耗散結構

耗散結構

比利時的普里戈金(I. Prigogine)從研究偏離平衡態熱力學系統的輸送過程入手,深入討論離開平衡態不遠的非平衡狀態的熱力學系統的物質、能量輸送過程,即流動的過程,以及驅動此過程的熱力學力,並對這些流和力的線性關係做出了定量描述,指出非平衡系統(線性區)演化的基本特徵是趨向平衡狀態,即熵增最小的定態。這就是關於線性非平衡系統的“最小熵產生定理”,它否定了線性區存在突變的可能性。

形成原理

普里戈金普里戈金

普里戈金在非平衡熱力學系統的線性區的研究的基礎上,又開始探索非平衡熱力學系統在非線性區的演化特徵。在研究偏離平衡態熱力學系統時發現,當系統離開平衡態的參數達到一定閾值時,系統將會出現“行為臨界點”,在越過這種臨界點後系統將離開原來的熱力學無序分支,發生突變而進入到一個全新的穩定有序狀態;若將系統推向離平衡態更遠的地方,系統可能演化出更多新的穩定有序結構。×普里戈金將這類穩定的有序結構稱作“耗散結構”。從而提出了關於遠離平衡狀態的非平衡熱力學系統的耗散結構理論(1969年)。

理論內容

耗散結構理論指出,系統從無序狀態過渡到這種耗散結構有幾個必要條件,一是系統必須是開放的,即系統必須與外界進行物質、能量的交換;二是系統必須是遠離平衡狀態的,系統中物質、能量流和熱力學力的關係是非線性的;三是系統內部不同元素之間存在著非線性相互作用,並且需要不斷輸入能量來維持。

耗散結構耗散結構

在平衡態和近平衡態,漲落是一種破壞穩定有序的干擾,但在遠離平衡態條件下,非線性作用使漲落放大而達到有序。偏離平衡態的開放系統通過漲落,在越過臨界點後“自組織”成耗散結構,耗散結構由突變而湧現,其狀態是穩定的。耗散結構理論指出,開放系統在遠離平衡狀態的情況下可以湧現出新的結構。地球上的生命體都是遠離平衡狀態的不平衡的開放系統,它們通過與外界不斷地進行物質和能量交換,經自組織而形成一系列的有序結構。可以認為這就是解釋生命過程的熱力學現象和生物的進化的熱力學理論基礎之一。

在生物學,微生物細胞是典型的耗散結構。在物理學,典型的例子是貝納特流。廣義的耗散結構可以泛指一系列遠離平衡狀態的開放系統,它們可以是力學的、物理的、化學的、生物學的系統,也可以是社會的經濟系統。耗散結構理論的提出,對於自然科學以至社會科學,已經產生或將要產生積極的重大影響。耗散結構理論促使科學家特別是自然科學家開始探索各種複雜系統的基本規律,開始了研究複雜性系統的攀登。

遠離平衡態的開放系統,通過與外界交換物質和能量,可能在一定的條件下形成一種新的穩定的有序結構。

典型的例子是貝納特流。在一扁平容器內充有一薄層液體,液層的寬度遠大於其厚度,從液層底部均勻加熱,液層頂部溫度亦均勻,底部與頂部存在溫度差。當溫度差較小時,熱量以傳導方式通過液層,液層中不會產生任何結構。但當溫度差達到某一特定值時,液層中自動出現許多六角形小格子,液體從每個格子的中心湧起、從邊緣下沉,形成規則的對流。從上往下可以看到貝納特流形成的蜂窩狀貝納特花紋圖案。這種穩定的有序結構稱為耗散結構。類似的有序結構還出現在流體力學、化學反應以及雷射等非線性現象中。

結構特徵

耗散結構的特徵是:

①存在於開放系統中,靠與外界的能量和物質交換產生負熵流,使系統熵減少形成有序結構。耗散即強調這種交換。對於孤立系統,由熱力學第二定律可知,其熵不減少,不可能從無序產生有序結構。

②保持遠離平衡態。貝納特流中液層上下達到一定溫度差的條件就是確保遠離平衡態。

③系統內部存在著非線性相互作用。在平衡態和近平衡態,漲落是一種破壞穩定有序的干擾,但在遠離平衡態條件下,非線性作用使漲落放大,達到有序。

發展套用

比利時的普里高津、德國的哈肯、日本的久保-鈴木等學派對遠離平衡態的耗散結構理論的建立與發展作出重要貢獻。但理論尚屬初級階段,有待於發掘新的概念、規律和數學工具。耗散結構理論已用於研究流體、雷射等系統、核反應過程,生態系統中的人口分布,環境保護問題,乃至交通運輸、城市發展,人文社會等課題。

理論啟示

開放系統

開放系統是產生耗散結構的前提耗散結構理論強調系統的開放性,對於一個企業而言,“開放”是至關重要的,它需要與外界環境永不間斷地交換比如它需要採購外界生產資料,從外界購進先進的技術設備,企業需要受到國家法律法規及政策的制約,需要受到工商局的監督,受到稅務部門的審核並按時納稅;

另外,為了正常贏利和發展,企業需要時刻關注同類產品市場中的競爭對手,從而採取相應的競爭策略,企業需要以各種途徑了解消費群體,與之發生有效溝通,從而採取相應的行銷策略;企業需要搞自身形象設計(CI),通過廣告宣傳,讓更多的人了解自己,從而增加自身品牌的客群等等。

整個企業的發展過程都在與外界發生著物質、信息的交換,從採購到生產再到行銷,無一不顯露出作為系統看待的一個企業對外界開放是至關重要的。因此可以看出耗散結構理論中的“開放性”思想對一個企業的管理起到宗旨性指引作用。

耗散結構 管理化耗散結構 管理化

耗散結構理論強調非平衡態是有序之源

這一點也明顯的體現在企業發展的過程中了,比如,中國各地推行“裁員增效”,提出“競爭上崗機制”,那么這種“競爭”就是一種非平衡態,具體體現在企業內部,它也是存在的,工作人員為了獲得更高的工資或使自己級別職稱得到提升,會更加積極地努力,擴充自己的知識,提高自己的業績。最終會使企業的整體生產效率得到提高。

另外,企業對其生產產品的定價管理也是一種非平衡態,當受外界市場的影響,產品價格相對過高而不占優勢時,企業就不得不將其價格降低,並達到一種臨時性的相對穩定。

耗散結構理論提出漲落導致有序的觀點

它強調系統中某個微小的變化會帶來大的結果性偏差,這體現在行銷管理中稱之為“馬鞭效應”。比如,在“禽流感”突如其來之時,全國上下一片譁然,大量禽、蛋類產品出現滯銷,那么作為一個禽類養殖企業,就會宰殺並囤積大量家禽,並投資引進清潔設備,實施裁員增效,有的甚至由於資金不能順利周轉而紛紛倒閉。作為這些企業的管理者,完全應該在亞洲出現“禽流感”首例事件時就能預見到這樣的後果,並及時採取措施——低價拋售所有禽類並發展養豬或養牛等第二行業。這便是“漲落導致有序”給人們在管理過程中的提示。

耗散結構耗散結構

另外,又比如一個生產企業,它期初對一種產品的行銷組合是這樣的:價格策略採用撇油定價法,進行高定價策略;渠道策略採用包含批發商、零售商在內的中間商進行拓展渠道;促銷策略採用大量投放廣告,提高產品及公司的知名度。當發展一段時間後,企業發現本產品的價格在市場上不具有競爭力,需要降低時,其行銷組合中各要素都要發生相應的變化,從而才能適應市場的需求:價格策略變成低價策略;渠道策略改用直銷方式;促銷策略採用推銷人員上門推銷方式,並取消廣告投入。從而使得行銷組合形成一種新的穩定狀態。

因此,“漲落導致有序”告訴人們系統中的任何一個元素都有可能隨時發生變化,而且任一元素的微小變化都能使得整個系統中的其它元素髮生變化,並最終形成一個新的相對穩定狀態。具體反映在企業管理中,管理者應該重視發生在企業中的任何意外和變化,並及時採取措施,對相應問題進行整體性巨觀調整,從而能夠維持企業穩定地發展。

套用案例

企業管理競爭力的評價指標是耗散結構理論的間接實踐套用。

適當的指標體系是進行準確評價的關鍵。對八大要素的層面做了進一步詳盡分析,參照的企業績效評價理論,並結合企業的特點,建立了較為客觀的企業管理競爭力評價指標(見下表)。整套體系既有定量化內容,也有定性分析,從不同角度、不同方面考察管理競爭力的現狀,幫助企業找到管理的薄弱環節,為有效提高企業綜合競爭力奠定基礎。

經營能力 高層控制能力 技術創新能力 信息化水平 組織管理 企業文化 管理能力 環境協調能力
存貨周轉率 市場覆蓋率 技術創新投入率 企業是否採用電子商務進行網上交易 職能部門的建立是否以市場為導向 是否建立起適合本企業的企業文化 生產管理 企業文化的適應性
應收賬款周轉率 市場拓展能力 技術開發人員比率 是否採用各種管理信息系統,運行狀況如何 企業的組織結構 員工的觀念素質綜合指數 戰略管理 對區域經濟政策的滿意度
流動資產周轉率 國際化銷售密度 新產品開發成功率 是否有針對客戶的CRM 是否建立了學習型組織 高級管理人員的創新精神 人力資源管理 是否按照環境的變化進行業務流程重組
銷售利潤率 行銷能力 新產品產值率 企業信息是否通暢,對於領導決策是否起到輔助作用 是否以跨部門的形式進行產品研發 - 供應鏈協調能力 與政府、其他企業的關係

舊三論

資訊理論

是運用機率論與數理統計的方法研究信息、信息熵、通信系統、數據傳輸、密碼學、數據壓縮等問題的套用數學學科。

資訊理論將信息的傳遞作為一種統計現象來考慮,給出了估算通信信道容量的方法。信息傳輸和信息壓縮是資訊理論研究中的兩大領域。這兩個方面又由信息傳輸定理、信源-信道隔離定理相互聯繫。

什麼是信息?

信息現代定義。[2006年,醫學信息(雜誌),鄧宇等].

信息是物質、能量、信息及其屬性的標示。

維納信息定義

信息是確定性的增加。

香農信息定義

信息是事物現象及其屬性標識的集合。2002年

控制論

是研究動物(包括人類)和機器內部的控制與通信的一般規律的學科,著重於研究過程中的數學關係

協同論

主要研究遠離平衡態的開放系統在與外界有物質或能量交換的情況下,如何通過自己內部協同作用,自發地出現時間、空間和功能上的有序結構。協同論以現代科學的最新成果——系統論、資訊理論、控制論、突變論等為基礎,吸取了結構耗散理論的大量營養,採用統計學和動力學相結合的方法,通過對不同的領域的分析,提出了多維相空間理論,建立了一整套的數學模型和處理方案,在微觀到巨觀的過渡上,描述了各種系統和現象中從無序到有序轉變的共同規律。 協同論是研究不同事物共同特徵及其協同機理的新興學科,是近十幾年來獲得發展並被廣泛套用的綜合性學科。它著重探討各種系統從無序變為有序時的相似性。協同論的創始人哈肯說過,他把這個學科稱為“協同學”,一方面是由於我們所研究的對象是許多子系統的聯合作用,以產生巨觀尺度上結構和功能;另一方面,它又是由許多不同的學科進行合作,來發現自組織系統的一般原理。

新三論

系統論

是研究系統的一般模式,結構和規律的學問,它研究各種系統的共同特徵,用數學方法定量地描述其功能,尋求並確立適用於一切系統的原理、原則和數學模型,是具有邏輯和數學性質的一門新興的科學。

結構論

研究系統的結構、功能與演變相互關係實在系統與符號系統轉換等規律(1986-1994年曾邦哲的綜合系統論),尤其研究生命系統、人工系統等組織化系統的建構穩態模型等,從系統的動力學研究模式轉向系統的結構與形態發生模式研究。

突變論

突變論是研究客觀世界非連續性突然變化現象的一門新興學科,自20世紀70年代創立以來,十數年間獲得迅速發展和廣泛套用,引起了科學界的重視。突變論的創始人是法國數學家雷內托姆,他於1972年發表的《結構穩定性和形態發生學》一書闡述了突變理論,榮獲國際數學界的最高獎---菲爾茲獎章。突變論的出現引起各方面的重視,被稱之為“是牛頓和萊布尼茨發明微積分三百年以來數學上最大的革命”。

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