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系统论设计思维方法研究

时间:2022-12-07 09:05:11 教案设计 来源:网友投稿

摘要:本文针对目前日益纷繁复杂的设计要求和个性化需求的与日俱增,希望对于系统论设计方法有一定的认识,采用逻辑线性的方法,并结合收敛与发散的思维,从概念、原理、成果、研究内容、理论优劣、以及与其他设计方法之间的联系来对系统论设计进行一个简单的梳理,从而对系统论设计对于未来的影响以及这—方法在现实中如何应用及其意义有了初步的了解和判断。

关键词:系统论 复杂系统 整合式设计 模块式设计

引言

在现代科学的整体化和复杂化发展的趋势下,人类在面对巨大的、关系复杂、参数众多的复杂问题面前,就显得无能为力了。固有的传统方法在这些问题面前显得一筹莫展,新兴的系统分析方法却能顺应时代、创造性地为现代复杂问题和任务提供了一种全新的思维方式。系统论作为现代科学的新潮流,在完善自身的同时也促进着各门科学的发展。应用到今天具体的设计中,一方面越来越复杂的设计纷至沓来,另—方面,作为交叉性很强的设计学科本身来说,也应该建立在系统论理论之上,设计对象不应只看成单独个体,而应该从内部、外部以及内外部构成的整体,放置在一个系统中考虑,本文从系统论设计方法为主题,以探究系统论设计的在当下的应用情况和在未来设计方法所占有的地位为目的,其实质意义在于系统论不仅反映了现代科学发展的趋势,反映了现代文化的时代特点,反映了现代社会生活的复杂性,所以它的方法能够得到广泛地应用,故本文希望能从系统论这一整体概念中得出适用于设计中的一般方法和启示。通过比较国内外系统设计的差异与相同点,以及发展现状,试图建立系统论设计方法与其他设计思维方法之间的关系,比如复杂性设计思维方法等。

1、概念界定

一般系统论(General system Theory)是研究复杂系统的一般规律的学科,又称普通系统论。现代科学可按所研究的对象系统的具体形式划分成各门学科,如物理学、化学、生物学、经济学和社会学等;也可按研究方法划分成两大类别,即简单系统理论和复杂系统理论。一般系统论是研究复杂系统理论的学科,着重研究复杂系统的潜在的一般规律。而“系统设计”中“系”指关系、联系,“统”指有机统一,各要素间相互作用,相互依存。所谓系统设计即用设计手段创造单个要素或事物之间的有机联系,就是将设计对象当做一个整体的系统来加以认识和研究,从全局出发,将系统的各个组成部分看做是子系统或要素,并通过整合,将这些子系统或要素置于一个大的外部环境中加以考虑,从而建立起子系统之间的相互联系以及系统与外界环境之间的有机联系。

2、原理阐述

“系统”一词由来已久,在古希腊时期,系统指的是复杂事物的总和。发展至近代,一些科学家和哲学家常用“系统”一词来表示复杂的、具有一定结构的整体。在宏观世界和微观世界,从基本粒子到宇宙、从细胞到人类社会、从动植物到社会组织,无一不是系统的存在方式。近代以来完整地提出系统理论的,则是奥地利的路德维希,冯·贝塔朗菲,他在二十世纪二十年代,贝塔朗菲在研究理论生物学时,用机体论生物学批判并取代了当时的机械论和活力论生物学,建立了有机体系的概念,提出了系统理论的思想。从三十年代末起,贝塔朗菲就开始从有机生物学研究转而建立具有普遍意义和世界观意义的一般系统理论。1945年他发表了《关于一般系统论》,这篇文章可以看作是他创立一般系统论的宣言,研究系统中整体和部分、结构和功能、系统和环境等之间的相互关系、相互作用的理论。而所谓系统思维则是指以系统论为基本思维模式的思维形态,其基本原理包括:

2.1 整体性原理

整体性是系统的最基本的属性,因此应该把系统作为有机的整体来看待。构成系统的各要素虽然具有不同的性能,但它们是根据逻辑统一性的要求而构成的整体。系统不是各要素的简单集合,系统中各单元及其组合必须服从整体的要求,必须以整体观念来协调系统内部的诸单元。

2.2 相关性原理

系统内各单元是相互联系、相互作用、有机地结合在一起的。系统中相互关联的部分或部件形成“部件集”,每个“集”中各部分的特性和行为相互制约、相互影响,这种相关性确定了系统的性质和形态。

在模块化系统中,相关性体现为模块化系统中的链网状的接口系统,如模块之间的机械接口、电气接口、机电接口、各种物理量与电学量的接口、信息接口等;另外,还需考虑模块及系统对环境的接口,如对气候环境、生物与化学环境、机械环境、电磁环境的适应性等;此外,还有模块及系统与人的接口问题。只有充分注意各个接口的协调和匹配性,才能保证系统整体的良好质量及可靠性。

2.3 层次性原理

具有层次性是系统的普遍特性。一个系统可按其功能或结构分成若干层次,即系统由子系统组成,而子系统又由更小的单元或要素组成,如此层层相套。

2.4 动态性原理

物质和运动时密不可分的,各种物质的特性、形态、结构、功能及其规律性,都是通过运动表现出来的,要认识物质首先要研究物质的运动。现实系统一般都是动态系统,系统各要素间及系统与环境间存在物质、能量、信息(如原材料、动力、市场等)的流动。系统不是一成不变的,系统的动态性使其具有生命周期。

2.5 目的性原理

系统具有目的性,系统的目的和要求既是建立系统的根据,也是系统分析的出发点。在建立系统时,首要任务就是确定系统应达到的总目标(目的和要求),以此来确定各子系统的分目标,并为实现总目标而对系统结构及时地加以调控,目标不明确的系统是无实用价值的。

3、国内外研究脉络

3.1 国外系统论设计研究脉络

系统论(或称普通系统论)是由贝塔郎非创立的一门逻辑和数学领域的科学,其目的在于确立适用于一切系统的一般原则。他于1948年出版的《生命问题》一书一般标志系统论的问世。贝塔朗菲提出生物的开放系统理论,为生物进化的自组织系统理论建立开创了先河。之后又有相关学者进行这—方面的研究,其中欧文拉兹洛和布达佩斯俱乐部发表广义进化理论以及建立《广义进化论》、《广义进化论研究》等杂志具有一定的代表性。欧文·拉兹洛在《系统哲学导论》中对于系统哲学从自然系统和社会系统这两方面来进行阐述。他认为,自然系统具有整体性和秩序性,而一个有序的整体是一个非加和系统,其中各种固定的力强加于若干恒定的约束,由此产生一个带有各种可计算的数学参数的结构,整体的概念则与其孤立的各部分特征相反,对于整体概念而言,系统是指整体具有它的各单部分所不具有的特性。因此从这种意义上来说,整体不是其各部分的简单迭加。社会系统中的系统定义则必须有边界,有终止点也有起始点,在社会中,系统可以被说成是仅延伸到在其特定层次上的关系集。

3.2 国内系统论设计研究脉络

国内来说,对于系统论研究得觉早的则是钱学森,他在《创建系统学》—文中,提出出统科学的层次模型,其详细分类如下:

第一层:系统观。次是系统学,它是系统科学的基本理论。这是系统的哲学和方法论的观点,是系统科学通向马克思主义哲学的桥梁和中介,

第二层:技术科学层次。有运筹学、系统理论、控制论、信息论等,是系统工程的直接理论

第三层:工程技术层次次。系统工程、自动化技术、通信技术等,这是直接改造自然界的;

4、国内外系统论设计应用

4.1 国外系统论设计应用

1972年慕尼黑奥运会的形象设计和图标设计是很好的系统设计典范作品,这套图标是由德国现代设计灵魂人物Otl Aicher携他的团队共同完成,体现了德国的功能主义的核心价值,标志设计明显受到了光效应主义和构成主义的影响,在色彩的运用上特意回避了德国的专色一红与黑,而是用冷静而不乏活力的蓝绿搭配贯穿,其系统设计可以说是瑞士国际风格的最辉煌的代表,每个标志的设计都是建立在系统网格之上,才用模数化单位处理方式。比如其门票设计体现了功能至上和少就是多的设计理念,通过色彩,图表和网格对各类信息进行规范和系统管理。

而现在,系统设计更多地应用在企业形象识别系统设计上,即为CIS,CIS战略一般由三大要素组成:理念识别Mind Identity、活动识别Behavior Identity、视觉识别Visual Identity,三个要素是相互联系的统一整体。三个要素之间具有很好的系统性,企业理念是企业的精神和灵魂。理念就是指企业的经营管理的观念,也是CIS战略的核心。活动识别是企业动态的识别形式,企业的各种活动要充分体现出企业的理念,这样才能塑造出良好的企业形象。视觉识别是企业的静态识别形式,企业的标志、标准色是通过视觉系统将企业的形象传递给大众的。而活动识别和视觉识别只有具备了正确的思想内容,充分反映了企业的精神和理念时才能发挥更大的作用。

4.2 国内系统论设计应用

国内设计在系统化比较成熟的则是家具模块化设计,家具模块化是为了取得最佳效益,从系统观点出发,研究产品或系统的构成形式,用分解和组合的方法,建立模块体系,运用模块组合成产品或系统的过程。家具模块是指能组装成家具产品的、可批量生产的、具有一定功能和接口结构的通用家具零件、部件或组件。家具模块可以单独设计制造,也可以预制储备以供急需,还可以规模生产以降低成本,甚至可由专业厂家制造,成为独立的商品在市场上流通。其本质指在对家具进行功能分析的基础上,划分并设计出一系列的家具功能模块,通过功能模块的选择与组合构成不同的家具,以满足市场多样化需求的设计方法,是通用模块与专用模块通过标准化的接口组合成家具的设计方法,同时兼有标准化设计、组合化设计,和多样化设计。

5、系统论设计研究内容

系统论是研究系统的一般模式,结构和规律的学问,它研究各种系统的共同特征,用数学方法定量地描述其功能,寻求并确立适用于一切系统的原理、原则和数学模型。系统论认为,整体性、关联性,等级结构性、动态平衡性、时序性等是所有系统的共同的基本特征。这些既是系统所具有的基本思想观点,也是系统方法的基本原则,这就表现了系统论不仅是反映客观规律的科学理论,而且是具有科学方法论含义的理论,这正是系统论这门科学的特点。系统论反映了现代科学发展的趋势,反映了现代的时代特点,反映了现代社会生活的复杂性,所以它的方法能够得到广泛地应用。系统论不仅为现代科学的发展提供了方法,而且也为解决现代社会中的政治、经济、军事、科学、文化等等方面的各种复杂问题提供了方法论的基础,系统观念已渗透到每个领域。而系统论的基本思想方法,就是把所研究和处理的对象,当作一个系统,分析系统的结构和功能,研究系统、要素、环境三者的相互关系和变动的规律性,并用优化系统观点来看问题。事实上,系统论可以应用到各个研究对象,因为事物都存在着普遍的联系,所以系统论自然也可以用于设计。于是所谓的系统论设计内容便可以定义为:研究设计整个系统、整个系统中的设计基本元素、以及设计物所处的社会和自然大环境。其体系结构分为可分为整合式结构和模块式结构。

整合式产品体系结构可以定义为整合多种功能组件的一个整体产品物理结构,这种定义同时也表明,这一类型的产品个体往往能够执行多种功能。这时,产品整体发挥了功能系统的作用,各部件间是功能共通状态,换言之,产品的某两个元件在它们的界面上存在相互间的作用和交融。其应用对象往往是成本高产品,因为这些产品一般不需要通过采用其他产品标准配件的方式来降低本身的成本。正是因为这种方式,产品的每一部分都必须经过精心设计,使其符合组装的精确要求并利于整体功能的发挥。

产品模块化可以定义为复合产品的结构单元,它们与功能体系中的功能分支或节点相对应。模块化产品大致可以定义为由不同的结构件或模块共同构成,发挥整体功能效用的机器、组件或元件。其优势往往体现在后期的加工制造过程中,正是由于这一点,在初期设计阶段却往往容易忽略,在设计开发过程中,我们往往会发现产品的某个单元具有更多的潜在用途,而将这些用途加以利用之后,能够加速产品的研发过程并降低成本。

6、理论优劣分析

系统论把结构方法和历史方法、矛盾分析方法和系统分析方法统一起来,从而也为人们认识客体及其运动的发展开辟了新的道路。它改变了主体的思维方法,给整个方法论带来了深刻的革命性变化。它使人们的研究方式,从以个体为中心过渡到以系统为中心,从单值的过渡到多值的,从线性的过渡到非线性的,从单一测度的过渡到多测度的,从主要研究横向关系过渡到综合研究的纵横向关系。这些变化,不仅改变了科学和世界的图景,改变了科学知识体系,改变了社会的结构,同样也引起了主体世界观和方法论的深刻质变。

同时系统论设计思维方式在当今日益复杂化的“人-社会-自然”的系统关系中具有重要的现实意义。首先能够更好地维护生态平衡,其次,可以保证产品功能意义实现。最后,系统设计是形成产品的有效方式。它能对产品的最终形式作出有限界定,有利于创造多样化的设计方案,在多种方案之间通过系统综合和优化,寻求最佳方案,这是形成新产品的有效方式。而系统论设计的劣势则在于不太关注整个系统内部的各个组成个人,可能会因为太过关注整个设计系统,或系统所处的外部环境而忽视了内部单体的关注,对于单体的细节设计考虑有所欠缺。

7、系统论设计与其他设计思维的联系

莫兰认为系统论超越了还原论,复杂性理论又超越了系统论,它们代表着科学方法论依次达到的三个梯级。复杂适应系统的基本思想:复杂适应系统理论的核心是适应产生复杂性。复杂系统中的成员被称为有适应性的主体。所谓具有适应性是指它能够与环境以及其他主体进行交互作用。主体在这种持续不断的交互作用的过程中,不断地“学习”或者“积累经验”,并且根据学习到的经验改变自身结构和行为方式。整个宏观系统的演变或进化,包括新层次的产生,分化和多样性的出现,新的、聚合而成的、更大的主体的出现等等,都是在这个基础上逐步派生出来的。同时钱学森先生也在著作创建系统学中所提到的系统与复杂性存在着以下关系:

他还认为所谓的开放的复杂巨系统是指子系统众多并有层次结构,子系统之间关系复杂,并且与环境连通的系统。这是钱学森探索复杂性的中心概念。所谓特殊的复杂巨系统是指以人为主体构成的开放的复杂巨系统。

南非哲学家保罗·西利亚斯认为系统本生就分为“复合”系统和“复杂”系统两种系统类型,所谓的“复合”系统是指:一个系统尽管它可以是由极其大量组分构成,但倘若可从其个体组成而获得关系系统的某种完整描述,那这样的系统仅仅就是复合的,喷气式飞机和计算机就是复合的。另—方面,系统组成之间、系统与环境之间具有相互作用的叫做复杂系统,这种作为一个整体的系统是不可能通过分析其组分得到完全理解。而且,这样的一些关系并非固定不变的,而是流动着、变化着的。

事实上,通过以上的分析和归纳,基本上系统性与复杂性存在着以下关系:

(1)复杂性是来源于系统中,存在一定的归属关系,属于一种复杂巨系统,而其中特殊复杂系统则是社会系统,同时又是现今系统论设计方法所关注的最基本点,任何设计方法或者思维脱离了社会系统这个大前提都是毫无意义的,所以系统论设计应关注本身内在的复杂系统。

(2)复杂性思维方式不仅来源于系统论,并且在此基础上有了自己的发展,它超越了系统论,变得更多样和不可控。

(3)现存的系统设计在整合式结构与模块化结构上关注得比较多,而在复杂系统中则提到系统组成之间、系统与环境都存在着相互作用关系,虽然系统论设计中也有提及,但其并没有从复杂系统的层面来考虑。只有在系统论设计的基础结构上,结合复杂性层面的思想,让系统设计组成更加流动和变化,具有自适应环境的特性,系统论设计方法才能发挥其最大优势。

8、结束语

本文针对系统论思想理论在设计中的相关应用和延伸,阐述了这—方法理论在当今日益复杂的设计要求下的重要性及其必要性;并初步探讨了下系统论设计方法与复杂性思维的相关性和继承性,希望在这一基础下给设计思维提供更多的思想方法并挖掘出更多具有交叉性和融合性的设计思维方法。

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