技术人工物结构层次再整合

目录

写在前面

一、复杂技术人工物系统层次结构的研究现状

1.1 类比生物得到的层级划分：

1.2 研究进路的分野与本文的整合路径​

1.3 国外研究现状​   

   1.4 国内研究现状​​    

1.5 国内外研究现状小结​

二、技术人工物结构层次及相关研究课题

2.1 技术人工物结构十层次体系

2.2. 复杂技术人工物系统各层次的研究课题分析

三、技术人工物结构层次再整合   

3.1、 技术人工物演化三层级论的提出         

3.2、 三个层级的本质区别：结构模式和连接方式

3.3、 三层级划分的合理性论证    

3.4、 技术人工物三层级划分的综合实例分析

四、生物结构层次再整合

4.1、经典生物系统十层次的共识与局限

4.2、基于系统论的三级整合层次模型

4.3、非细胞类生命形式的系统定位

4.4、三级整合模型的理论意义与实践价值

五、从三层级划分转换为四层级划分

5.1、复杂技术人工物四层级问题的提出

5.2、三层级方案及其修正

5.3、四层级划分方法

5.4、四层级划分”的科学性和合理性分析

5.6、各个层级之间的本质差别     

六、生物十层次结构的整合

      6.1、生物结构层次的四层级整合

      6.2、生物结构层次与技术人工物结构层次的统一

七、结论

写在前面

写作本篇博文的初衷，是为上一篇博文补全研究现状。这虽然有些本末倒置，但好在是科研笔记，没有太多的形式要求。在文献检索过程中，冒出一个想法：认为十个层次，有点繁杂，应当再整合一下。于是形成了三层级的划分方法。包括初等层级，中等层级和高等层级。如本篇博文第二三四节所述。但是到了2026年3月20日，又发现一个问题，就是第三层级的四个层次，前两个层次与后两个层次在层次划分的标准方面存在显著不同。这个不同不符合层次划分的一般标准。理论上，这四个层次应当处于两个不同的层级。如果这四个层次处于两个层级，原来的的三个层级的划分就变成了四个层级。分析表明，四个层级更具合理性。而到了6月20日关于三个层级的论述，已经成文，拟在次日或者是过两天在科学网上发表。

如何处理这种情况？有两个可选方案。一个是保留三层级框架，把高等层级分为两个子层级，这是一个妥协的方案。另一个方案是抛弃三层级方案，改为四层级方案。

那么是保留三层级框架还是彻底改写这个成文，重新书写四个层级方案成为摆在面前的一个重要问题。

按照常理，重写四个层级的章节，是不二选择。但是经过认真思考，决定走第三条路。即在保留原文关于三个层级论述的基础上，在后面修改三个层级的论述（在高等层级引入两个子层次），并补上四个层级的论述章节。这样内容虽然冗长，但有一个好处：作为研究笔记，记录了思考的过程（这应当是研究笔记的应有之意）。这或许有某些益处：例如，告知人们，1、研究的道路是曲折的，是变化的，2、研究是没有止境的。

于是，形成了一边特殊的博文：一篇保留过时的观点（仍然是可以接受的）和最新观点的博文。这篇博文对第三个层次做了修正，分为两个子层次，重新撰写四个层级划分的部分。

最后，对原来的“不变量”做了调整，用于四个层次的划分。并把四个层级的划分方案反哺应用到生物科学，对生物学的四个层次划分，作了结论性的论述。

正文

在上一篇博文中，我们类比生物，给复杂技术人工物系统进行层次划分。没有进行必要的文献追溯。本篇弥补这方面的缺失。本篇主要包括五部分内容。1、回顾国内外关于复杂技术人工物系统的层次划分现状，厘清现有文献与复杂技术人工物系统新的层次划分的传承关系。2、对技术人工物层次进行新的整合，得到技术人工物的三个层级并进行了讨论。3，用三个层级划分的方法，反哺生物学结构系统，重新整合生物结构层次，得到生物的三个层级。4、对三层级划分方案作修正，为高等层级划分了两个子层次；提出四层级划分方案，并论证了合理性。5、将四层级方案移植反哺应用到生物结构，得到生物结构的四层级理论框架。

一、复杂技术人工物系统层次结构的研究现状

国内外关于复杂技术人工物系统的层次划分多数是以技术，或工程作为研究对象，以技术人工物为研究对象的很少见。所有以下的追溯与比较，从技术人工物拓展到技术、工程，方便找到传承或借鉴关系。

1.1 、类比生物得到的层级划分：

下面研究的复杂技术人工物系统，是指以两个或两个以上的整机构成的复杂技术人工物系统，有时也可以包含其它层次的个体。

如果我们类比生物，为复杂技术人工物划分层次，我们把以技术人工物个体或者是技术人工物整机作为基本结构单元构成的复杂技术人工物分为技术人工物种群层次，技术人工物群落层次，技术人工物生态系统层次和技术人工物圈层次。这些层次，都以技术人工物的整机作为基本结构单元（有时也包括其它个体）。1.1.1整机

整机是以机路为基本结构单元构成的复杂个体。技术人工物整机是最底层重要的技术人工物单元，是技术人工物种群，技术人工物群落，技术人工物生态系统和技术人工物圈的构成基础。

1.1.2 技术人工物种群

技术人工物种群是指同类技术人工物个体的集合和演化单元，是特定时空领域内同类技术人工物个体的集合。具备类型同一性，数量规模性，演化连续性和区域局限性。技术人工物种群对应生物种群（生物种群是同一个物种个体的集合）。

种群分为两个大类：局域相同种类的技术人工物集合和全域相同种类的技术人工物集合。其中“局域”可大可小。一个工厂，一个城市，一个国家，都可以成为局域。“相同种类”也是可以定义的。车床是一个种类，机床也可以是一个种类，机械设备也可以归为一个大类。

1.1.3 技术人工物群落

技术人工物群落是特定的区域内不同种类的技术人工物种群形成的有机整体。具备种群多样性，功能完整性，关系复杂性。技术人工物群落对应生物的群落。

群落按照区域大小和种类多少分为四大类：

（1）局域内多种类的技术人工物种群集合。

（2）局域全部种类的技术人工物种群集合。

（3）全域内多种类的技术人工物种群集合。

（4）全域内所有种类的技术人工物种群集合。

1.1.4 技术人工物生态系统

技术人工物生态系统是在一定的区域内，技术人工物群落与所处的自然，经济，社会，文化，环境相互作用，相互协同演化形成的开放复杂系统，具有整体性，流动性，适应性，动态性。对应生物的生态系统。

按照区域大小和种类多少分为三个大类：

（1）局域同类种群集合+自然环境+人文环境。

（2）局域多种类种群集合+自然环境+人文环境。

（3）局域全部种群集合+自然环境+人文环境。

1.1.5 技术人工物圈

技术人工物圈是在全球范围内，所有的种群，群落，技术人工物生态系统的总和，而且是与所处的自然经济，社会文化相互作用等各种非生物环境形成的开放的复杂系统。具备有全球性，自主性，演化性和复杂性。

按照种类多少分为三大类：

（1）全球同类种群集合+自然环境+人文环境。

（2）全球多种类种群集合+自然环境+人文环境。

（3）全球全部种群集合+自然环境+人文环境。

在现有的文献当中，这些层次，都对应哪些现有的层次？有哪几个层次出现在现有的层次当中，哪些层次没有具体的对应物？等等。下面分为国内和国外两个方面探讨。

1.2 研究进路的分野与本文的整合路径​

在展开文献综述前，有必要厘清现有研究的基本进路。关于复杂技术系统的层次性思考，主要沿两条路径展开：

其一，可称为“社会-技术系统”进路，以托马斯·休斯、布鲁诺·拉图尔、弗兰克·吉尔斯等为代表，强调技术人工物与社会制度、组织、文化及人类行为者不可分割地交织为“异质网络”或“无缝之网”，技术只有在与社会的互动中才能被理解。

其二，可称为“分析性”进路，以演化经济学（纳尔逊、温特）和部分工程系统理论为代表，倾向于首先对技术知识、技术范式或人工物本身的内部结构、分类与演化规律进行相对独立的分析。

本文提出的十层次模型，尝试对这两种进路进行整合。其中，以“整机”为分界，“技术人工物种群”（第7层）与“技术人工物群落”（第8层）更多侧重于在“分析性”进路下，探究技术人工物集合自身的内在构成与关系逻辑；而“技术人工物生态系统”（第9层）与“技术人工物圈”（第10层）则明确纳入自然、社会、经济等环境要素，与“社会-技术系统”进路深度对接。下文综述将在此“双进路”视角下展开。

1.3 国外研究现状​

​1.3.1 技术种群层次​

“技术种群”作为同类技术个体的集合，在“分析性”进路中有坚实的理论基础。演化经济学家纳尔逊和温特提出的“技术范式”与“技术轨迹”概念，为理解种群内部的稳定性和演化方向提供了框架。约翰·齐曼进一步明确将“技术种群”作为分析技术进化的基本单元，系统运用了变异、选择与遗传的生物学隐喻。技术史家如乔治·巴萨拉和爱德华·康斯坦特，则通过具体案例（如动力技术、喷气发动机）的多样性竞争研究，为种群动力学提供了经验支撑。

1.3.2 技术群落层次​

“技术群落”指纯粹由不同种类技术人工物（以整机为单位）耦合而成的功能整体。在现有文献中，一个完全符合此定义的、形式化的“群落”概念确属鲜见，但其思想要素分散于两个进路。在“社会-技术系统”进路中，托马斯·休斯的“大型技术系统”深刻描述了发电厂、电网、家用电器等不同人工物如何相互依赖，但其分析始终将这些人工物嵌入更广阔的社会、组织网络中，人工物集合未被剥离为一个独立分析层次。在“分析性”进路中，维比克的“技术组合”理论揭示了新技术如何由旧技术模块组合生成，触及了群落形成的知识逻辑。本文的工作，是在“分析性”方向上，将“技术人工物群落”​提炼和明确为一个独立的、以整机为基本耦合单元的分析层次。

1.3.3 技术生态系统与技术圈层次​

这两个层次与“社会-技术系统”进路存在直接的、丰富的对应关系。“技术生态系统”强调技术群落与自然、经济、社会、文化环境的协同演化，这与吉尔斯的“社会-技术系统”多层视角模型、摩尔的“商业生态系统”理论（虽以企业为单元，但核心是价值共创网络）内核一致。它们共同揭示了技术生存发展的“环境”复杂性。“技术圈”概念则在地球系统科学中已完全确立，彼得·哈夫将其定义为人类创造的所有技术物质的总和，作为一个新的地质圈层，这与本文的“技术人工物圈”定义完全吻合。将这两个已被充分探讨的层次，有机地纳入一个从微观到宏观的连续生成框架中，明确了它们作为技术人工物复杂系统演化的高级阶段，与下层“种群”、“群落”之间的构成与演化关系。

除了上述代表性学者，还有以下关键人物的理论。

在“分析性”进路方面，约翰·齐曼在《技术创新进化论》中明确运用“技术种群”进化模型，深化了纳尔逊-温特的思想；W. Brian Arthur的“技术组合”理论揭示了新技术由既有模块组合生成的机制，对理解“技术人工物群落”的形成至关重要；爱德华·康斯坦特对涡轮喷气发动机等技术史的案例研究，则为“技术种群”内部的变异与选择过程提供了经典实证。

在“社会-技术系统”进路方面，布鲁诺·拉图尔的“行动者网络理论”及其“非人行动者”概念，为将技术人工物置于与社会要素对等的分析地位提供了强有力方法论；唐纳德·麦肯齐对导弹制导技术的社会学研究，则完美展示了技术人工物如何被社会力量塑造，是“技术生态系统”层次的范例。

1.4 国内研究现状​

国内技术哲学与工程哲学界对技术系统的层次与结构有着长期而深入的思考，其理论资源为本文构建“分析性”与“社会-技术系统”双进路整合的层次框架提供了重要的本土化基础与思想参照。

1.4.1 远德玉教授的技术过程与形态论​

远德玉教授（及其所在的东北大学技术哲学学派）提出的“技术过程论”与“技术形态论”，为理解技术从微观单元到宏观社会存在的连续谱系提供了动态视角。其理论中蕴含了“技术体系”与“分析性”进路。远德玉教授将“技术体系”界定为“各种技术之间相互联系、相互依存的有机整体”，例如由动力机、传动机、工作机组成的机器体系。这一概念聚焦于不同功能的技术单元（可对应为本文的“技术种群”）之间的功能耦合与结构关联，实质上是在“分析性”进路上，对“技术人工物群落”（本文第八层次）的一种前瞻性描述。它暂时悬置了具体的社会制度与行动者，致力于剖析技术物自身的内在逻辑与组合规律。

远德玉教授进一步指出，当“技术体系”进入社会运行过程，便转化为“社会技术形态”。他强调技术的社会实现，认为技术必须与特定的经济、文化、制度环境相结合才能发挥作用。这一思想与本文第九层次“技术人工物生态系统”及第十层次“技术人工物圈”所强调的“技术-环境”协同演化高度共鸣，明确归属于“社会-技术系统”进路。它揭示了纯粹的技术物集合如何必然嵌入并与社会环境构成不可分割的“异质网络”。

1.4.2 李伯聪教授的工程哲学与人工论​

李伯聪教授从“人工自然”的创造角度，在工程哲学框架内构建了一个层次分明的分析体系，其划分与本文的双进路框架存在清晰的映射关系。李伯聪教授将工程活动划分为“要素/器件”、“工程系统”等层次。“工程系统”指由不同功能的子系统（如化工厂的反应、传热、控制装置）耦合而成的功能整体。这一层次的分析，侧重于工程人工物（可对应为本文的“技术个体”及“种群”）内部的物理组合与功能集成，可视为在“分析性”进路上对“技术人工物群落”（本文第八层次）的工程学表述。​

李伯聪教授明确提出，工程是“自然-技术-社会”的复合系统。在宏观层面，他论述了“人工自然”或“工程网络”的形成，即所有工程系统总和及其与自然社会的全面互动。这契合“社会-技术系统”进路的理念，直接对应本文第九层次“技术人工物生态系统”及第十层次“技术人工物圈”所关注的终极尺度。他的工作清晰地表明，对技术人工物的完整理解，必须最终走向对其与社会、自然复杂互构关系的考察。

1.4.3 国内其他学者的贡献​

国内其他学者的研究也为这一双进路框架提供了支撑。例如，陈昌曙教授对“技术系统”结构的分析，为理解技术内部的层次关系（分析性进路）奠定了基础；王伯鲁教授关于“技术网络”的思想，探讨了技术单元间的联结（接近群落层次）；而吴国盛教授对“技术体系”历史性与自主性的哲学反思，则深化了对技术系统整体性及其与社会文化互动的理解（社会-技术系统进路）。吴国林教授在分析技术哲学领域的工作，为本文“分析性”进路提供了坚实的微观本体论基础。他提出的技术人工物“要素、结构、功能、意向”四因素系统模型及“技术原子”概念，剖析了从材料、物元到整机的内在构成逻辑。

现有研究，两种进路往往各自展开，或将后者（社会-技术系统）作为默认的、整体的分析框架，从而在一定程度上遮蔽了对技术人工物自身集合的形式化、层级化结构分析的独立性。

1.4.4 本文的研究路径

本文具有明确的双进路整合思维。首次明确将“分析性进路”（聚焦物自身逻辑，对应第七、八层次）与“社会-技术系统进路”（聚焦物与环境耦合，对应第九、十层次）整合于一个连贯的、十层次递进的统一框架之内。

本文具有清晰的形式化界定。在“分析性进路”中，明确提出并严格界定了以“技术人工物整机”为基本单元的​“技术人工物种群”与“技术人工物群落”这两个主要层次，弥补了现有文献在纯粹人工物集合层次上概念化不足的缺口。

因此，本文旨在通过构建一个双进路整合的层次模型，为更深入、更结构化地探讨技术人工物的存在、演化及其与社会的互构关系，提供一个更具包容性和解析力的基础理论框架。

二、技术人工物结构层次

在上一篇博文中，对复杂技术人工物系统作了层次划分。分为与生物学结构对应的四个层次。即技术人工物种群层次、技术人工物群落层次，技术人工物生态系统层次和技术人工物圈层次。与早期划分的技术人工物六个层次一起，构成十个层次。

2.1 技术人工物结构十层次体系

 在划分复杂技术人工物系统的层次后，结合作者先前对技术人工物整机的层次划分，我们得到全部技术人工物的完整层次划分。即十个层次，这与生物系统的十个层次对应。

2.1.1 技术人工物十层次划分的基本原则

本文层次划分遵循如下四条基本原则：

（1）.生成顺序原则：层次按照技术人工物实际被制造、被组合和从简单到复杂的先后顺序排列；

（2）.构成单元原则：每一层次主要以上一层次为基本构成单元；并兼顾交叉组合。

（3）.相对独立性原则：每一层次在适宜条件下均可作为独立个体被人类直接使用；

（4）.类比同构原则：与生物层次在结构关系、组织方式上保持逻辑同构。

（5）层次间界定清晰并给出处理层次间适当模糊的原则

2.1.2 十层次详细界定

（0）.自然物：物质基础

 自然物质是指直接取自自然界，未经人为改变其分子结构或基本化学性质的物质。它们通过物理采集或简单加工（如切割、分选、脱水）获得，基本特征是保留了自然界赋予的原始生物、物理或化学等属性，如原木、天然矿石、未加工的动植物纤维。

（1）. 材料层次

自然物质经物理或化学方法等加工形成的均质或非均质物质基材称为材料，绝大多数情况下，材料不具备独立功能结构，但具备可加工性与可用性。如金属、陶瓷、原木，塑料、高分子、半导体、光学玻璃等。按照应用领域，材料可以分为机械材料，电工电子材料，光学材料，流体材料等等。

（2）. 物元层次

由材料加工而成，具备确定几何形态与最小独立功能的最基础人工物单元，是技术世界的“基本结构单元细胞”。如钉子、螺丝、裸线、镜片、电阻丝等。

（3）. 组件层次

以物元为基本结构单元，通过固定连接形成的具有局部结构与稳定功能的组合体。如曲柄连杆，镜头组件、桁架、支架结构、构筑物等。

在现有的机械理论中，机械物元和机械组件合称为构件。

（4）.转换器层次

由物元或组件构成输入端和输出端，由物元或组件构成耦合子，由输入端、输出端和耦合子构成一个整体，其整体功能是实现运动、能量、信号、信息形式或物质等某一种或多种形式的基本转换。转换器是技术系统实现运动、动力、感知与控制等的关键部件。如实体运动副，电机、传感器、液压阀、光电转换器等。

（5）.机路层次

主要是由转换器按照功能逻辑连接形成的运动通路、能量通路、信号通路、信息通路的总称，包括机构、电路、光路、气路、油路、管路、控制回路等。其基本结构模式，包括串联、并联、梳联、网联或混联等。有开环和闭环两种基本结构形式。

（6）.个体层次（主要指整机层次）

主要由机路（或包括转换器、组件等）整合而成，能够独立完成人类特定目标的完整技术人工物。如手机、相机、汽车、机床、无人机、机器人等。

（7）. 技术人工物种群层次

由同一类型、相同或相似功能的技术人工物组成的个体集合，多呈现标准化、系列化、规模化特征。如同型号手机、同系列汽车、车床、直流电机等。同一类型是广义的。有时，广义的讲，机床，手机、汽车、电机也属于同一类型。

（8）. 技术人工物群落层次

不同技术人工物种群围绕共同任务或场景形成的互补协同、相互依存的技术人工物集合。如工厂生产线、计算机+外设、充电桩+电动汽车、智能家居系统。

（9）. 技术人工物生态系统层次

包含技术人工物个体、种群、群落，和自然环境和社会环境构成的闭环复杂系统。包括但不限于能源供给、信息网络、生产制造、维护服务、回收再生等环节的。如城市交通系统、电网系统、互联网生态。

（10）. 技术人工物圈层次

人类社会全部技术活动、技术人工物、技术系统、技术制度与自然环境、社会系统、经济系统相互作用、相互嵌套形成的最高层级技术整体，对应生物圈。在不引起混淆的情况下，可简称为“技术圈”。

三、技术人工物结构层次再整合

 下面以技术人工物的十个层次作为一个集合，进行统一的研究和再整合。

3.1 技术人工物演化三层级论的提出

 技术人工物的十个层次虽然清晰，但数量较多，不利于理论概括与传播。研究发现，技术人工物的发展演化过程，存在三次质变。本文以三次质变节点为划分依据，把十个层次划分为三个层级。

3.1.1 三个层级划分的逻辑依据

第一次质变：从自然存在 走向人工存在；第二次质变：简单人工单元发展成为复杂结构和功能个体；第三次质变：从孤立技术人工物个体升华到复合技术人工物系统。由此将十层次整合为三大演化阶段（层级）。

3.1.2 三层级划分的内涵与覆盖层次

3.1.1 第一层级：从无到有

第一层级覆盖三个层次：自然物质，材料层次、物元层次。其逻辑关系是以自然物为起点，通过人类加工赋予物质以人工形式和基本功能，完成从“自然存在”到“人工存在”的质变。该层级的本质是赋形、赋功能、赋人工属性。初等层级对应的理论包括材料科学、物理学，化学，基本工艺等。

3.1.2 第二层级：从简单到复杂，由基本功能单元向技术个体集成

 第二层级覆盖物元层次、组件层次、转换器层次、机路层次、个体层次。以物元为基本结构单元，通过结构组合构建出可独立服务于人类目标的完整技术人工物个体。 这个层级具有结构化、功能化、系统化、整机化的特征。第二层级对应的理论包括机光电工程、设计学，技术科学和装配工艺学等。

3.1.3 第三层级：从个体到系统，从单一技术人工物个体向技术人工物生态跃升。包括个体层次、种群层次、群落层次、技术人工物生态系统层次、技术人工物圈层次（简称技术圈）

该层次以技术人工物个体（整机）作为基本结构和功能单元，通过规模化、标准化、网络化、协同化、社会化，形成超越单一机器的复杂技术人工物系统，并最终与社会、自然融合为整体，服务于人类。

这个层级具有社会化、生态化、全球化、整体化、复杂化和可扩展的特点。第三层级对应系统工程、产业经济学、技术社会学、技术哲学等科学。

3.2三个层级的本质区别：

三个层级各有其本质特点，这些本质特点构成相互区别的基本特征（可称为不变量）。分析表明，三个层级之间，有两个方面存在本质差异。一个是连接方式，一个是结构模式。

3.2.1. 第一层级：是基础构建阶段，从自然物质到材料与物元。

内部以内聚性连接（原子/分子键合）。这是物理化学层面的连接。材料之所以成为材料，物元之所以能保持形状，依靠的是原子键、分子键、金属键等内部分子力。这种连接是不可拆解的（拆解意味着破坏，如把钢板切开）。连接的目的是为了“存在”，而不是为了“运作”。

这一层级的结构特点是堆积或晶格，无统一的拓扑结构。

A. 简单例子：一块红砖

红砖内部，泥土颗粒通过高温烧结形成化学键和物理咬合，这是分子层面的内聚性连接。红砖内部是均匀的、各向同性的。依靠分子力连接成为一个整体。没有统一的结构模式。

B. 复杂例子：碳纤维复合材料预浸料

碳纤维丝之间、纤维与树脂基体之间，通过化学键合和物理嵌合紧密连接。这是原子或分子层面的连接。你无法像拆螺丝一样把碳纤维从树脂里“拔”出来，这种连接是不可逆的物理融合。

虽然碳纤维在微观上有定向排列，但作为一块预浸料，它在宏观上依然是一个连续均匀体。一般情况下，它不存在统一的拓扑结构。

3.2.2第二层级：从物元、组件、转换器、机路到整机。连接方式为组合性连接（直接物理接口）。这是部件之间通过物理界面（如螺纹、焊接面、插槽、导线）进行的直接接触连接。是部件之间的组合，是物理连接。这种连接是可拆解的（如拆装机器）。连接的目的是为了传递力、运动或能量。它是“实”的连接，连接的两端必须物理贴合。结构模式为串联、并联、梳联和混联各种结构模式并存。物元是这一个层级的基本结构单元。

（1）. 简单例子：自行车

车把、车架、车轮、链条之间通过螺栓、焊接等直接物理接触连接。这是可拆解的组合连接。你把自行车拆成零件，再装回去，自行车依然完好。

结构模式包括多种结构模式。例如，脚踏板连接曲柄，曲柄连接链条，链条连接飞轮，飞轮连接后轮。这是一个串联链条。车轮的辐条是并联的。前后两个刹车系统是梳联的，互不影响，共同服务于“制动”这个总目标。

（2）. 复杂例子：数控加工中心（整机）

数控加工中心包含了数万个零件，但核心依然是物理接口的组合。例如，导轨与滑块紧密贴合，电缆插头插入插座，液压管路通过快接头连接。所有连接都是直接接触。

结构模式为复杂的混联拓扑结构。机械传动链是串联；电路控制系统是串联、并联共存；液压回路是混合回路。

3.2.3. 第三层级：是系统演化阶段。从整机、种群、群落、生态、到技术圈。

这是系统生态层面的连接。个体之间不再是以物理上的硬连接为主，而主要是通过介质（如无线电波、电网、互联网协议、物流网络）进行连接。这种连接是间接的、软的。两台电脑之间没有物理导线直连，却通过网络协议（信息）紧密相连。连接的目的是为了交互与协同。纯物理的接触退居次要地位，软连接成为了连接的这样方式。

结构模式以梳联/网联为主。这个层级的基本结构单元主要是整机。

（1）. 简单例子：共享单车系统（技术种群/群落）

这里的个体是“单车”和“用户手机”。它们之间没有固定的物理相连，而是通过道路、无线电波（信息）和云端服务器进行连接。

这是一种间接的、交换性的连接。单车通过GSM模块发送位置信息，手机通过APP发送开闭锁指令。物理连接退居次要，数据协议才是连接的核心。

结构模式是典型的梳联结构。道路是“梳背”，云端服务器平台是单车直接的网状连接。成千上万辆单车是“梳齿”。梳齿（单车）之间通常不发生直接交互，而是通过梳背和网络协调关联。这种结构允许单车无限增加（扩展性强），而不会改变系统的核心逻辑。

（2）. 复杂例子：智能电网（技术生态系统）

智能电网是一个巨大的生态系统，包含发电厂（个体）、变电站（个体）、智能电表（个体）、家用电器（个体）。

它们之间的连接是双重叠加的：电力线连接（能量流）+ 通信网络连接（信息流）。主要控制依靠信息连接。电网调度中心不需要物理接触发电机，只需发送数字指令就能调节转速。这是一种弱物理、强信息的间接连接。

智能电网的结构模式是典型的网联与梳联的复合体。

在主干网层面，它是网状结构（多路径供电保障可靠性）；在用户接入层面，它是梳状结构（变电站通过线路连接千家万户）。

3.3 三层级划分的合理性论证

 三层级划分的合理性可以从以下几个方面得到证实。

3.3.1 本体论合理性：存在层级的必然递进

三层级严格对应技术人工物存在方式的三次根本跃迁，具有不可跨越、不可颠倒的本体论必然性。

第一层级实现了从自然存在到人工存在的跃迁。

从自然物到材料与物元标志着“人工世界”的诞生，是技术人工物得以存在的前提。没有这一阶段，一切技术人工物都无从谈起。第二层级实现了从单一功能单元到完整功能主体的跃迁。

技术人工物不再是碎片式的元件或简单结构，而是具有目标性、整体性、自洽性的独立人工物个体，能够直接满足人类比较复杂的需求。

第三层级实现了从孤立人工物到复杂社会技术人工物系统的跃迁。

技术从“被使用的工具”转变为“与人、社会、环境共生的系统”，具有协同性、竞争性、演化性，构成人类社会的基础设施。

 三次跃迁层层递进、前一层级是后一层级的必要条件，呈现出清晰的存在论阶梯。

从系统构成来看，三层级符合“单元→组合→系统→超系统”的复杂系统生成规律。

3.3.2 历史演化合理性：

从人类技术发展史观察，与人类技术史进程基本一致。 

原始时代：以材料加工、简单物元为主，对应第一层级；

农业与手工业时代：出现简单组件、机构与工具整机，进入第二层级；

工业革命至今：机器规模化、系统化、网络化，全面进入第三层级。

三层级不仅是逻辑结构，更是历史阶段，具有强大的历史解释力。

3.3.3 类比同构合理性：与生物层级体系高度对称

由于本文的层次体系是与生物学层级类比得到的。与生物结构层次具有高度同构性。二者在结构生成、层级嵌套、演化方向、系统边界上高度同构。

由于生物的系统性和结构层次性是千百万年形成的，具有高度的合理性。这种跨领域的同构性，间接证明三层级层级划分符合复杂系统的普遍组织规律，具有跨学科的科学性。

 3.3.4  演化过程的逻辑基础由全维度演化公理和元公理共同支撑。

第一层级的逻辑基础由技术人工物核心公理支撑。第一组公理指出，“满足人的需求的自然物是存在的”“人通过劳动可以改造存在自然物，得到人造物”“人造物具有满足人的需求的可能性”。 三个层级的底层逻辑由技术人工物全维度演化公理支撑。而技术人工物演化公理以元公理作为更底层的逻辑基础。三个层级具有相同的公理基础。

3.4  技术人工物三层级划分的综合实例分析

3.4.1  实例1   海上的游轮是哪个层级的技术人工物 

海上游轮，虽然它体量巨大、系统复杂，甚至像一个“移动的城市”，但依据我们刚才确立的连接方式和结构模式判据，它依然属于第二层级。

（1）. 从连接方式看：游轮由钢板焊接而成（物元组合成船体），由数万个机械零件、管道、电缆组装而成（组件组合成系统）。

这些连接绝大多数是直接的物理接触。例如，舵机连接传动轴，传动轴连接螺旋桨；电缆从配电室连接到客房。

（2）. 从结构模式看：串联、并联梳联混联多种连接模式并存。游轮内部有串联、有并联、有梳联有混联结构，是各种结构模式的复合体。 

游轮上虽然有网络、有通信系统，甚至游轮本身就是一个“移动社区”，第四它是一个结构固定的整体。它的生成方式是组装。

如果把游轮的通信系统切断（脱离第三层级），它依然是一艘船，依然能浮在水上，能开动自主导航。这说明它作为个体的物理本质没有变。

所以，游轮本身属于第二层级的技术人工物。

3.4.2  实例2

一个小区里面的两栋不相邻的楼房，或者是两个小区内的两个两个楼房。这两个楼房构成的系统应该属于哪一个层级的技术人工物？

这两个楼房构成的系统，属于第三层级的技术人工物（技术种群或技术群落）。

虽然楼房本身是第二层级的产物（整机/个体），但一旦我们将视野拉大到“两栋楼”的关系，它们就跨越了界限。

（1）. 从连接方式看：他们之间是间接连接

两栋楼房之间它们不是像积木一样拼在一起的，中间没有直接的承重墙体连接。它们是通过地下的管网（水管、排污管）、线缆（电力线、网线）以及地面的道路连接起来的。这符合第三层级的“交换性连接”，不符合第二层级的“组合性连接”。

（2）. 从结构模式看：结构模式是梳联/网联（节点与枢纽）

如果是同一个小区的两栋楼，它们通常共享一个变电站或水泵房以及地面的道路连接起来的。这是一个典型的梳联结构：道路、变电站/水泵房是“梳背”，两栋楼是“梳齿”。

如果是两个小区的楼，它们连接到城市的市政管网。这是更大范围的梳联、网联结构。在这个系统中，增加一栋楼（变成三栋楼），并不需要改变前两栋楼的内部结构（承重墙、梁柱）。这体现了第三层级的可扩展性。

四、生物结构层次再整合 

4.1、生物系统经典十层次的共识与局限

目前学界广泛认可的生物结构系统层次，按结构由简单到复杂、由低级到高级的顺序，依次划分为：自然物质，生物大分子、细胞、组织、器官、系统、个体、种群、群落、生态系统、生物圈，共十个层次（称为经典十层次）。这一划分清晰呈现了生命从微观到宏观的连续谱系，为生物学各分支学科提供了基本的分类框架与研究边界，在教学、科研与知识体系构建中具有不可替代的基础地位。

但从系统论与统一理论的视角审视，经典十层次仍存在两点不足：其一，层次数量偏多，缺乏更高阶的逻辑归纳，难以简洁直观揭示生命系统演化的阶段性跃迁；其二，对病毒、类病毒、朊病毒等非细胞类生命形式缺乏明确、自洽的定位。因此，在保留经典十层次合理性的基础上，借鉴技术人工物的层级划分（这是一种知识反哺现象），进行更高层级的整合与边缘类群的收纳，既是完善层次理论的内在要求，也是系统论思想在生物科学中的必然延伸。下面阐释这种划分及其合理性。

4.2、基于系统论的三级整合层次模型

在经典十层次基础上，依据系统构成单元、组织方式、涌现性质的根本性差异，可将其概括为初等层级、中等层级、高等层级三个层级。

4.2.1初等层级：从无生命到生命的起源性跃迁

初等层级对应经典十层次中的生物大分子层次与细胞层次，其意义是完成非生命物质向生命系统的质变。这是生命得以形成的奠基阶段。

 初等层级以能够承载生命活动的基本单元为建构目标，从无机物的简单组合，逐步形成具有遗传、结构功能的生物大分子，再通过自组织形成膜结构、核糖体等超分子体系，最终诞生具备完整生命特征的细胞。这一层级标志着自然界从化学系统向生命系统的临界突破。

4.2.2 中等层级：从单细胞到复杂个体的结构化建构

中等层级对应经典层次中的细胞、组织、器官、系统、个体，中等层级的部件以细胞为基本单元，通过分化与分工形成复杂多细胞生命体。

在这一层级中，细胞不再孤立存在，而是通过增殖、分化形成具有特定形态与功能的组织，多种组织联合构成器官，若干器官协同形成系统，最终整合为结构完整、功能统一的生物个体。中等层级的本质，是生命系统在细胞基础上实现内部结构复杂化、功能专门化、调控精细化，是多细胞生命得以存在与发展的核心阶段。

4.2.3 高等层级：从个体到生物圈的生态化整合

高等层级对应经典层次中的个体、种群、群落、生态系统、生物圈，其特点是以个体为基本结构单元，形成生物与生物、生物与环境相互作用的宏观自组织系统。

该层级具有清晰的序列：个体→同种种群→生物群落→生态系统→生物圈。

高等层级不仅聚焦于生物体内部结构，而且关注生物之间、生物与无机环境之间的物质循环、能量流动与信息传递。个体通过种内关系形成种群，不同种群通过种间关系构成群落，群落与环境统一形成生态系统，全球所有生态系统相互联结构成生物圈。这一层级实现了生命系统从个体生存到生态共存的拓展，是生命与自然界高度融合的体现。

4.3、非细胞类生命形式的系统定位

在三级整合模型中，病毒、类病毒、朊病毒等不具备完整细胞结构的类生命体，可被合理纳入初等层级内部的过渡子层次，即介于超分子复合物与完整细胞之间的准生命阶段。

这类结构具有核酸复制、遗传变异等部分生命特征，但无法独立完成代谢、增殖等完整生命活动，必须依赖细胞才能表现生命行为。将其归入初等层级的过渡子层次，既不破坏原有层次划分的严谨性，又填补了从非生命到完整生命之间的理论空白，使整个层次结构连续、无断裂、无例外，显著提升了理论体系的包容性与完备性。

4.4、三级整合模型的理论意义与实践价值

4.4.1理论意义

（1）. 严格遵循系统论层次嵌套性、涌现性、整体性原则，建立“总三层加十层”的嵌套结构，实现了生命层次理论的系统化与简约化；

（2）. 清晰揭示了生命系统的三次本质跃迁：无生命→生命基本单元、基本单元→复杂个体、个体→宏观生态系统，为生命起源、个体发育、生态演化提供统一的逻辑框架；

（3）. 兼容经典层次体系与边缘类群，形成开放、自洽、可扩展的理论结构，可为复杂系统理论、层次哲学、跨学科系统比较提供重要借鉴。

4.4.2实践价值

（1）. 在教学中，简化认知路径，帮助学习者快速把握生命系统从微观到宏观的整体脉络；

（2）. 在科研中，明确不同层级的研究对象、主要问题与方法论边界，为分子生物学、生理学、生态学等学科的交叉融合提供层次依据；

（3）. 在理论构建中，为生命系统与技术人工物、社会系统等其他复杂系统的层次类比与统一理论探索奠定基础。

五、从三层级划分转换为四层级划分

5.1、复杂技术人工物四层级问题的提出

前面，我们对技术人工物的十个层次进行了整合和归纳，划分为三个层级。包括初等层级，中等层级和高等层级。2026年03月20日又发现，在高等层级， 第七个，第八个层次和第九个层次（技术生态系统）第十个层次（技术圈）在结构上是不一样的。第七层次（种群），第八个层次（群落）是研究了个体与个体之间的相互关系。比较初等层级和中等层级，多了一部分个体之间的相互关联。而第九，第十这两个层次，不仅仅有个体与个体之间的关联和相互影响，还有与自然环境与人文环境之间的关联，形成一个更复杂的系统。这是其它层级没有的。

面对这种情况有两种做法，一个是，维持原来的三个层级的划分，把第三个高等层级分解为两个子层级，第七，第八个层次是一个子层级。第九，第十个层次为一个子层级。还有一个方法，总体上变为四个层级（由三个层级变为四个层级）。第七和第八层次作为一个层级。第九和第十层次，作为一个新的层级。这样，每个层级的划分标准就统一了。所以，有两个划分方法，一个修正的三层级划分方法，另一个是四层级划分方法。具体采用那种方案，是需要认真思考的。

5.2 三层级方案及其修正

5.2.1三层级方案的修正

修正方案将原来的高等层级分为两个子层级：

第七个层次第八个层次研究了个体与个体之间的相互关系，作为一个子层级。这个层级比较初等层级和中等层级多了一部分个体之间的相互关联。而第九，第十这两个层次，不仅仅有个体之间的关联、相互影响和相互反馈，还有与自然环境与人文环的关联，形成一个复杂的系统，所以第九，第十这两个层次作为一个子层级。这样就形成了高等层级有两个子层级的局面。

5.2.2修正后的三层级方案的优点和不足

优点：1. 保持了宏观框架的表面简洁性 2. 内部差异得到承认：通过子层级的区分，明确指出了高等层级内部的质性差异。3. 灵活性：在需要精细分析时可以展开子层级，在需要宏观概括时可以统称为“场域层”。

 不足：修正后"三层级＋子层级"方案仍然不够理想。虽然三层级看起来"整齐"，但在逻辑上仍然存在一个明显的"断层"。划分标准的不一致的问题仍然存在。前两个层级（初等、中等）的划分标准是"物质结构的复杂度"或"功能集成度"。如果高等层级内部包含了两个标准完全不同的子层级（一个是"关系"，一个是"环境")，那么这就破坏了分类学的单一性原则。

子层级的地位失衡：第七、八层次与第九、十层次的区别，实际上是"封闭系统"与"开放系统"的区别，或者是"内部结构"与"外部生态"的区别。这在哲学上是一个巨大的跨越，仅仅作为"子层级"处理，会掩盖这一跃迁的理论重要性。

结论：这个修正方案不是一个完美的方案。

5.3  四层级划分方法

5.3.1  四层级划分方法

第一层级（初等层级）：创生层级包含： 自然物、材料、物元。

初等层级解决的是“技术由什么构成”和“如何创生的问题”。这是技术的物理基础。

第二层级（中等层级）：构型层级 包含：物元、组件、转换器、机路、整机。

中等层级）解决的是“技术作为独立个体如何形成”的问题。这是一个具有边界的封闭系统。

第三层级（高等层级）：独立系统层级：在一个层级包含： 同类人工物种群、多种人工物种群（群落）。高等层级解决的是“技术个体之间如何关联”的问题。

这里只有技术人工物之间的互动（输入输出、竞争共生），环境（自然/人文）是作为背景存在的，尚未成为核心变量。这对应生物学中的“种群”和“群落”研究。

第四层级（超高等层级）称为开放系统层级：

第四层级包含局部区域技术人工物生态系统、技术圈。第四层级解决的是“技术如何与环境融合”的问题。这里引入了最复杂的变量——自然环境和人文社会环境。技术不再是封闭的内部互动，而是与外部世界进行能量、信息、价值的交换。这对应生物学中的“生态系统”和“生物圈”。

5.3.2四层级划分的优点和不足

优点：

（1）. 划分标准统一：每个层级都有明确的、单一的划分标准——初等：个体内部的基本统一；中等：个体内部的复杂化；关联层：个体间的关联；生态层：个体与环境的关联。

（2）. 逻辑清晰：四个层级形成了一条清晰的递进链条：创生 → 构型 → 关联 → 生态，每一步都增加了新的关系维度。

（3）. 与生物学的对应更精确：可以更精确地与生物学的“个体-种群-群落-生态系统/生物圈”形成对应关系。

缺点：从三层变为四层，确实增加了一个层级，可能显得不够简洁。

5.4 四层级划分”的科学性和合理性分析

 5.4.1 从质性差异来看，LTS和技术圈确实是不同层级的现象。

（1）LTS（关联层）：仍然以“技术人工物”为核心，关注的是技术个体之间如何形成功能性的关联网络。电网、互联网、交通网——这些系统的边界仍然是“技术性”的，尽管它们也涉及非技术元素。

（2）技术圈（生态层）：已经超越了“技术系统”的范畴，关注的是技术世界与自然世界（包括生物圈和人类社会）之间的物质、能量交换关系。这已经是一个地质学层面的现象，而不仅仅是工程学层面的现象。

5.4.2 从学术传统来看，四层次划分与既有理论形成更好的对话。

休斯的LTS理论和技术圈理论，本身就是两个相对独立的研究传统。将它们区分为两个层级，而不是合并为一个层级，能够更清晰地呈现技术哲学已有的理论成果。

5.4.3 从解释力来看，四层次划分具有更强的解释力。

四个层级的递进逻辑非常清晰：从内部结构，到内部复杂化，再到外部关联，最后到环境融合。每一步都增加了新的维度，这种递进本身就有很强的解释力。

5.4.4四层级划分的理论价值

它清晰地勾勒出技术人工物从“物理存在”到“独立功能体”，再到“社会关系网络”，最后融入“自然-社会大系统”的演化阶梯。每一级阶梯的跃升，都引入了一个新的核心变量（结构→功能→关系→环境）。为后续针对不同层级进行差异化研究（如第三层级用网络分析，第四层级用系统动力学分析）奠定了最坚实的逻辑基础。

两种划分方案对比结论：四层级划分方案是一个更优秀的方案（见表格4-1）。

表格4-1： 

5.5四个层级之间的本质差异（“不变量”）：

所谓“不变量”是每一个层级区别于其他层级的特点。这些特点是其他层级所不具备的，也就是它们层级之间的最本质的差异。前面（3.2）已经指出了他们的三个层级之间的本质差异。现在增加了第四个层级，第四个层级，那么他们之间的不同发生了一些变化。在保留原来的结构模式特征和连接方式特征的基础上，四个层级的“不变量”又增加了一个变量。前三个层级，他们基本上不考虑与外部环境的连接，不是完全不考虑，而是不作为主要变量进行考虑。可以认为，前四个层级基本上是一个孤立的结构。第四个层次则把环境作为一个主要变量，考虑了外部环境的作用。各个层级之间的差别是：前三个层次，外部环境不作为主要变量。第四个层次则把外部环境作为主要变量之一。

四个层级的主要差别见表格4-2：

表格4-2：四个层级的主要差别

注：

1、同一个层级部件的三个差异应当同时具备。

2、转换器包括实体运动副、液压阀，二极管，三极管，光电转换器等等。转换器是这些部件的统称。

3、机路包括电路，光路，管路，液压气动回路，机构等等。机路是这些部件的统称。

4、整机包括各个层次的个体。

六、生物结构经典十层次的再整合

前面（第四节），按照三个层级的划分对生物的十个层次进行了整合。下面，是基于四个层级的划分，对生物结构层次进行的重新整合。重新整合中，三层级方案中的前两个层级保持不变。

6.1生物结构的四层级划分

关于与生物结构十层次的再整合，实质上主要是对原来的高等层级的拆分，原来第一个层级和第二个层级所包含的层次不变。把原高等层级一分为二，变为两个新层级。新的第三个层级包含技术人工物种群层次和技术人工物群落层次，称为高等独立系统层级。新的第四个层次包括技术人工物生态系统层次和技术人工物圈层次。称为高等开放系统层级。

七、总结

借鉴生物学中从细胞到生物圈的层级划分思想，本文提出一套面向技术人工物的是层级统一理论，将其由低到高划分为十个层次。

在此十层次基础上，将全部层次凝练整合为三个演化阶段（三个层级）.进一步的，又将三个层级修改为四个层级。

初等层级（从无到有）：包括自然物质→材料→物元，奠定人工存在基础；

中等层级（从简单到复杂）：从物元→组件→转换器→机路到个体，形成完整功能；

高等层级（从个体到系统）：从个体→种群→群落形成独立系统层级。

超高等层级（从个体到系统）：从种群和群落到技术生态系统和技术圈，形成开放技术系统。

最后，把技术人工物的四个层级的划分方法反哺应用到生物领域，对生物的十个层次进行整合，得到生物的四个层级。获得了生物与技术人工物结构相同的层级和层次结构。

从多个维度的论证了四层级划分的充分合理性、内在的必然性与广泛的解释力。该理论层次边界明确、逻辑自洽，兼具理论统一性与教学、科研实践价值，为复杂系统层次理论及跨学科比较研究提供新框架。

该理论不仅能够系统揭示技术人工物的结构规律与演化逻辑，也可为工程设计、技术分类、技术哲学、技术治理提供统一、稳定、可扩展的分析框架，具有重要的理论意义与应用价值。为未来在结构层面统一生物与技术人工物奠定了基础。

END

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