人类社会的历史是文明加速的进化过程。约公元前1000年到公元后约500年为古典文明的奠基，约公元6世纪到公元16世纪为中古代工程范式的发展，从16世纪天文学革命到20世纪的物理学革命，形成近现代科学、哲学和艺术的转换时期，而后，进入外太空探索时代。

让历史学成为科学，客观知识、客观过程和客观目标，构成合目的性现象，也就是文明进化、科学的发展。人类和动物的行为都可以有工具的使用，技术发明和经验知识可以先行发展，而后，建立方法、程序和社会机构探究客观的科学机理，从而，导致更规范、标准和规模的工程设计与应用，构成科学与技术、工程与艺术相互促进的机制。

思维革命与科学革命、技术革命和工业革命 - 范式和模式的层级建构和精细分化，构成自组装进化的历程。理论工具的价值，在于预测或推导得到验证，结构论的分论探讨，分辨客观知识与人工客体，包括，精神论和机器论，其中，涉及到系统生物学的发展、经济危机的时间预测等，基本得到应证。

生物系统的物质实体和遗传信息，体现在物质、能量代谢和应激反应、信息交流的开放系统自组织化，广义没有绝对真空或绝对的封闭，封闭系统与开放系统一般是指研究的系统层次和受控环境，也就是排除背景噪音的研究方法，如，社会文化与生物遗传，属于彼此分隔的不同系统。

合成与系统生物学的核心在于系统方法和工程设计概念。1992年之前的系统生物学（术语只出现过在1968年美国举办的《系统论与生物学》会议论文集）和合成生物学（术语出现于1910年的化学合成和1974年到1980年的基因工程等），分别属于理论生物学和分子生物学概念，2003年之后转换到理论与技术结合和工程方法研究生物系统的概念。始自1992年到1999年发展了生物系统的理论与技术（实验、计算）结合和工程方法的研究，而到2007年生物科学与工程的范式已经转型，并进入机器设计理念的思维模式。

20世纪的科学革命和人工科学建立，涉及认知科学、计算机科学、微电子科学和纳米科学等，以及生物科学的基因组学、脑科学等，晶体和凝聚态的物理科学、高分子和细胞的生物科学等，构成人工机器的硬件技术和软件设计的理论和方法基础。