的《系统工程》等专业性学术刊物已成为国内系统科学界学术交流的重要园
地，不少成果由此走向世界。
为了使大家对系统工程的研究与应用有一个更完整的认识与了解，我们
在系统科学的百花园里采撷了军事系统工程、城市系统工程、农业系统工程
呈献给大家，从中可以窥探出系统科学百花园的浓浓春意。作为全书的结尾，
我们特别集录了当代系统科学的三个前沿领域——耗散结构论、突变论与协
同学，以期大家对该学科的研究与发展能有一个更高层次的了解与认识。

军事系统工程

英国雷达研究机构于1940年8月成立了世界上第一个由各类专家组成的
跨学科小组，即世界上第一个运筹学小组。他们按系统观点，用系统工程的
方法分析和研究作战问题。
该小组不仅研究把雷达用于防空系统，也把它作为高射炮的瞄准器，推
广到陆军中去，而且还研究如何利用雷达探测船只、潜艇，从而把雷达迅速
推广到了海军。后来，还在海、陆、空三军分别建立了运筹学组织，不但使
英国的防空预警雷达系统充分发挥了作用，为保卫英伦三岛立下了汗马功
劳，而且还为打击法西斯作出了贡献。
成功给人们很大启发，许多国家的军队都纷纷成立各类跨学科的小组，
研究各种军事活动中的问题。于是，一门新的学科就这样在第二次世界大战
中诞生、发展了。这就是“军事系统工程”（亦称军事运筹学）。
简单地说，“军事”就是有关打仗的事情。军事系统，是指由与打仗的
互相联系的基本因素、环节、部门构成的一个有机整体，如作战指挥、武器
装备研制、后勤保障、人员训练等组成的一个复杂系统。军事系统工程就是
研究与打仗有关的各方面如何进行系统分析、统筹安排、综合平衡，以便最
充分地发挥各个因素、环节、部门的人力、物力、财力的作用，以实现军事
系统预期的目标。
换句话说，军事系统工程是系统工程的一个专业门类，即系统工程在军
事上的具体应用。它主要采用运筹学、数学以及电子计算机等方法、手段从
整体上研究解决军队的组织指挥、作战行动、人员训练、武器装备、后勤保
障等问题，从而为部队首脑机关决策提供定量定性的科学依据。
军事系统工程的思想渊源可以追溯到远古时代，我国古代春秋末期伟大
的军事家孙武所著的世界上最早的兵书《孙子兵法》就蕴含着许多杰出的军
事系统思想。1914 年英国工程师兰彻斯特首先应用数学方法描述两军作战的
过程，从数量上论证了集中优势兵力的作战效果，并预见了战斗中可能出现
的问题。他所建立的兵员耗损方程，被世人称为“兰彻斯特方程”。
第二次世界大战中，参战各国都竭力把一些先进的科学技术直接应用在
军事上，美英两国军队最初把数学分析方法用在雷达搜索飞机上，后来发展
到防空、潜水艇、布放水雷以及使用其他武器作战等方面，取得了一定成效。
时至今日，科学技术得到迅速发展，大量的新武器不断出现。例如现在洲际
导弹在半个小时之内就能袭击万里之外的任何目标，精度达几百米甚至几十
米，威力与几千万吨 TNT（三硝基甲苯）当量；先进的侦察卫星和光电遥感
技术不受夜幕、森林的影响，能在几百公里外发现部队、车辆的活动；大型
运输机群已能把整个师的兵力连同武器装备在一天之内投送到千里之外战火
纷飞的战场；隐形飞机能神不知鬼不觉地飞临敌军上空；20 多年前尚不曾有
过的导弹部队，今天已成为各军事强国的一支重要军事力量……总之，现代
化技术已经改变了传统的战争规模和作战方式，现代战争对指挥员提出了快
速、果断、高质量地有效指挥的要求；同时，现代战争的突发性、复杂性又
给作战训练、后勤保障、组织管理方面带来了大量分析计算的繁重任务，因
此，现代战争要求采用科学方法和先进的计算工具，以适应时代变化，对部
队进行有效的组织管理与指挥。这些，极大地促进了军事系统工程的广泛应
用与迅速发展。

军事系统工程现已在世界各国得到了广泛的应用。军事上的较量，实质
上是一场经济与科技实力的较量。为了祖国的安宁，我们必须建立一支强大
的军队，而要建立一支强大的军队，则必须有繁荣的经济与先进的科技及理
论。这中间，自然离不了“足智多谋”、“运筹于帷幄之中，决胜于千里之
外”的军事系统工程专家来出谋划策了。
城市系统工程
城市系统的结构，一般包括经济结构、人口结构、土地利用结构、布局
结构以及能源交通结构等等。
城市布局是城市系统工程研究的重要内容之一，它是指城市在空间上的
分布状况和相互关系。就全国而言，如何合理地配置城市？在一个地区范围
内，相邻城市间的分布关系如何处理？哪一个以工业为主？哪一个以商业、
金融业为主？就一个具体的城市来说，如何使该城市的组成部分在空间上形
成合理的优化体系，更有益于城市居民的生产与生活？上述问题分属三个不
同的研究层次，第一层次是全国范围内的城市布局研究，第二层次是区域性
的布局研究，第三层次则是具体某个城市内的布局研究。
城市系统工程的分支之一——城市公共交通系统工程就是以道路交通系
统为着眼点，着重研究解决城市内的公共交通问题。例如 1983 年着手的“长
沙市城市公共交通系统工程研究”就是国内城市系统工程应用研究最早的课
题之一。它从解决长沙市“乘车难”这一问题入手，面向乘客，开展全市的
“出行”抽样调查，然后通过建立交通网络优化模型以及系统分析，优化城
市的线路布局；并根据研究结果，提出了许多种切实可行的方案和建议，供
政府部门决策参考。该课题首次把系统工程原理与方法运用于城市公共交通
系统的研究工作，具有十分重大的意义，有力地推动了我国城市系统工程的
发展。
运用系统工程的原理与方法制定一个城市的长远发展综合规划与城市建
设规划，首先必须认真搜集、调查该城市以及与该城市发展相关的所有基础
资料与历史数据，然后在此基础上仔细分析该城市的特点、优势、潜力与存
在的问题，掌握了解国民经济长远发展规划及本地区区域发展规划在未来时
间内对该城市发展所提出的具体要求与诸多限制，这样，依据该要求与约束
就可以通过系统预测、系统分析、系统优化来确定该城市的发展方向和发展
规模，最终制定切实可行的发展规划。
运用系统工程制定城市规划，有一个最显著的特点就是注重协调各系统
之间的相互关系，即从整体性原则出发，强调系统的整体最优和全过程的最
优。例如，制定城市规划一定要有各方面的专家参加，诸如经济学家、建筑
工程师、系统分析师以及生态环境学家等等。各方面的专家对同一问题的看
法往往是不一致的，甚至分歧还会很大。经济规划师研究的主要是经济发展
问题，他们重点考虑工业、农业、商业以及各行各业之间经济结构的变化及
其发展速度与规模，注重社会生产力的发展和经济效益的提高；建筑规划则
往往从特定的空间影响出发，重视城市建设艺术布局的原则和设计方案，强
调生产力的合理布局与城市的外在形象；社会发展规划师往往注重人口社会
结构的变化，职业与生活方式的变化及相互影响，家庭收入及变动导致个人
和社会心理变化及原因，比较重视社会道德、社会风尚与精神文明建设等；
环境规划师则关注城市生态环境变化及环境与生产、生活之间的相互影响等
等。显然，不同的侧重面，就有不同的价值准则，不同的价值准则，又导致

认识上的差异。系统分析师的主要任务之一，就是要充分注意吸收各种规划
师的不同观点，协调其矛盾，最终提出一个各方面均能接受的较为满意的规
划方案。
城市系统工程是一门新兴的综合性学科，它的主要任务是从时间和空间
上研究城市的发展及其分布规律。要完成这一任务，必将涉及许多学科，需
要有一个相应的学科体系。
改革开放以来，虽说城市化进程有所加快，但伴随而来的住房拥挤、交
通不便、文化设施缺乏、犯罪率上升等现代城市病又在围绕着我们。在加速
城市化进程的同时，如何提高现代化城市的管理水平以充分发挥其城市功
能，实现各系统之间的协调运转，是当前摆在我们面前的一大难题。这一问
题的最终解决，有待于城市系统工程研究更进一步的深入与突破！

农业系统工程

生态农业是运用生态经济学原理和系统科学方法，把现代科技成果与传
统农业技术紧密结合建立起来的农业，它是具有合理生态、良性循环功能的
一种农业现代化体系。家庭生态农业以家庭为独立单位，以家庭具体条件为
出发点，运用生态经济学原理与系统科学方法，从种植业、养殖业到加工业，
按照食物链、加工循环模式进行综合经营，形成物质能量多形式多层次利用
的生态良性循环系统，从而实现农、林、牧、副、渔的协调发展，达到最佳
综合效益。
农业系统工程，就是要兼顾农业生产与环境保护两大目标。既充分利用
自然资源，发展农业生产，在较少的资源条件下获得质量好数量多的人类所
需要的农副产品，又要保护好生态环境，使有限的资源不断增殖更新，使生
态系统的物质循环和能量转化功能不断增强。
太阳能是我们这个星球赖以生存和发展的最主要能源。转化太阳能，分
为植物生产、动物生产和微生物分解三个过程。首先通过绿色植物的光合作
用，把从空气中吸收的二氧化碳（CO2），从土壤中摄取的水分和氮（N）、
磷（P）、钾（K）等无机物转化为有机植物质，这一过程称为植物生产；然
后通过草食动物将植物能和植物质转化为动物能和动物质，即动物生产；最
后由微生物将动植物分解转化为沼气——甲烷和二氧化碳，同时生产出绿色
植物能够吸收、利用的有机肥料，从而在生态系统中完成一次能量流和物质
流的循环过程。在这一循环过程中，生产的沼气，可以把储藏的生物能（含
动物能与植物能）转化为热能，其能量相当于植物所吸收的太阳能的 60％以
上，这样做可使太阳能的损失率降到 40％以下；而如果把植物秸杆等直接燃
烧，利用率不到 10％，太阳能的损失率高达 90％以上。上述循环过程不仅可
以最大限度地利用太阳能，而且在腐熟的有机质中保存原有的氮、磷、钾等
元素，提高了生态系统中能流与物流的质量，有效地保证了生态系统的良性
循环。这就是农业资源综合利用，生态农业多层增值的理论依据。
80 年代以来，由于系统科学和电子计算机的普及与发展，我国农业系统
工程研究进入了一个崭新的阶段。农业系统工程专家、学者从农业系统整体
出发，运用系统分析的观点，在研究区域农业发展战略、研究农业生态系统
与结构功能、调整农村产业结构等几个不同层次问题上进行了深入探讨。如
国家级大型研究项目“三江平原区域综合治理”、“黄淮海平原中低产区综
合治理”、“黄土高原综合治理”等，均是以获得大面积高产稳产、降低生
产成本、综合发展为目标，并取得了显著效果的研究项目。像由中国科学院
主持研究的黑龙江海伦县农业现代化试点研究，就是运用系统工程的理论与
方法，首先开展“海伦县自然资源的综合考察”，先后完成农业气候、地质、
地貌、土地利用、土壤、生物资源、水文以及农业区域规划、农业经济等方
面的系统调查，然后开展“海伦县社会经济生态技术系统总体设计及其模型
系列”的研究，制订了以种植业为主，以农、林、牧、副、渔全面发展和农
工商综合经济为两翼的所谓“飞鸟型”经济发展模式，以及到 2000 年的长远
发展规划。
总之，农业系统工程的任务是顺应自然，设计一个最佳的农村产业结构，
人为地创造一个高产、优质、低消耗的农业生产系统和一个稳定、合理、高
效的良性循环的农业生态系统。其显著特点是从整体出发，重视信息、数据

的收集加工与处理，建立数学模型实现系统的量化与优化，运用计算机进行
系统仿真（尤其是模拟田间试验，可以有效的延长农业科学的研究寿命）与
政策分析，然后运用决策分析的理论，制订、选择优化方案。

耗散结构论

耗散结构的概念，是对应于平衡结构而得出的。在此之前，人们一般总
认为倘若系统原先是处在一种混乱无序的非平衡状态中，是不可能在非平衡
状态下呈现出一种新的稳定有序结构的。但普利高津等人对此进行了 20 多年
的研究后指出：一个远离平衡态的开放系统（不管是力学的、物理的、化学
的、生物的，还是社会性的、经济性的系统），通过不断地与外界交换物质
与能量，在外界条件的变化达到一定的阈（临界）值时，量变可能引起质变，
系统能从原来的无序状态转变为在时间上、空间上或功能上的有序状态，当
外部条件继续改变时，还会出现一系列新的结构状态。这种在远离平衡态情
况下所形成的新的有序结构，普利高津把它称为“耗散结构”。
研究耗散结构的性质以及它的形成、稳定和演变规律的科学，称为“耗
散结构论”。
耗散结构论的建立使我们对自然和人类自身有了一个更加完整、深刻的
认识：在平衡态附近，系统发展过程主要表现为趋向平衡，并伴随着无序的
增加和结构的破坏；而在远离平衡的条件下，发展过程可以经过突变，导致
新的结构的形成和有序度的增加。普利高津由于对“非平衡态热力学”，特
别是对耗散结构论的研究而获得了 1977 年度的诺贝尔化学奖。
耗散结构论是一门正在发展中的新学科，其理论体系与有关概念也在不
断完善之中。现在，耗散结构论已广泛应用于力学、物理学、化学、地质科
学、生物科学、医学以及社会科学等领域，并取得了不少令人瞩目的成就。
正如普利高津所说：“我们正是站在一个新的综合、新的自然观念的起点上。”

突变论

在自然界有两种不同的变化方式。一种是光滑的、连续不断的变化，如
生命有机体的连续生长、地球绕太阳连续不断地旋转、流体（如水、油、气）
的连续流动、气温的连续变化等等。对这种光滑的、连续不断的渐变现象，
人们已较成功地建立了各种模型描述其发展规律。与此同时，自然界存在着
另一种大量的不连续的飞跃式的变化，如水沸冰融、岩石金属的突然断裂、
桥梁突然塌陷，以及火山、地震、山洪的突然爆发均属于这类变化。此外，
细胞的分裂、物种的绝灭、飞机的坠毁、战争的爆发、经济危机的产生、工
厂的倒闭、政权的变更等等都是事物的形态、性质、状态从一种形式突然地
跳跃到根本不同的另一种形式的不连续变化，我们将这种突然之间发生的变
化称之为“突变”，也有人称之为“灾变”，意指巨大的、灾难性的突然变
化。
对于由于这种突变现象而造成的具有不连续过程的系统，适用于连续系
统的传统分析数学已显得无能为力。那么，有没有用来描述和解决自然界和
社会现象中大量存在的各种飞跃和不连续过程的数学工具呢？