调度和分若干部门(如人事、财务、供销等部门)分析、安排、预算等工作后作决定或决议,甚至建立规章制度,以保证分工合作职责分明和顺利付诸执行,甚至借助于电脑管理软件系统实现管理。
生产自动化系统工程技术广泛应用于纺织(棉纺、织布、混纺等)、化工(石油、化肥、塑料、橡胶等)、重工(冶金、机械、汽车、造船等)、轻工(造纸、制糖、酿造、食品等)等众多行业工艺和作业流程中。这些生产过程通常是机电一体化,其各个部分设备实际上是子系统,各子系统有机组合成的整体是一个系统,也就是说这些机电设备之间有机联系的技术,就是往自动化技术发展。因此,机电的系统技术的典型是自动化技术,自动化的系统技术的典型是智能技术,如电脑软件系统或网络系统。现代的纺织、化工、重工、轻工就是往这个方向发展。
企业工厂生产操作分工更加仔细,通常根据生产工序分成若干车间,一个车间再分若干班组和个人进行分工合作,分别生产所需要所要求的零件,最后完成组装调试。每个工序就是个人头脑指挥双手和身体来操作控制机械工具设备,按图纸要求对零件加工,操作中不断跟踪、反馈加工进程情况的信息,通过眼、耳或其它器官和神经到头脑,并跟图纸设计图比较,再作进一步控制加工,直到符合设计图要求为止。有的零件由其它工厂企业生产的,通过供销部门采购或跟其它厂家签订合同获得的,实际上属于工厂企业间的分工合作。生产专业化,可使产品质量和效率大大提高。它们通常以生产某些产品或任务为对象而设置工厂企业或公司。
社会中各国家民族、各地区、各部门、各单位、各人等都可以构成一个系统,它通常由众多子系统构成的,一个系统又是另一大系统的子系统。从一个系统的整体、全局、长远、系统出发考虑问题,进行研究、规划、设计、制造、试验和使用的组织管理的技术,如城市建设规划和管理系统。尤其现代计算机的软硬件属于高水平的组织管理的技术。如财务管理系统、图书管理系统、教育管理系统、军事管理系统等软件系统,是系统技术应用于管理的一种方法,属于系统技术决断决策辅助方法。
参考书:
1,<物性论-自然学科间交叉理论基础> 陈叔瑄著 厦门大学出版社1994年出版
2,<物性理论及其工程技术应用> 陈叔瑄著 香港天马图书有限公司2002年出版
3,<思维工程-人及智能活动和思维模型> 陈叔瑄著 福建教育出版社1994年出版 |
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