創造創新理論與實踐23(2 / 3)

然而一個稍具複雜的思想係統未必完全符合要求,很難避免人為的錯誤或缺失。一個包含語法錯誤和邏輯矛盾的思想體係,其真理性肯定會受到質疑,也不可能在實際中證明為正確或者由它做出符合實際的預期,更難以實現交流和實施的指導。

思想係統的形成來自思維活動,也是思維想活動的結果,那麼其過程便具有自組織性質。依據自組織特性,可以首先認定思想係統具有一定的自我“修正”能力,既對已經證明為正確的理論當被錯誤運用時,一般會在過程中得到修正;其次,思想係統本身包含的錯誤也可以通過思維活動得到調整和隨時改正。事實表明任何理論體係都存在不斷自我完善的問題。如何引導認識

·第五章.技術與技術係統·

深化,如何判斷觀點正確與否,如何完善係統結構也有相應理論,並且也屬於思想係統。需要說明的是思維活動不僅受控於主體意誌的邏輯思維和形象思維(顯意識),也受控於潛意識的作用和影響(對思想係統的深入發展)。

特別是對發明與創新,潛意識的作用尤為重要。潛意識活動的結果會表達為顯意識的判斷,但是要把給出的結果納入已有的思想係統還要經過邏輯程序,至少要檢查它與既有的思想係統中的判斷是否發生矛盾,一旦發生矛盾則要決定取舍,最後形成新的思想係統;如無矛盾則可補充和深化原來的理論係統。思想係統有普遍和特殊兩種形式,理論的適用性也有寬有窄,有些隻是另一些的特殊情形,這表明思想係統同樣有層次性。一些特殊規律中同樣也體現著普遍性,特殊性的理論也可能包含更多的信息(即特殊信息)。因此普遍理論雖然適用範圍廣泛,卻較少內涵,反而更像特殊係統的子係統。

思想係統不同於物質和運動係統,思想係統的結構為邏輯結構,屬於無相互作用和時空結構的另類結構。

二、層次結構

1.層次結構

係統是一個有組織和被組織化的整體,是按計劃完成特定目標而設計的結構元素安排序列。從係統的概念導致係統“內”、“外”的劃分:元素之間的關係是“內部”關係;係統全體同另外的對象或係統的關係則是“外部”關係。若幹係統也可以相互發生關係,以原係統的整體作為“元素”組成“更大”的係統;此時原係統便成為“更大”係統的“子係統”。

“子係統”概念也可以反向求得,即係統的每個“元素”也可進行分解成更小的元素集合,此時係統的“元素”便成為子係統。人體分為器官,器官分為組織、再分為細胞,直到分子、原子,原子還可以再分。世界由幾百個國家組成,國家分省(州),再分為市、縣、鄉、村,每村都有自己的結構,他們都構成係統。

所謂“係統層次”即係統及其子係統應該處於不同等級或“層次”上,因為子係統的外部關係正是所考察係統的內部關係,它和維係子係統的內部關係是不同的(即使“自相似”乃可以排出等級順序)。例如維持原子結構的是核和電子之間的關係,而原子作為分子的組成部分則是由原子的外層電子受其他原子吸引,改變了電荷分布,造成原子與原子互相靠近產生分子結構;分子同組成它的原子處不同層次,電子和原子核與原子整體又分成不同層次;分子之上則是借助分子之間的相互作用生成的各種凝聚物質:氣體、液體和固體。

有了凝聚物質才能構建各種宏觀物體,包括動、植物乃至人體;生命體之間還有許多中間環節和層次,如器官——組織——細胞。

物質係統、物質運動係統、軟件係統同樣有層次劃分。計算機程序中不僅有“主程序”和“子程序”之間的層次結構,每段程序本身也有層次劃分。對於用高級語言表達的程序步驟,為了讓機器也能懂得,必須把其分解為一係列硬件的操作步驟才能交由機器執行。例如加法就包括換算為二進製的各位數分別相加,並考慮進位和小數點的位置,這些小的步驟也必須嚴格有序,具備係統結構的全部條件,屬於低一級的層次。一般高級語言編寫的程序要經過“編譯”才能轉換成機器的語言,指出它的每一步如何分解,從而表達下一層次的運動程序的結構。機器語言之下還有電路的邏輯結構,二進製代碼0和1在電路中對應於高低不同的電壓或電平,造成這些電平必須在電路中各個元件維持特定的電壓、電流狀態,無論存儲單元采用雙穩態或其他電路皆是如此。電路中高低電平的轉換是完全確定的過程,又可細分為若幹更小的步驟,也即更基本的電子運動模式。因此計算機執行程序涉及高級語言,機器語言和電路運行三個層次。

思想係統也同樣存在層次結構的問題,因為理論或經驗一般有特殊和普遍的區別,概念本身邏輯上也有類、屬、種的劃分。而思想係統除了甲包括乙之外,還可能甲乙互相嵌套(甲中有乙、乙中有甲);因而無法按無限分割的方式進行,而采用不同的建構原則。

此外物質和運動係統,無不受客觀規律支配,係統之間發生任何關係都不能違背客觀規律;而思想領域卻不受此限製,理論也可能產生各種錯誤。雖然思維的邏輯規律是決不能違反的,但仍然有未能解決的悖論問題;理論的缺失和不完善不可避免的反映到應用之中,同時也影響到理論係統的結構劃分。

係統之上再搭建係統,看似簡單卻體現了物質世界發展的基本途徑。進化便是由較低級的係統在運動變化的過程中與其他係統不斷發生各種各樣的關係,從而創造出越來越高級的係統,使新事物層出不窮。從係統結構分析中可受到兩點啟示,首先,進化是結構的突變,正如生物學中已證明的,具有不連續的特征;其次,進化都是朝著“複雜性”增加的方向,因為進化中包含著新信息的產生,這兩點也可以認為是指導持續創造創新的一個根本原則。

2.層次的結構性反應。

層次結構帶來一個重要現象是結構性反應,高層次係統的簡單變化都必

·第五章.技術與技術係統·

然在低層次引起結構性反應。比如汽車以某種速度行駛,動力、傳動、行走裝置(車輪)等都必須跟著作相應的運動,而且不能混亂,否則汽車的結構將產生非正常變化乃至破壞,所以低層次反應是結構性的。同樣上級的指示,必須起動下級單位的一係列相應動作,各部門各承其職,才能使結構內容落實。

產生結構性反應的原因很簡單,因為子係統的每種外部關係都涉及係統整體,原則上涉及所有內部關係。當然每種內部關係未必對特定的外部關係都同樣重要,其中仍有主次之分。但是,高層次係統的特性一般對低層次係統具有概括性,一個特性發生變化與其相關的所有子係統的內部關係都要做出相應的結構性調整。修理機器時很多子係統結構都要作相應的維修和調整也是這個道理,比如汽車製動性發生變化,製動器和刹車泵可能都將做出相應的調整。

3.新特性的產生

層次結構的一個重要表現是新特性的產生,並伴隨有自由度的縮並。

(1)新特性的產生

係統新特性的產生基本途徑就係統實現層次過渡。高層次係統內部關係需要新的特性(表征),所謂特性是由內部關係決定的係統在外部關係中的表現。係統的特性必須以內部關係結構為基礎,由內部關係決定其性質,但特性又必須呈現在外部關係中,並且在不同外部關係中係統可能表現不同的特性:例如水泵從積水的農田中抽水排入排水渠表現為排澇,反之從引水渠抽水進入幹旱的農田表現為灌溉。對子係統而言,它同其他子係統的關係為外部關係,但對總體而言卻是內部關係,決定了係統在外部關係中的表現或整體的特性:例如,水泵的主要特性就是通過增加作用力實現水的流動。這些特性當然與子係統特性不同,屬於新特性。創造與創新的根本,就是通過結構的改變,重組或創新以獲得“新特性”。

層次過渡的例子“俯拾皆是”:原子核與電子,部件與機器,工廠與車間,政府與委、辦、局。關鍵是隻要係統和子係統的結構不是“自相似”的,那麼係統就具有子係統所沒有的特性。

工廠的車間是按照生產的分工組建的,加工車間生產零件或半成品,總裝車間出成品。工廠是以成品為標誌的(而不是半成品),並以其特殊性能轉化成的功能體現其使用價值和用途,這些也是半成品、零件所不具備的特性。

需要關注的是係統的負麵特性。構成係統的每一個(或大多數)子係統表現的特性可能都是有利的正麵特性,而構成整體後卻產生負麵特性,如內燃機的排放對環境的汙染,都是子係統所不具備的。在創造、創新活動中必須對此予以充分注意。

(2)自由度縮並

係統產生特性通常包含“自由度的縮並”。“自由度”在數學和物理學中

代表多維空間的一個維度,三維空間對應有六個自由度(三個移動、三個轉

動);當賦予多維空間以物理含義時,每個自由度代表一種獨立的物理性質和

物體的能量、動量或其他性質,特性的取向與坐標軸方向(正負)一致,數

量規定為坐標軸上一個點有多少個獨立性質就有多少自由度。“自由度的縮並”

表示空間的“映射”,即從高維空間“映射”到低維空間,自由度(獨立特性)

的數目有減少(映射:表示兩個空間各點之間的對應關係,高維度空間與低

維度空間存在對應關係,對應可以是一對一或多對一),因而縮並是可能的。

兩個空間(代表不同的特性集合)互相映射,表示兩組特性之間有關係,實

際上指的是係統整體的特性依賴於各個子係統的特性。應當指出“映射”或“縮

並”隻是形式關係,其真正的物理內容最終仍然由元素或子係統之間的相互

作用依客觀規律決定。

特性的數量至少應為編序集合(不一定為可測集合),當係統由高維空間

轉入低維空間獨立特性有所減少,既為自由度的縮並。不同空間的特性存在

著對應關係,係統的整體特性依賴於各個子係統的特性。子係統數目相對較多,

每個子係統又有若幹特性,表達為不同自由度,總數量為各子係統內部關係

的之和,而係統本身隻有一個,其特性數量與其外部關係相互對應,必是數

量較少,因此係統自由度的縮並也是必然的結果。讓我們以產品為例來說明

縮並的問題。產品最基本的特性是其用途,用途對不同的單位或個人不完全

一樣,有急需的、有一般的、也有很少使用的,一起排成“編序集合”。產品

的用途也可能有幾種,但不是萬能的。而產品用途的基礎,在於其性能,性

能優劣決定其使用效果。產品的性能是比較複雜的,涉及各個零、部件,每

個零、部件性能均對使用性能發生影響,而且因為零、部件互相獨立,都要

支持一個自由度,使得零部件特性所持的空間維度很高,相反用途卻十分有限,

因此係統自由度產生較大的縮並。按一般規律縮並幅度較大的產品,性能較

為優良,使用方便,同時也因縮並幅度大(自由度減少幅度大)也使得產品

故障點增加,維修難度增加,比如電視機一般人都會使用,修理卻必須有較

強的專業水平。

製造產品需要對原材料按質量要求進行加工,同時消耗了原材料,它們都決定產品的“質量”和“成本”。零部件質量與原材料消耗是車間的特性,而產品質量和成本以及性價比則是綜合或整體特性;許多材料消耗與加工成

·第五章.技術與技術係統·

本歸結為單一的成本,這同樣是一種縮並。以上分析也可以看出,車間、工廠屬於不同層次,車間生產零件、半成品,隻關係產品的某些技術性能,總裝車間負責裝配產品也承擔部分責任,而產品性能(成本、性價比……)則是綜合整體特性,產品縮並過程涉及係統各個層次並直接影響綜合性能。

4.錯綜複雜的層次結構

係統層次結構是普遍現象,每個有限的係統都可能分解,所以都有層次結構。係統進化發展的主要形式就是產生越來越多的外部聯係,最後形成更高級的係統。

係統複雜性首先表現為多層次結構,由於層次太多,甚至不完全確定。一個簡單的零件係統它的外部特性表現為形狀、強度、剛度、硬度等,零件材料是由多種元素構成的係統(如鐵、碳、錳等);每種元素又由分子、原子、核與電子乃至更小的粒子構成,這些層次結構都對金屬——零件性能產生影響,而在平常的研究中是不可能一一納入的。社會係統層次表現就更為複雜,經常需要了解的政治係統、經濟係統都不單純。

係統複雜性另一個表現為係統都是多層次的。當發生相互作用時,兩者的層次並不一定相當或匹配,比如“民告官”之類的訴訟,不屬於傳統的民法和刑法範圍;其間矛盾的產生、責任的分類、不良後果的糾紛,比一般的訴訟案件更為複雜,不一定處理得完全合理。至於產品係統則更為複雜,例如“汽車造型”,粗看隻是幾塊薄板連接的簡單係統;然而,汽車外形結構設計涉及審美的價值觀念,塑造技術與藝術統一形態。而且汽車能量的消耗70%為空氣阻力,外觀造型是空氣阻力最大的影響因素,同時造型結果直接影響到“板塊”的衝壓工藝難度、設備模具製造難度、工藝流程、生產率與製造成本。再與整車係統聯係,相互作用不僅複雜也很難取得理想的優化效果。