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“系统思考”理念的由来

“系统思考”理念的由来

点击数:7330 次   录入时间:03-04 11:54:21   整理:http://www.55dianzi.com   变频器基础

 

尊敬的总编:
你好!由于我在贵刊上发表的一些文章观点和传统的观点完全不同,可能会引起一些同仁们的质疑,这是完全正常的。因为科学就是在质疑、证伪过程中发展进步的。为了便于和您以及同仁们切磋交流,现将《“系统思考”理念的由来》发给你,以期得到您以及同仁们的证伪指正。


我国现在在运行的空调系统99%都是不节能的,这是我在2004-7全国制冷空调年会上得到的信息。后来在能源网上搜到了智能建筑95%都是不节能的信息,也证实这个看法。每年严寒酷暑电力叫紧时,向电力峰值负荷贡献率达50%以上的空调,总是首当其冲地成为缺电矛盾的焦点的频频信息,也左证了这个观点。
多年来我教授空调自控课程、带研究生研究的课题以及具体的空调工程实践,特别是当我阅读过号称现代管理学圣经、美国彼得.圣吉(peter senge)的著作《第五项修炼—学习型组织的艺术与实务》和号称软件工程圣经、美国f.布鲁克斯(fredrick p.brooks jr)的著作《人月神话》后,使我深深感到空调工程和管理工程、软件工程一样,也是一个由众多的子系统构成的统一的大系统,是一个有机的整体。系统是物质世界存在的基本形式和根本属性,我的经历,以及我退休后在不同公司任总工时遇到的空调系统、智能建筑系统大量的各种工程问题,促使我深入思考研究,究竟“空调系统99%都是不节能的”深层次的原因何在?在不断深入的思考以及同一些空调界德高望重的老前辈不断交流中逐步形成了用“系统思考”的理念去解决“空调系统不节能”这个老大难问题的整体理论框架。现在我已经完成了“系统思考”理念的整体理论框架大部分的理论推导工作,这种理念也在我现在任职的空调公司的空调工程中、在杂志上发表文章、在各种学术会上极力推行的。现在我正在构思设计验证我的理论模型正确性的实验方案,恰恰在这时,发现了王寒栋老师在《制冷空调与电力机械》,2004-12 p17~21上发表的“空调冷水泵调速试验研究”一文,该文中给出的“管路不变,手动变频”一组实验数据,充分证明了我推出理论模型的正确性。因为我推出的理论架构是用能量方程推导出来的,王寒栋老师的实验数据的左证更增强了我坚信模型正确的信念。
我认为“节能”是一个健康的空调系统才能涌现(这是系统科学中的术语)出的性能。空调系统犹如设计师的“孩子”,100个“孩子”如果只有一个有“不节能”的先天性缺陷,只要从偶然失误的原因去查找就可以纠正了。如果100个“孩子”有99个都有先天性缺陷的话,那一定要从“dna”去查。去年我在“暖通空调专业高等教育和设计体制的反思”一文中(发表在《全国高校建筑环境与设备工程专业教学研讨会论文集》,2004-8,p165~168)分析了,空调系统发生“遗传”问题是因为我们设计院组织结构体制和空调专业教育体制造就了我们的设计师、学生、老师习惯于传统的“按照专业模块”用“片面思考”的理念进行空调系统设计集成的结果。在这种理念指导下,空调系统中每一个专业模块设计工作的结果,是一个自认为的“完美的土豆”,然后将这些“土豆”放在建筑这个“麻袋”里,就成了集成的空调系统。这“一袋土豆”表面上是一个整体,实际却是松散的,系统集成是有缝的,没有相互连接的子系统构成系统整体的结构机制,当然不会出现系统整体层面上才能出现的系统属性—节能。这犹如箍成的木桶桶板之间连接松散有缝,有箍约束着看似是一个桶,但不会出现完好的桶才会有的存水功能。“土豆装入麻袋”式的理念,造成了集成构筑的空调系统绝大部分都有“不节能”的先天性缺陷,这是我给现在“空调系统不节能”的“遗传”疾病的病因诊断。
根治空调系统先天性缺陷我开出的处方是遵循“系统是物质世界存在的基本模式和根本属性”客观规律,用系统工程中“系统思考”的理念处理空调系统的集成问题。“系统思考”的理念就是根据系统整体功能的目标要求,居高临下、统观全局、把握整体地,既见树木又见森林地安排构筑系统中各个子系统的功能,子系统间的关联、影响、制约,子系统和系统以及和环境的关联、影响,构成一个具有系统整体功能结构机制的整体系统,系统便会自然而然涌现出预期的整体功能。我应用“系统思考”的理念是从空调系统中最热门的话题“变频水泵节能、变频风机节能”入手的。根据“系统思考”的理念,风机或水泵是容入风路或水路中,并和管道系统、控制系统共同构成一个统一的有机整体。风机或水泵最节能的运行工况是在一定的变速范围的“全相似”工况。容入系统中的风机或水泵的性能,要受到管道系统的阻力特性、控制系统特性的关联、制约、影响而发生根本性的改变,因此对水泵或风机在最节能的“全相似”的工况运行的“全相似”的要求,不仅仅是对水泵或风机的要求,也是对管道系统的要求,同时也要求相应的控制系统与之匹配。这是我以“系统思考”的理念,从能量方程推导出来的公式里得出的结论。对管道系统“全相似”要求中的“几何相似”要求深刻的含义是:系统运行时,管道系统中不准有可以改变几何参数的调节阀,这便是我提出的三个发明专利:“一种采用新理念计算中央空调系统水路系统阻力的方法”(专利申请号:200410073119.8,公开日:2005-5-25,公开号:cn 1619276a)、“一种无变风量末端装置的变风量空调系统”(专利申请号:200410073251.9,公开日:2005-6-29,公开号:cn 1632397a)和“无电动双通调节阀的节能型舒适性空调系统”(专利申请号:200410073252.3,公开日:2005-4-13,公开号:cn 1605809a)的理论依据。我在文献[1]中就申明了这个观点。我觉得这正是“空调系统不节能”的症结所在。系统中的水泵或风机的性能和孤立水泵或风机的性能有着本质上的差别,这并不是每个空调设计师都能够理解的,到底有什么样的本质差别更不是人人都能够说得清楚的。现有的设计手册、教科书上对此问题的阐述也是模糊的。而这点我正是采用了和传统按专业模块的“片面思考”理念完全不同的“系统思考”的理念推导出来的。理念改变世界,只有用新的“系统思考”的理念去处理空调系统,才能根治空调系统不节能的“遗传”疾病。如果用“系统思考”的理念去审视现在发表的有关空调系统节能的文章、出版的空调系统节能书籍,处处可以发现“片面思考”理念的痕迹。这种化整为零的“片面思考”理念给出的空调系统节能的概念是一个专业模块一个专业模块的、支离破碎的,而不是整体的、系统的。如果用“系统思考”的理念去处理空调系统的集成问题,我们能够看到一片蓝天,空调系统是那么简约、和谐、自然、健康,因而能够涌现出健康空调系统才能够有的属性—节能、简约、可靠、造价低等鲜明的优点也是顺理成章的。我提出的理论看起来非常简单,但正像爱因斯坦所说:“自然应该有简单的解释,因为上帝不是武断的或者是变化无常的。”这也颇有“哥伦布的蛋”的味道。牛顿f=ma简单的公式几乎推翻了以前所有的复杂理论。有时简单代表着复杂背后的一种美,一种强大的生命力。简单符合不符合客观实际,能不能解决实际存在的问题,这才是最重要、最关键的。如果用世界最伟大的科学哲学家k.r波普尔(karl raimund popper)关于评价理论价值的三个标准:它解决问题的方式;它的可检验度;它所经受的检验的严格性以及经受检验的方法[2]等去审视我提出的理论,“系统思考”理念提出的理论可以提供很多我们以前不认识的空调系统的知识,几乎可以解决现在空调系统常见的所有的原则性问题,它的工程可操作性非常强,它受到了能量方程严格的检验,因而按照k.r 波普尔指出的规律“只有那种具有最高信息内容、得到最好确证的理论才会产生最佳效果。”[2]来推论,我提出的理论在空调行业应用必定会产生最佳的效果,也必定能够经受住科学上最严格的检验—时间的检验。
空调过程实际是一个通过各个能量传递链的能量传递过程。空调系统节能设计的精髓是以“最小的代价”,即自然系统的最优化原则:最小作用量原理,跟踪建筑冷热负荷的变化,使能量在整个能量传递链中流动顺畅,才能达到整个空调系统节能的目的。上述风机、水泵全相似变频节能控制只是节能这个系统工程的一个链环,完整的节能工程应当像造物主条理地安排构筑人体的八大系统及其关联来创造一个结构上健康的人一样,条理地安排构筑空调各个子系统的结构及关联,来创造一个结构上健康的空调系统。
空调系统是一个能量传递链,几乎传递链上每一个链环的节能方案我都有详细的理论推导,并有操作性非常强的现有空调系统能耗状态诊断测量方法。由于和传统的理念完全不同,我看到现在空调中要做的系统研究的工作非常多,需要和诸位同仁交流的内容也非常多,限于篇幅,以上的阐述仅是我提出的理论整体架构的大体轮廓,以期同仁们更好地理解我的文章里阐述的观点。现在还没有意识到我的阐述中哪里词不达意、没有说清。我只是希望和同仁们共同努力开创一条新路,把医治我国空调系统“遗传”疾病的技术推广开来,为我国空调事业蓬勃发展做出我们的贡献。最后让我们用现代最伟大的科学哲学家的一句有名的话共勉:“你可能正确,我可能错误,但我们距离真理更近了!”言辞不当之处望谅,并请不吝赐教。谢谢!

顺祝
大安!

西安交大 曹 琦

 


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