流體力學概念匯總精選(九篇)

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第1篇：流體力學概念匯總范文

關鍵詞：節電，電費，節能措施。

中圖分類號：TE08 文獻標識碼：A 文章編號：

一、在討論節電之前，先介紹幾個關于電費計算的基本概念：

對于工業用電企業來說，國家供電部門對其每月消耗的電能的結算主要分為兩部分：電度電費和基本電費。

1、電度電費：每月按電表上顯示的實際電度讀數，再乘以倍率及單價而計算出的電費。對于工業用電，收費方式為分時段復費率：將一天24小時分為尖、峰、平、谷四個時段。

對于不同電壓等級的用戶，收取的電費單價是不同的，對于一個10k高壓用戶來說，收費標準為1—10kV大工業用電。一般電壓等級越高，電單價越低。

2、基本電費：供電部門會根據企業的設備報裝容量（單位為kVA），每月收取一定的基本電費，單價為23.3元 / kVA。報裝總容量與單價的乘積為每月的基本電費，與本月用電負荷的多少無關。

3、其他：除了以上所說的兩種電費之外，在企業與供電部門簽訂的供電合同中，還包含了對用戶負荷功率因數的考核：

考核目標為0.9，規則為高獎低罰。具體的獎懲原則是根據用戶每月用電負荷的多少，并結合功率因數綜合考慮，并乘以相應的系數得出獎懲的金額。

二、在了解了上述基本概念之后，就展開來談談企業的節能措施了：

基于電力收費的原則，在節電過程中，可以從兩方面下手：

1．節約基本電費：

可以通過向供電部門申請高壓設備暫停或者減容，來節約基本電費。只有這種措施才是最直接的減少電費支出。

1．1報申請暫停要經過復雜的程序，而且是有時間限定的。并且在對一個用電賬戶申請一次之后，下次再申請暫停需要至少半年之后才可以.。

1．2如果對設備進行減容，不僅程序上復雜，有時間限定，而且在增容時還要再重新交納一筆不少的費用。

所以進行此措施的前提，必須要對企業的用電負荷進行認真的核算，保證在未來的幾年生產發展中，不會再產生大幅度的負荷增長，否則不要輕易采用此辦法。

2．節約電度電費：

2．1．變壓器節能：

2．1．1 制造工藝改良：

如果一個廠區的配備的變壓器數量較多，容量較大，那么其運行的總損耗是不容忽視的。

新型節能的變壓器，比如SCB-10系列干式變壓器，空載損耗、短路損耗與老式的油變相比，具有低噪音、低能耗、運行費用低的優點。

2．1．2 經濟運行：

變壓器的經濟運行是指在傳輸電量相同的情況下，通過擇優選取最佳運行方式和調整負載，使變壓器電能損失最低。變壓器經濟運行無需投資，只要加強科學用電管理，即可以達到節電和提高功率因數的目的。

每臺變壓器都存在有功功率的空載損耗與短路損耗，無功功率的空載損耗及額定負載損耗。變壓器的容量、電壓等級、材質不同，決定了上述參數的不同。因此必須選取參數好的變壓器，并通過最佳運行參數的組合來達到變壓器的經濟運行。

一般變壓器的經濟運行點控制在60%至70%的負荷率，如果對于一個生產負荷率一般的工廠來說，就可以通過調配負荷運行方式，來達到節能的目的。

2．2 電力電容器節能：

2．2．1高、低壓變配電所可以配備電容器，通過無功自動補償裝置對本段母線的電壓、電流、頻率、功率因數等參數進行實時監測，根據監測到的實際功率因數與設定的目標值進行判定電容器的投切組數，并自動投切。

2．2．2 節能效果：

功率因數衡量的是有功功率在視在功率所占的比例的大小，如果有功功率的比例提高了，電力系統的效率就提高了。合理有效的無功補償可以使電網及變壓器等配電設施上的有功損耗可降低35%--50% ，設備帶載能力可增加20%--30%。

2．2．3 具體措施：

對于用戶來說，最好在低壓側進行補償，可以提高變壓器的效率，為我們自己的設備節能，如果低壓無功補償還是無法滿足高壓進線功率因數的要求，再投入高壓電容器，給上一級電力系統輸送無功功率。

2．3變頻器節能：在許多工廠企業中，許多設備的運行都采用了變頻器控制方式，采用此方式要達到節能效果，必須在工藝上存在節能空間。

由流體力學可知，P(功率)=Q(流量)╳H(壓力)，流量Q與轉速N的一次方成正比，壓力H與轉速N的平方成正比，功率P與轉速N的立方成正比，如果水泵的效率一定，當要求調節流量下降時，轉速N可成比例的下降，而此時軸輸出功率P成立方關系下降。

另外變頻的軟啟動方式減少了對電網的沖擊，降低輸入電流，節約了電費；可以提高功率因數，減少無功損耗。

由于電機為直接啟動或Y/D啟動，啟動電流等于(4-7)倍額定電流，這樣會對機電設備和供電電網造成嚴重的沖擊，而且還會對電網容量要求過高，啟動時產生的大電流和震動時對擋板和閥門的損害極大，對設備、管路的使用壽命極為不利。而使用變頻節能裝置后，利用變頻器的軟啟動功能將使啟動電流從零開始，最大值也不超過額定電流，減輕了對電網的沖擊和對供電容量的要求，延長了設備和閥門的使用壽命。節省了設備的維護費用。

避峰填谷節能：

這種節能概念是一種負荷整形管理技術，包括削峰、填谷、移峰填谷3種。根據電力系統的負荷特性，以某種方式將用戶的用電需求從電網的高峰負荷期消減、轉移或增加電網負荷低谷期的用電，已達到電力需求在時序上的分布，減少日或者季節性的峰荷，提高系統運行的可靠性及經濟型。還能減少新裝設備容量，節省電力設備投資，降低預期的供電成本。

計量抄表系統：

可以在常去的每個重要的單體都設置智能抄表終端，并且通過光纜傳輸，將電度數據及時準確地匯總至中控室的上位機后臺中。

自動抄表系統可以克服以往人工抄表帶來的種種缺陷，對分鐘數據、日數據、月數據進行采集分析，幫助運行人員處理各種報表，并核算出損耗率，使整個電力計量系統更加完善，為科學的電氣運行奠定了技術基礎。

三、提高員工節能意識：

作為企業的每一位員工，都要向對待自己家一樣來愛護自己的企業，時時刻刻存在節能意識。

要養成隨手關燈的習慣；對于室內可以進行自然采光的，就盡量減少開燈的時間；在夏季，不要將空調溫度開的太低；只要室內長時間沒有人工作，就要關閉辦公用電設備。

通過對某中型制劑廠區每月電力消耗的統計，僅僅照明這部分就要占用電總量的六分之一，每月產生多達5萬多的電費。如果每天少開幾盞燈，就會大大節約照明用電量。

結束語：通過對以上這些措施的合理調配，可以有效地節約工廠企業電能的電力消耗，從而達到控制產品成本的目的，同時也響應了國家節能降耗的號召。

參考文獻：

[1] 國家電網公司，《國家電網公司電力安全工作規程》（變電部分），中國電力出版社，2005版

第2篇：流體力學概念匯總范文

[關鍵詞]錢學森；復雜系統；本體論；認識論；方法論；實踐論

[中圖分類號]BO　[文獻標識碼]A　[文章編號]1672-2426(2011)01-0008-06

導言

認識世界，特別是認識人類自身，是人類認識發展的永恒主題。隨著技術的發展和海量數據的產生，人類知識正以前所未有的速度向復雜性進軍。雖然理性認識已高度普及，科學理論還是面臨前所未有的挑戰，其中突出的挑戰是：如何應對復雜性?

當前，科學界普遍面臨著三大復雜性難題的挑戰：如何整合大量數據和知識，以形成對事物的深入系統的認識并用于指導社會實踐?如何在認識論和方法論上融合自然科學、社會科學與人文學科?如何綜合人類的知識體系，構建關于人與自然的和諧的科學圖景?傳統的還原論觀點難以解決這些難題。

社會雖然高度發展，但社會管理不斷面臨新的需求和挑戰，尤其在醫療和教育兩大領域。“看病難，看病貴”等社會現象，催化對醫療體系的深度思考，正在呼喚著以保障健康為目標、重在全民參與的新醫療體系。教育體制改革、人才強國戰略的實施，呼喚新的教育理論，對杰出人才的需求將催生以開發人體心智潛能為目標的新教育模式。建立在解剖學、生物化學、生理學和心理學等人體還原論基礎上的醫學模型已經遠遠不能滿足實踐需求，基于學科分類的知識結構理論，也對知識的整合、教育模式的更新設置了障礙。人們迫切需要對“人”和社會形成系統的認識，并從根本上加深對知識與實踐的關系的理解，形成從認識到實踐、到薦認識持續循環的科學認識過程。

正是在上述科學、文化、社會發展的諸多需求背景下，產生了復雜系統科學，特別是錢學森復雜系統思想。

錢學森復雜系統思想是20世紀末我國系統學研究之輝煌成果。有“大成智慧”之譽。將復雜系統研究運用于國計民生是力學泰斗錢學森教授幾十年來的深切愿望。“從定性到定量”的綜合集成法將社會科學與自然科學有機銜接，“專家研討廳”體系將精確邏輯思維和開放直覺思維有效集成，開放的復雜巨系統理論進一步為研究腦與思維、人與社會等復雜系統提供了基礎的科學模型，為面對社會系統開展認識、實踐、再認識的科學思維活動提供了行之有效的認識論和方法論。這里，錢學森以力學家特有的氣魄，引導人們在新世紀各種變幻莫測、錯綜復雜的事物面前，進行嚴謹的科學思考，作出智慧的判斷決策。他表示：“我在余生中就想促進這件事情：建立一個科學體系，并運用它解決社會主義建設中的問題。”

一、錢學森復雜系統思想

錢學森在長達數十年的探索過程中，與他周圍的專家學者，緊密跟蹤國際學術發展趨勢，以解決重大科學和社會實踐問題為目標，創建了“現代科學技術體系”、“開放的復雜巨系統理論”、“從定性到定量的綜合集成法”等若干原創性的學術思想。這一學術體系正在發展為服務于社會發展的大成智慧。

其中，開放的復雜巨系統理論和從定性到定量的綜合集成法，是錢學森復雜系統思想的核心。在此基礎上。錢學森還提出創建一系列新學科的構想。例如，把人腦作為復雜巨系統來研究，提出了“思維科學”；把地球表層作為復雜巨系統來研究，提出了“地理科學”；把人體作為復雜巨系統來研究，提出了“人體科學”等。這些學術構想，為新時期的學科創新指出了方向。

在錢學森復雜系統思想中，哲學觀具有核心作用。愛因斯坦曾指出：“如果把哲學理解為在最普遍和最廣泛的形式中對知識的追求，那么，顯然，哲學就可以被認為是全部科學研究之母”。影響科學發展的哲學觀包括本體論、認識論、方法論和實踐論四大層面。在對復雜事物的認識中，這四個層面的相互影響更為突出。對事物本質的認識(即本體論)深刻地影響著人們提出問題和解答問題的方式(即認識論)，影響著學者對系統的觀測和建模(即基礎科學)，最終影響人們對系統實施干預的目的和方法(即技術和工程)。因此，錢學森復雜系統理論的發展應該貫穿哲學觀、基礎科學、技術科學與工程實踐四大層次，形成一個完整的學術體系。

二、復雜系統本體論

1.開放的復雜巨系統論

復雜系統復雜在何處?為什么傳統的科學方法論難以處理?錢學森在對這些基本問題的深入思考中，提煉出一些復雜系統的本質性特征。他從開放性、子系統特征、相互作用特征等幾方面對系統進行了分類，提出了“開放的復雜巨系統”的概念。人腦系統、人體系統、地理系統、生態系統和社會系統等，都是典型的開放的復雜巨系統。這些系統的復雜性特點表現在：(1)系統與環境之間有豐富的物質、能量和信息交換(開放性)；(2)系統存在多層次的子系統(層次性)；(3)子系統數量巨大，種類多樣，定性模型各異(多樣性)；(4)子系統之間相互作用關系復雜(復雜性)；(5)系統的結構和功能處于永久的進化過程中(進化性)。對于這樣的系統，傳統的認識論和方法論不能提供有效的指導。錢學森指出，對這類系統的研究，需要運用從定性到定量的綜合集成法。

對復雜系統的研究不適于簡單地走自下而上的路線。與簡單系統不同，對復雜系統的觀測必然產生大量的、多層次、多層面、甚至相互對立的豐富信息。對這些信息進行綜合并形成理論模型的途徑是不唯一的，不同理論模型擁有不同的自洽度。事實證明，依靠傳統的簡單模型的思路來收集數據，通過自下而上的整合信息來獲取對復雜系統的認識，在理論和實踐上都是極為困難的。經驗告訴我們，對任何具體的復雜系統的有效認識，必須首先有一個原始的復雜系統論的模型作為出發點，再結合具體系統的知識(數據)，形成具體的模型和認識。這樣獲得的認識一定是初步的，有待深入完善的，必須在應用于實踐，然后收集實踐效果的真實資料，來重新認識。這樣形成的一個迭代檢驗、修正認識的完整途徑，在復雜系統研究中占據一個遠比簡單系統研究中更為重要的地位。

那么，最原始的復雜系統模型從哪里來呢?應該從對復雜系統的本質特征的認識中來!對系統本質特征的嚴密論述，就上升到了哲學本體論。因此復雜系統研究的突破，在最根本的層次上取決于哲學本體論的突破。復雜系統科學研究需要發展復雜系統的

本體論。

2.復雜系統的本體論

東西方哲學思想中蘊含著大量的關于本體論的闡述，從蘇格拉底、柏拉圖和亞里士多德的古代希臘哲學，到康德、黑格爾、柏格森和羅素的近代西方哲學，從孔子、釋迦摩尼和老子的古代東方儒釋道樸素的哲學思想，到當代運用、并結合中國發展的實踐所產生的思想等，對事物本質的闡述(本體論探索)始終占據核心的位置。

我們在深入梳理上述學術思想的同時，在繼承錢學森復雜系統思想的基礎上，融合現代自然科學原理，探索建立一個集古今東西方哲學、科學成果于一體的復雜系統哲學觀。由此，我們提出如下的存在論命題：宇宙中普遍存在“形體一元二面多維多層次”的開放的復雜系統，錢學森的開放的復雜巨系統是其一般表達形式。

特定的復雜系統和宇宙(自然)構成一個完整的整體，這個整體就是一元。整體一元性的科學依據是系統的自組織性，而開放性是系統在一元性下支撐其存在的條件。開放的復雜系統的運動遵循兩大科學原理，即物理宇宙的能量守恒原理和生命世界的達爾文進化原理，其運動表現形式可以概括為形體二面復雜多層次性。其中，顯現的一面是體，隱現的一面是形。體以結構為表現形式，形以功能為表現形式，數學上表現為場，或形態，與體結構相伴而同時存在。形體二面的存在性源于量子物理的觀點，證明如下：如果確認波函數是對宇宙的精確描述，則復雜生命系統同時存在宏觀的振幅密度分布和相位梯度場，前者可以直接觀察，后者可以通過前者的運動來推知。一個形象的比喻是天空中飄浮的白云和推動白云運動的氣流，云為體，氣(流)為形，氣流與云的運動是一個整體。多維，即指多自由度，指系統包括大量的子系統。也只有當子系統數目巨大時，才能產生所謂的“涌現”，形成新的層次和維度。跨層次的結構和功能一般處于不同的維度，它們之間的聯系常常難以建立，甚至難以理解。正因為多層次性，才構成復雜系統。多層次性是復雜的自組織性的體現，層次的數目刻畫了系統的復雜性。

以人體生命系統為例。核酸、蛋白質、細胞、組織、器官、系統、人體等屬于多層次的體系統結構，形成豐富的體世界，同樣，人體形系統也存在對等的多層次結構。與體系統的結構性相對立，形系統的數學形態是場，通常的運動形式是波，兩者形成鮮明的對照和互補。思想、觀念、認識、意識等都是個人的形世界中的子結構，這些結構的變化和演化，就是社會變化發展的主要內容。

上述內容構成一個相對完整的復雜系統的哲學本體論，雖然還有待深入和完善，它已經可以指導我們來研究復雜系統。那么，從這一哲學本體論出發，研究復雜系統的思路是什么呢?那就是：針對一個具體的復雜系統，我們首先問，系統的一元性、二面性、多維性、多層次性體現在何處?應該用什么方式(文字，數學)來刻畫?對這些問題的解答，構成了對特定對象的復雜系統論模型。

一個特殊的復雜系統是人類的認識系統，它的運動規律就是人類的思維規律。對思維本質規律的闡述，就是認識論。對具體思維過程的闡述，就是思維科學的內容。我們運用上述復雜系統的本體論開展對人類面對復雜系統時開展思維活動和規律的探索，形成復雜系統的認識論，以及描寫思維活動的普適數學模型，發展思維模型，同時，從宏觀上指導人們開展高效率的復雜系統思維。這是錢學森對發展思維科學所寄予的厚望。

三、復雜系統認識論和思維模型

1.錢學森論復雜性思維

錢學森指出，認識復雜系統的主體不應該是抽象的個人，而應該是一個由具備多方面知識和經驗的群體。這是因為，用來認識和優化復雜系統的知識是多樣化的，不但包括成文的知識，而且包括專家直覺和經驗，后者在對復雜系統的認識過程中起到極為重要的作用。

對復雜系統的深刻的認識和有效的干預，必須將先前的認識(直覺和經驗)和當前認識結論(決策)將要產生的效應(實踐效果)綜合起來考慮。這是復雜性思維的特色，是研究思維創新的關鍵。科學發展遭遇到瓶頸，正暴露了傳統思維的局限性。以物理學為例，愛因斯坦曾指出，在遇到發展瓶頸的時刻，如果科學家“不去批判地考查一個更加困難的多的問題，即分析日常思維的本性問題，他就不能前進一步”。對思維本性的認識就是哲學認識論。愛因斯坦指出，“科學要是沒有認識論――只要這真是可以設想的――就是原始的混亂的東西”。

2.復雜系統的認識論原理

在學習、繼承錢學森復雜性思維的基礎上，以及在上述的復雜系統本體論的指導下，我們提煉了復雜系統認識論的三條原理，即認識主客體的相對復雜性原理、認識的時空相對性原理以及理性知識的層次性和可綜合性原理。

認識主客體的相對復雜性原理是指，高級復雜系統擁有更大的復雜度，才能概括和表達低級復雜系統的特點。科學哲學家雷舍爾指出，“認識論最基礎性的原則之一就是，較低智商必定被更高智商所迷惑”。從更積極角度看待這個規律，就是要充分提高認識主體的復雜度，運用高復雜度的認知系統來概括低級復雜系統的特點。由此產生的一個關于認識論的基本命題是，為了研究一個復雜系統，首先必須界定問題的性質和其復雜度，然后，選擇適當的研究工具，包括研究主體。錢學森“從定性到定量的綜合集成法”的認識論基礎就在此。

認識的時空相對性原理。我們將穩定的公共的認識，稱為真理。真理本質上是人類文明(形世界)在長期進化過程中形成(涌現)的公共的穩定的認知結構。歷史告訴我們，沒有恒定不變的認知結構，真理具有相對性。復雜系統本體論指出，形體世界具有一元兩面的特性，它們的密切相互作用是推動“真理”這個認知結構產生演化(觀念進化)的動力。傳統的真理觀只注重真理的時間相對性，這里倡導的認識時空相對性原理同時還注重“空間”的相對性，即不同的人群可以擁有其相對穩定的、內容獨特的認知結構。生命世界和文化的多樣性發展，必然帶來認識的多樣性，這是復雜系統科學相對于自然科學真理觀的挑戰，值得深入探討。這一原理對未來世界大同、多文化和諧共存的圖景有重要意義。

理性知識的層次性和可綜合性原理。理性知識是人類的一類特殊的認知結構。古代，哲學是表達理性知識的形式。科學的發展，極大地豐富了理性知識體系，形成了人類文明史上最為龐大的知識體系。但是，隨著技術的先進，人們可以從多個角度獲得見解和知識――由于復雜性，在一般情況下，這些知識和見解之間存在沖突，這是復雜性的來源。層次性和可綜合性原理的正命題是說：存在一個多層次的整體，將互相沖突的知識安置在合適的層次和層面。我們將這一整體性的認知結構形象性地表述為“知識寶塔”。知識寶塔的存在是基于復雜系統的自組織性：無論系統如何復雜，它在

現實世界中依靠自組織形成一個有機的整體，知識寶塔是與這個現實的整體最貼近的表述。相互沖突的見解，如果它們在客觀上是合理的，就是對事物的不同側面和不同層次的性質的反映。發現知識寶塔，就是找到了綜合這些合理見解的途徑，也就解決了沖突――在更高層次上統一了相互沖突的知識。

上述認識論原理對于認識復雜系統的現象，集成觀察數據，開展科學建模，以及指導實踐具有指導性意義。具體地，也可以指導研究思維本身的具體的和微觀層次的規律，這就是思維科學的內容。

3.思維科學與思維網絡動力學模型

錢學森一直高度重視對思維規律的探索。他從系統論的思想出發，依照復雜度和應用特征，將思維分為四個層次――抽象邏輯思維，形象直感思維。靈感頓悟思維和社會集體思維，并且提出了若干課題和猜想。錢學森有關思維的論述集中體現了以下幾點：首先，思維具有多層次性，從抽象思維、到形象思維、到靈感思維，以及更多的層次；其次，思維是開放的系統。錢學森有關思維的猜想雖然不具體，但更具有科學模型的特征，對中國思維科學的發展起到重要的推動作用。

過去幾年，我們在系統梳理西方哲學認識論的基礎上，嘗試將康德的有機體概念落實到思維模型的構建中，形成與康德和黑格爾哲學思辨相呼應的思維和知識模型，并結合神經科學的最新發現，具體地將知識結構與網絡回路聯系起來，將思維過程與網絡通道的激發和回路競爭動力學聯系在一起，形成能夠統一理解數理邏輯、辯證邏輯，甚至更廣泛的復雜思維邏輯的理論框架，這就是思維的網絡動力學模型。

在思維的網絡動力學模型中，知識是一個存儲在網絡中的、具有多層次性及開放性特點的復雜系統，網絡是對這個有機整體結構的描述，思維活動可以表述為是網絡中存在的各類激發。具體地說，人在思維時，在大腦中形成一系列的網絡通路激發，這些激發分為自下而上和自上而下的雙向組織和調控過程。思維活動所形成的理性知識。是在諸多激發中形成的穩定回路結構，它們是一種亞宏觀涌現，我們稱之為知識回路。從神經科學和心理學的若干證據出發，我們猜想，知識回路展現出非線性多尺度動力學行為和網絡狀可變拓撲結構。這些認識形成了如下的知識回路模型：以概念形成思維網絡的元節點，將命題表述為概念元之間的連接通道，將知識表述為多個命題通道形成的網絡回路。

多層次、多連通的知識網絡是對復雜系統多層次和多層面性質表述的需要，也是辯證邏輯發展的必然結果。辯證邏輯不要求命題之間無矛盾，它本身就是在處理有矛盾的命題過程中發展起來的。在我們提出的知識網絡系統中，包含康德所提出的雙向因果，它體現為由多個命題回路形成的自反饋超回路；隨著概念元和連接數量的增加，網絡層次可以多方位拓展，超越層次的回路結構可以形成，為完成黑格爾的辯證法思維提供保障。在形式邏輯層面上相互矛盾的命題，在更廣泛的多層次的網絡結構中可以存在。

4.復雜概念網絡與新一代專家系統

上述的思維網絡動力學模型建立了以網絡回路之間的競爭動力學來實現演繹推理等思維活動的理論新框架，這為新一代專家系統的設計提供了理論基礎。

思維的網絡動力學模型，為我們解讀實際的復雜思維提供了有力的理論工具。以中醫臨床醫療的辨證論治復雜思維為例，我們構建了基于復雜概念網絡的中醫思維動力學模型和模擬方法：(1)用概念網絡的有序激活模擬推理；(2)用回路輸出模擬醫療推理的結論和深層解釋；(3)用多層次概念的逐層激活模擬推理的方向；(4)用多回路激活與競爭動力學模擬中醫辨證論治；(5)用“多次迭代、逐級逼近”實現思維收斂并提高準確性。

中醫的思維動力學模型，可以運用于中醫典籍和臨床醫案的解讀，進而構建中醫復雜概念網絡知識庫和設計推理運算。2009年，我們初步構建了中醫《傷寒論》的概念子網絡，進行了中醫診斷思維的初步模擬試驗，獲得與醫案記載一致的結果。并在此基礎之上，開始研制智能中醫知識網絡原型。這一研究，有望為新一代中醫專家系統研究提供理論基礎，為中醫現代化和計算機智能化的發展建立一個新的基礎。

四、復雜系統方法論

1.從定性到定量的綜合集成法

1990年，錢學森提出的“從定性到定量的綜合集成方法”，是對復雜系統本質認識的運用。綜合集成法把專家集體的知識和存儲在計算機里的豐富系統信息有機結合起來，開展綜合模擬和分析。這一方法的運用，把人的思維成果、經驗、知識、智慧以及各種情報、資料和信息加以綜合集成，從整體的模糊的定性認識細化到局部的精確的定量認識。綜合集成法的運用分為三個步驟：(1)集成多方面專家意見形成假設；(2)形成多參數定量模型；(3)形成預言并開展模型檢驗(實踐)。上述三個步驟構成一個持續迭代的循環，促進對復雜系統認識的不斷優化。2006年，于景元將錢學森復雜系統思想概括為錢學森綜合集成體系――從綜合集成思想、綜合集成方法、綜合集成理論、綜合集成技術到綜合集成工程。

上述復雜系統認識論的主體與客體的相對復雜性原理，為綜合集成法提供了認識論基礎。對于復雜度高的系統，例如人體和社會系統，必須依靠一個專家群體，運用多學科的綜合知識，才能構建全面和深入細致的理解，形成有價值的模型和較為全面的行動方案。

綜合集成法凝聚了錢學森多年從事科學研究和工程管理的經驗，具有豐富的實踐基礎。錢學森指出：從定性到定量的綜合集成法，“本質上是科學和經驗的結合。”需要在充分運用以后，“才能再升華出理論，現在還只是方法而已”。人們普遍關注，如何運用綜合集成法?多學科的知識如何集成?從理論上來說，首要的科學問題是通過怎樣的宏觀思維來確定復雜系統的維度(廣度)和層次度(深度)，對系統形成合適的知識寶塔，這是有效集成多學科知識的前提。其次，對局部的精確建模也十分重要，這就涉及到復雜系統具體建模的方法論。

2.復雜系統建模的方法論策略

在多年從事復雜力學系統建模的基礎上，我們提煉了如下復雜系統建模的方法論策略。

首先，復雜系統建模必須有明確的目標和問題。因為復雜系統包含著巨大數量的要素，而且還具有永恒的動態性，因此通常表現為數據眾多而理論不足，在數據與目標、問題之間顯現出巨大的鴻溝。所以，首先要對系統的問題目標展開理性的思辨和優化確定。明確階段性認識目標，合理地規劃對數據的分析，是首要任務。為此，必須從本體論原理出發，最大限度地利用復雜性共性實現對系統的“觸類旁通”，并以此為基礎鑒別所觀察的信息和所提出的問題的價值。這就是“知識寶塔”的重要性，信息都應該在知識寶塔上有正確的定位，其重要性取決于它與系統研究目標和所解答的問題的

相關度。

其次，充分理解復雜系統的多層次結構性和動態性，不能期望一勞永逸地解決問題。其認識論依據是理性知識的多層次性和可綜合性原理。為此，對復雜系統要梳理出多層次的目標和問題，明確分階段的優化目標以及相關問題的重要程度和迫切程度，開展多層次和迭代重復的表述。每一次表述都不是終極的，它為下一次表述做準備。

在上述原理指導下形成的復雜系統的方法論策略為：“多層表述，逐級定量，多次迭代，逐步近似”。下面，我們介紹將這一策略應用于湍流世紀難題攻關的一些情況。

3.湍流世紀難題的攻關

湍流世紀難題始于1883年流體力學家雷諾的研究，一個多世紀以來，人們孜孜不倦地探討著，如何定量精確地預測湍流平均流動的性質，形成了湍流世紀難題。20世紀30年代，德國科學家普蘭特發展了邊界層理論，被譽為上一世紀流體力學、應用數學領域最重要的十大成果之一。這一理論是當今航空航天計算設計的核心基礎。但是，理論局限在簡單邊界和低速下，對高速飛行器的設計形成極大的制約。湍流世紀難題的重要性再次成為航空航天界的熱點課題。

在對湍流研究百年來思想發展脈絡的考察后，我們認為：“要實現湍流世紀難題的突破，必須在認識論、方法論上有所創新。必須對傳統的還原論進行改造，既要重視理性的力學基本原理，又要充分考慮來自邊界和復雜介質的信息，后者通常以經驗的形式出現，兩者的有機結合才能完成對宏觀湍流的精確刻畫。”于是，我們提出了湍流“結構系綜”的新思想。

所謂結構系綜，是對湍流脈動結構的宏觀功能開展統計的、定量的和系統的描述。首先通過引進序函數、統計相關結構等一系列新概念，建立從數值模擬的經驗知識中提取湍流結構統計效應的研究平臺。2008年，以該思想為核心申報的科技部973項目“飛行器力學與光學設計中的關鍵湍流問題”成功立項。2010年，運用這一平臺，我們成功地從大規模數值模擬數據中總結出邊界層的多層結構理論，該理論定量推廣了普蘭特的邊界層理論，正在用于指導設計新型的航空航天湍流計算模型。最近，多層結構理論又在理論上取得極有意義的進展，一個基于多層李群對稱性的湍流邊界層理論正在誕生。該理論旨在延續統計物理平均場理論的傳統，將朗道創立的序參數理論、威爾森創新的臨界現象的重整化群理論推廣到湍流平均場，為解決經典物理的最后一個難題帶來新的希望。

湍流這一硬科學的難題，其最終突破將是哲學認識論、方法論和嚴謹的數理邏輯推理的共同產物。復雜系統思想應用于具體實踐，終究要將這幾方面有機結合，才能產生實質性的創新。

五、復雜人體系統科學原理的提煉

1.錢學森論人體復雜系統

錢學森指出，“要建立開放復雜巨系統的一般理論，必須從一個一個具體的開放復雜巨系統人手。”我們這里以復雜人體系統為例，發展錢學森復雜系統思想。

科學飛速發展的20世紀，眾多思想家在不同的背景下指出，應該加強對人體的系統性和復雜性的認識。但在眾多學者中，錢學森是提出建立系統人體模型的第一人，是提出建立以人體系統模型為核心的專門學科――即人體科學的第一人，是探討創立這門學科的方法論的第一人，更是認識到這門學問的重大價值，極力倡導發展這門學科的第一人。

錢學森指出：“人體是一個巨系統，不斷地與環境、與宇宙交往聯系，其內部結構也必然形成許多層次，層次各有其特征，層次又有互相的交往，有反饋調節控制。人體科學的任務就是理解這樣一個復雜的巨系統”。

2.應用于運動訓練的人體復雜系統模型

在負責組織奧運競技體育項目――皮劃艇激流回旋――科技攻關項目的過程中，我們嘗試運用錢學森復雜系統思想，研究運動員人體系統，并在實踐中總結并發展復雜人體系統研究的思路、方法和原理。在這場特殊的、跨領域的攻關實踐中，我們以復雜系統的本體論、認識論、方法論為指導，以開發優化人體系統(培養冠軍運動員)的技術和促進人體系統工程實踐(創新高效的運動訓練系統)為目標，以當代生命科學、生理學、心理學、神經科學、運動訓練學等學科前沿知識為基礎，提煉了人體復雜系統科學的若干原理。

首先，從復雜系統多層性特征的本體論出發，我們提出人體系統的多層次耦合作用原理，目標在于建立從分子細胞到人體行為的多層次關聯。我們特別提出，顯意識、潛意識與下意識與人體不同層次的神經系統功能有對應，意識的調控對應著神經系統的改變，進而影響人體功能。這一理論打破了心理、體能、技術訓練之間的隔閡，為綜合性心身訓練提供了理論基礎。

其次，從復雜系統的開放性出發，我們提出了人體意識系統的開放性原理和心理能量模型。個人的認知、情緒、思維以及心理動力的變化，只有在心理開放性原理下才能得到理解，并為心理能量的來源問題提供了新的視角，為心理訓練提供了新的方法。

再次。從復雜系統的網絡相互作用機理出發，我們提出人體行為控制的網絡作用模型。人體系統不是機械的演化，而是擁有“期望”和“行為控制”方式的進化能力。人的理性自主活動可以概括為如下動態循環過程：愿望產生――設定目標――產生計劃――執行計劃――效果反饋。上述諸要素及相關子系統構成行為調控網絡，該網絡的建立為運動訓練的科學化提供堅實的基礎。

上述原理在與神經科學、認知科學、中醫學、系統科學和運動訓練學等學科的碰撞下，進一步形成一系列運動訓練方法。例如，“技術認知訓練方法”、“心理能量訓練方法”、“意志力訓練方法”、“科學思維訓練方法”和激流訓練特殊的“表象訓練三部曲”方法，形成了一個綜合的激流訓練新體系。

這些研究成果，一方面豐富了運動訓練理論，提出了新的運動訓練學研究課題，同時促進了對人體系統的相關基礎科學研究。這些原理和訓練方法，對中國激流國家隊運動員競技能力的提升已經起了顯著的作用，被競技體育專家李少丹教授認為“對傳統的運動訓練學構成了有力的沖擊”。

六、復雜系統實踐論與大成智慧工程

1.錢學森“綜合集成體系”與“大成智慧工程”思想

錢學森提出的“從定性到定量綜合集成研討廳體系”，是他領導并組織實施的兩彈一星大規模科學技術工程實踐經驗的結晶。本質上這是一套理性的運用眾人之力、處理復雜系統問題、探索復雜系統規律的實踐方法。

綜合集成研討廳體系旨在把下列成功的經驗和科學技術成果匯總起來，并升華：①國際學術討論會(seminar)的經驗；②從定性到定量的綜合集成法；③軍事作戰模擬；④情報信息技術；⑤人工智能；⑥靈境技術(Virtual reality)；⑦人一機結合的智能系統；⑧系統學；⑨“第五次產業革命”中的其他各種信

息技術等。

綜合集成研討廳體系的目標是集“大成智慧”來解決實踐中的復雜問題，錢學森指出，“大成智慧……就在于微觀與宏觀相結合，……既不只談哲學，也不只談科學；而是把哲學和科學技術統一結合起來。哲學要指導科學，哲學也來自科學技術的提煉。這似乎是我們觀點的要害：必集大成，才能得智慧!”

錢學森把運用綜合集成法的集體稱為“總體設計部”，他希望將之建設成國家進行長遠規劃、解決各種復雜系統問題的決策咨詢和參謀機構。從中央到地方、從軍事到法律、從科技到文藝……等不同層次、不同部門、不同系統，都可以設立自己的總體設計部。并指出，總體設計部作為領導部門的決策咨詢機構，應由德高望重、學識淵博、勇于開拓的總體設計師及各行各業具有團結、務實、創新精神的科技專家組成。

總體設計部的實施對于中國社會的發展具有特殊的意義。那么，它的成功實施需要具備什么條件?這個問題只能通過理論結合實踐的道路才能夠得到解答。

2.科技奧運中“大成智慧工程”的成功實踐

理論探索和實踐之間形成快速迭代，是成功開展復雜系統研究的必要條件。這一條件必須由社會系統來提供，這是復雜系統研究取得社會性成果和效益的保障。我國競技體育系統具有目標清晰化和組織結構準軍事化兩大特征，是一個可以提供保障的社會系統。前者以競技成績為標志，使得理論成果能夠得到快速而鮮明的檢驗；后者則提供專家研討廳的組織保障。因此競技體育系統是實踐錢學森“綜合集成研討廳體系”和“總體設計部”的難得的實驗平臺。

從2006年1月到2007年8月，在舉國支持的科技奧運攻關活動中，我們在國家體育總局水上運動管理中心的組織下，在激流回旋國家隊主持了創新型、學習型、復合型教練團隊的建設，該團隊包括“中外科”(中方教練+外籍教練+科研人員)三方面的人員。在錢學森綜合集成法與專家研討廳思想的指導下，這支團隊快速集成國際先進激流知識，并根據中國運動員特點創新中西結合的新型訓練方法。這是一個由系統論主導的過程，既充滿了東方思維特色，又合理運用了西方科學的精確思維特點。三支力量有機凝聚，集中發揮了“1+1+1>3”的特殊系統功能。

運動員人體是復雜的，運動訓練是復雜的；競技比賽充滿不確定性和藝術性，更為復雜。通常，這些復雜性是由教練員這個具有豐富實踐經驗的“人”來承擔的，它受到教練員個體認識的局限。由專家學者來主導運作教練團隊，將經驗與理性相結合，是錢學森大成智慧工程的特色。但在實際運作中，面臨著跨領域探索的巨大挑戰，需要克服一系列困難。正是這些困難，為實踐和檢驗錢學森的“大成智慧”思想提供了難得的平臺。

我們在科技奧運的這一實踐活動中，對“專家研討廳”的運作規律進行了細致的總結，提出了如下認識：專家研討廳的成功運作，需要滿足四個條件，即有目標、有方案、有標準和定期研討，這也是“專家研討廳”高于常規的“開會”之處。一個持續的、多輪迭代的運行是成功的關鍵，為此，還需要有三點保障：(1)人心需要安穩；(2)組織需有結構；(3)目標需要崇高。實現這些條件的關鍵是人才和組織支撐，人才的關鍵在于專家研討廳的首席科學家，他的目標、胸襟、才干、方法以及人生積累，是集體智慧能夠不斷集成的關鍵要素；組織支撐是團隊高效率和可持續性運行的保障。兩者缺一不可。

上述實踐在較短的時間內就給中國國家激流隊帶來了新氣象。復合教練團隊實現了經驗、知識和智慧的快速集成，迅速掌握了這個項目的系統規律，帶來了中國國家激流隊競技水平的快速提升。2005年以前，中國選手從未打人世界大賽的前10名。2007年，在復合教練團隊指導下，中國隊獲得首枚男子雙劃世界杯銅牌，實現了歷史性突破，國際劃聯專門致電祝賀。從那時起，中國隊在國際大賽中已經近20次打進決賽，并取得1金3銀3銅的成績，令國際激流界矚目。

2006年8月，原先從未進入前六名的年僅18歲的國家隊女子皮艇運動員李彤被選為科技奧運“試驗田的種子選手”，開始接受北大團隊在新的理念和方法指導下的系統訓練。2006年下半年，李彤就在國內和亞洲比賽中獲得6枚金牌。2007年7月，在德國奧格斯堡經典的激流賽道，第一次接觸這個賽道、第一年參加世界杯比賽的李彤就成功打進決賽圈(前十名)，創造了激流史上的一項紀錄。國際劃聯官方網站的成績記錄表明，李彤是該年度世界上進步最快的女子皮艇運動員。2008年3月，在大洋洲錦標賽暨奧運資格選拔賽上，李彤獲得銀牌，創下了與2004、2008年兩奧運金牌選手卡琳斯卡僅差0.6秒的佳績，贏得了中國女皮國際大賽歷史最高榮譽!

七、錢學森復雜系統思想的學術意義和展望

1.對國際復雜系統研究的意義

錢學森開創復雜系統研究始于20世紀80年代，當時相關的科學探索還處于萌芽狀態，如今復雜系統研究經歷了從關注現象到關注方法、進而探索原理的過程，已經成為科學研究的前沿。1999年，美國“Science”雜志，刊登了一組標題為“復雜系統”(ComplexSystem)的專輯文章，這些文章就化學生物學、神經學、動物學、自然地理、氣候學、經濟學中的復雜性問題進行了論述；2001年，英國“Nature”雜志，也就復雜性的某些共通的側面，例如“噪聲與秩序”、“復雜網絡”等展開討論。2009年，“Science”雜志發表的“復雜系統與網絡”的專輯文章，進一步關注刻畫復雜系統的一個重要工具，即“復雜網絡”。2008年11月，美國國家科學基金會召開了一次題為“物理科學和工程中的復雜系統研究基礎”的工作會議。美國工程、數學和物理科學理事會委托給會議專家的任務是：確認在復雜系統研究道路上的“障礙”和“突破口”。與會學者們提出了復雜系統研究別突出的4大類問題，即：研究復雜系統的最好模型是什么?復雜系統的結構是如何約束它的涌現行為的?復雜系統演化和適應的結果是什么?如何校正復雜系統并且預見它們的行為?

上述問題的本質在于：如何提煉復雜系統的原理、以及如何在實踐中優化復雜系統。而本文所述的錢學森復雜系統思想及其最新發展，為系統地解答上述問題提供了新的思路。

復雜系統研究應該更緊密地依賴哲學本體論，將刻畫整體結構的概念網絡與刻畫局部變化過程的傳統數學進行有機對接，并反復迭代。從這個意義上講，需要大力發展復雜網絡這一數學工具，來回答上述第一和第二個問題。針對后兩個問題，錢學森復雜系統思想倡導有機地運用人(專家)的思維，甚至專家群體的思維，將經驗和直覺與計算機(精確數學模型運算)進行有機對接。客觀地說，這些思想超出了西方學者的視野，走在國際復雜系統

研究的前沿。如果能夠有效地落實，對發展跨學科研究，特別是針對人和社會的復雜性問題的研究，有不可替代的價值。

2.對國家建設的意義

我國處在經濟高速發展階段，各類社會矛盾正在集中爆發。醫療問題、教育問題，以及社會繁榮和穩定問題，都是典型的復雜性問題。一直以來，這些問題的解決依賴于各級政府與各個社會機構，依賴于德才皆備的各級領導。但是，隨著信息社會的來臨，隨著社會的民主化和人們需求的多樣化，需要政府處理復雜性的能力有較大的提升。錢學森的“大成智慧”學說正是未雨綢繆，因這樣的需要而產生的。錢學森復雜系統思想，對社會發展必將起到重要作用。

從本質上說，社會是人實現生命價值的場所。以此為準則，以充分發揮人體潛能為目標，對社會活動開展復雜系統工程設計，使參與活動的人群在活動中體會生活、體會生命、體會人生價值，這將從深層次上重新評估現有的政治、經濟、管理、科學研究、教育和醫療活動。社會實踐以提升人體素質為目標，就不是個別理論和個別技術所能處理和解決的。社會科學應該是生命群體的系統科學，而社會實踐在本質上是生命群體的系統工程，即社會系統工程。如果這些思想能夠得以付諸實踐，必將對中醫現代化工程、教育體制改革、運動訓練系統工程、社會健康保障系統的設計和實施起到有力的推動作用。

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