1.1.2　人造大型工程系统的设计与运行管理

信息技术的发展极大地拓展了人类获取知识及综合应用各种工程技术成果的能力，使我们能够根据需要建造更加庞大的工程系统，如国家电网、跨海大桥和隧道、道路交通系统等，这些系统也可称为大尺度工程系统。这些系统物理尺寸庞大，构成要素海量、繁杂，结构异化、易变，管控目标常有矛盾，运行环境复杂多变，人-机协同关联稀疏，系统进程尺度跨越大，系统运动表现与人类社会行为互相混杂……这些特点使大型工程系统运行已经远远超越人（管理者、科学家）所能直接掌控的范围。更为严重的是，这些系统的常态运行已成为现代社会生活的基本需求，系统越来越难以驾驭，低效运行、瘫痪风险、资源消耗、环境污染和安全隐患等问题严重威胁到社会运行的平稳与和谐。

大型工程系统的设计和建设本身就是复杂系统工程和创造过程，业主（政府）和设计者更多地关注所建造系统的功能、结构、寿命等系统工程属性，并不关注系统建成后所面临的运行复杂的问题，更不会站在信息应用的角度设计建造大型工程系统。

现在大型工程系统的管理广泛采用自动化与信息技术。得益于电子计算机技术的成就，管理者将大量的计算机系统、通信网络、传感器、执行器装置等电子设备应用到大型工程系统中，以加强对整个系统的自动监控，提高系统的运行效率。然而，当系统高强度使用、负载大幅度不均衡变化、突发紧急事件聚集等情况出现时，这些电子信息技术系统只能在管理者的调度下起到临时补救作用，无法发挥更大的作用，系统的运行还是表现为效率逐步低下、不稳定，系统崩溃和瘫痪的危险如梦魇一般挥之不去。

从目前情况看，大型工程系统设计主要针对系统的物质和能量结构框架进行统筹，并不涉及系统高效率运行依赖的信息框架。这就导致大型工程系统建成后，其运行管理与控制主要是围绕所遇到的具体问题对症下药，添加先进的电子信息装置来改善其运行效果，不可能根据系统运行的信息框架来调整系统的体系结构，使信息在系统运行进程中发挥能动作用。这样的系统设计与管控往往达不到预期效果，无法解决系统结构性问题。

如何将高速发展的信息技术应用到大型人造工程系统的设计、管理与控制中，使系统高效、安全、可信、可靠、稳定地运行，是现代科学理论和技术面临的重大挑战。如图1-1所示为信息系统与物理系统功能交互示意图。