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大系统理论是什么_大系统理论的发展_大系统理论
什么是大系统理论
大系统理论是指大系统分析、设计、自动控制和实整体最优的理论。大系统理论是现代控制理论的一个重要研领域，主要研究内容包括大系统的建模、模型降阶、递阶制、分散控制、稳定性、自动寻优等。其研究对象是工程术、社会经济、生物生态、军事系统等领域中规模庞大、结复杂(环节较多、层次较多或关系复杂)、目标多样、功能合、因素众多，且含有随机性的大系统。
大系统理论的形成和发展
早期的控制论和运筹学主要处理中小型非复杂系理论和应用的发展，复杂的大系统、巨系统成为系统主要关心的对象，大系统理论就被提出来了。
由于科技和生产实践活动的规模只益庞大，科技度日益增加，所涉及的范围亦越来越广。在20世纪人们在研究实际系统时不断发现新问题、带进新思想观点、创造了新方法，在现代控制理论、运筹规划理技术的基础上形成了跨学科的大系统理论。如1959年我国的秦元勋教授在研究飞机自动驾驶仪设计时，从工程技术处理方法提出了大系统稳定性分解的概念，刘永清教授把这种概念应用在三门峡水电站闸门提升的电力拖动非线性控制系统中，用标量和李亚曾诺夫函数分解法，成功地分析了这个大系统的稳定性。有趣的是，现代控制理论的应用导致了一个两级的分散控制结构，从实际数据到实际控制的映射通常是在两级上完成的，其中一个称为战略(经济)级，另一个称为战术(稳定)级。战略级的功能是产生理想的系统响应，常使用一个欲优化的目标函数，进行离线计算；战术级可用多变量战术反馈控制器设计。
科技界经过二十多年的努力探讨和实践，目前大系统理论虽不能说成熟完善，但可说已发展到本质水平，其实际应用也取得了可喜的进展，这方面的论文和专著很多。如法国国家科学研究中心的铁特里教授领导、著名学者塔穆勒教授和辛格博士等参加的递阶最优化研究小组，把大系统递阶最优化理论用于建造炼锌工厂和硫磺工厂的递阶控制、太阳能电站的递阶控制、石化复杂过程精炼工段的递阶控制、长途电讯网络管理、英国剑河河水污染控制、热轧钢厂粗轧过程钢带出口温度和厚度的控制等问题，都取得了明显的效益。再如罗马尼亚的学者应用大系统理论建立了经济数学模型：宏观经济方面有静态和动态投入—产出表、技术进步的定量模型、部一级投资最优化模型；微观经济方面研究企业之间和企业内部的工段、车间和工种之间的最佳分配、生产配合、库存最优等，这些研究对罗马尼亚的国民经济的发展起到了很好的指导作用。
铁特里为代表的学派侧重于实际系统模型的研究；以M．D．Mesarovic为代表的美国Case西部储备大学系统研究中心的学派是以集论为基础建立复杂决策，制定系统的数学原理和目标；波兰科学院以R．K．Kulikows Ki为代表的学派是利用管理学、运筹学和数学规划等领域的概念，应用泛函分析理论为工具来研究多级分解的方法。国外还有一些有成就的学派不再列举了。
总之，大系统理论目前仍在发展，其应用于实际系统也取得了明显的效果。我国以秦元勋教授为首在大系统稳定性方面，虽然在20世纪60年代初期做了一些开创性的工作，但在“文革”中中断了该课题的研究，直至20世纪70年代末期才又开始活跃起来，从理论到应用正在奋起直追，出了不少论文和专著。在应用上如浙大的吕勇哉在首钢搞的钢铁递阶控制很成功，提高产量30％。
将大系统理论用于解决军事系统方面的问题，其中发展比较迅速，比较突出的是军用航空航天、火力控制与指挥、指自动化系统等领域。随着军事技术的发展，原来的大系统也渐成为中小系统，变成了新的大系统的一个分系统。从而，大系统理论在军事领域的应用产生了更高的要求和更新的战。如，对于区域化、大区域化作战问题中的指挥、控制、信等方面的研究，都是近年来的军事大系统领域出现的新题，亟待应用大系统理论对其进行合理的分析和解决。
大系统理论的基本内容
大系统理论的基本内容可以概括为两个方面：
(1)大系统分析。所谓“分析”，是对已有的大系统或设计方案进行定性的和定量的、静态的和动态的理论分析或试验研究。其中包括：对系统的环境条件、外部影响因素的分析，对系统现有的运行状态和性能的估算，对系统的未来发展趋势和动态进行预测等，以便对系统的技术性能、经济指标、社会效果、生态影响等各方面作出正确评价，为改善现有系统的运行效能、改进系统组织与管理、选取系统设计方案，提供系统分析的科学依据。
(2)大系统综合。所谓“综合”，是对尚待筹建或改建的大系统进行规划决策与方案设计，制订协调计划与组织管理制度，进行系统结构综合与参数综合，解决大系统的最优设计、最优控制、最优管理问题，以求所筹建的或扩建的大系统运行经济合理、技术先进、稳定可靠、协调有序，收到优化的经济效益和社会效益。大系统的“分析”与“综合”是相辅相成的：系统分析为系统综合提供依据，系统综合又为系统分析提出问题。
大系统理论中有代表性的是“分解协调”方法。也就是把复杂大问题化为简单小问题。
为了研究不同领域(工程技术、社会经济、生物生态)的各种大系统，需要抽象出它们的共性。因此，大系统理论主要研究各种大系统的控制与信息过程的共同规律与方法。例如，大系统的结构方案问题。大系统的基本结构方案有：集中控制、分散控制、递阶控制。递阶控制是集中控制与分散控制相结合的产物，是各种大系统普遍采用的结构方案。在工程技术领域，递阶控制是工业生产过程综合自动化系统的多级计算机控制与管理的典型方案。在社会经济领域，如国家行政管理系统、军队组织体系、经营管理系统等，都采取递阶控制结构方案。在生物生态领域，如人与脊椎动物的中枢神经系统，也具有多级递阶控制结构。同时，值得注意的是，随着科学技术发展，生产过程自动化系统由集中控制发展为递阶控制；随着生物进化，生物控制系统也由单神经节发展为多级神经系统。这种发展进化过程的相似性，不同领域中各种大系统结构的相似性，也正是大系统共性的体现。
目前的大系统理论主要是控制理论与运筹学相结合的产物，是以数学模型为基础的。作为综合自动化系统的理论和动态系统工程的方法，是系统科学发展的前沿。由于大系统的复杂性及数学模型方法的局限性，大系统理论需要进一步发展与创新。
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