張中強(qiáng)

（徐州工程學(xué)院管理學(xué)院，江蘇徐州221008）

區(qū)域物流系統(tǒng)發(fā)展的負(fù)熵機(jī)理及狀態(tài)模型

張中強(qiáng)

（徐州工程學(xué)院管理學(xué)院，江蘇徐州221008）

文章首先界定了區(qū)域物流系統(tǒng)，把區(qū)域物流系統(tǒng)的組成要素分為物流基礎(chǔ)、經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)、基礎(chǔ)環(huán)境。接著，運(yùn)用協(xié)同學(xué)知識(shí)，分析了區(qū)域物流系統(tǒng)的負(fù)熵機(jī)理，并認(rèn)為：要使區(qū)域物流系統(tǒng)驅(qū)向協(xié)同發(fā)展方向，必須使系統(tǒng)流出的熵大于流入的熵，即使系統(tǒng)獲得負(fù)熵流，從而使系統(tǒng)的總熵下降，避免系統(tǒng)熵增加，導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)無序狀態(tài)。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了區(qū)域物流協(xié)同狀態(tài)模型，并介紹了模型的作用。

區(qū)域物流系統(tǒng)；負(fù)熵機(jī)理；狀態(tài)模型

1 區(qū)域物流系統(tǒng)的構(gòu)成

根據(jù)一般系統(tǒng)論，可以把區(qū)域物流系統(tǒng)的組成要素分為以下幾個(gè)部分。具體組成如圖1：

在影響區(qū)域物流發(fā)展的要素中，物流基礎(chǔ)是在一定區(qū)域內(nèi)，利用一定運(yùn)載工具、在一定物流網(wǎng)絡(luò)中為該區(qū)域提供人和物位移服務(wù)的系統(tǒng)。該子系統(tǒng)主要包括行使人和物位移服務(wù)的載體，以及行使這些載體活動(dòng)的人、財(cái)、物等子系統(tǒng)組成。一定的物流基礎(chǔ)是該區(qū)域物流的物資位移服務(wù)的載體基礎(chǔ)。

經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)是人們利用資源在一定地域上進(jìn)行物質(zhì)資料生產(chǎn)、流通、分配和消費(fèi)活動(dòng)時(shí)價(jià)值創(chuàng)造的總和。一定的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)是該區(qū)域物流的物資位移服務(wù)的物質(zhì)基礎(chǔ)。

基礎(chǔ)環(huán)境是人類周圍一切物質(zhì)、能量和信息的總稱，即包括大氣、水、土壤和生物等。也包括有人參與與組織的一些管理活動(dòng)以及開展這些管理活動(dòng)所具備的文化素養(yǎng)，意識(shí)形態(tài)，精神氣質(zhì)等等，這主要包括政府管理部門的管理服務(wù)水平，人們的市場(chǎng)意識(shí)、法律意識(shí)、規(guī)則意識(shí)等認(rèn)識(shí)水平。

2 區(qū)域物流系統(tǒng)發(fā)展的負(fù)熵機(jī)理

區(qū)域物流系統(tǒng)是一個(gè)非平衡的開放系統(tǒng)，運(yùn)用協(xié)同學(xué)的理論和方法可以研究區(qū)域物流系統(tǒng)內(nèi)部的協(xié)同關(guān)系，即物流基礎(chǔ)、經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)、基礎(chǔ)環(huán)境子系統(tǒng)發(fā)展的動(dòng)態(tài)分析，從而使區(qū)域物流系統(tǒng)的各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為客觀有序的狀態(tài)。

在區(qū)域物流系統(tǒng)發(fā)展中，分別將物流基礎(chǔ)系統(tǒng)定為L(zhǎng)g，經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)系統(tǒng)為Ec，基礎(chǔ)環(huán)境子系統(tǒng)En，因此從系統(tǒng)要素構(gòu)成看，區(qū)域物流發(fā)展系統(tǒng)是物流基礎(chǔ)、經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)和基礎(chǔ)環(huán)境三個(gè)子系統(tǒng)的組成的相互聯(lián)系、相互依存的統(tǒng)一整體。

上述分析，物流基礎(chǔ)子系統(tǒng)是區(qū)域物流發(fā)展的主體，經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)子系統(tǒng)是區(qū)域物流發(fā)展的實(shí)物流主體，沒有物流，經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)創(chuàng)造的物質(zhì)商品無法有效地送達(dá)需要的社會(huì)團(tuán)體及個(gè)人手中，就無法有效滿足人類物質(zhì)生活的需要，而沒有經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)系統(tǒng)，區(qū)域物流的物質(zhì)載體及物流基礎(chǔ)系統(tǒng)就會(huì)變成無水之渠，而上面兩個(gè)子系統(tǒng)的有效運(yùn)行，必須有一個(gè)良好的柔順的社會(huì)等外部環(huán)境為基礎(chǔ)。因此一個(gè)區(qū)域物流的發(fā)展必須是在一個(gè)良好的基礎(chǔ)環(huán)境下。物流基礎(chǔ)子系統(tǒng)與經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)、同步的協(xié)同性發(fā)展，區(qū)域物流中的每一個(gè)子系統(tǒng)都是多因素、多結(jié)構(gòu)、多變量的系統(tǒng)，都包含著極具復(fù)雜的關(guān)聯(lián)關(guān)系的要素，各構(gòu)成要素以一定方式相互依存，相互制約，正是它們之間的相互作用決定著區(qū)域物流發(fā)展的過程和演進(jìn)方向。隨著時(shí)間的推移，各子系統(tǒng)會(huì)發(fā)生不斷變化，向著更高一層的階段演化，在各子系統(tǒng)的不斷演化中，它們之間的相互作用強(qiáng)度也會(huì)跟著發(fā)生變化，這種作用機(jī)制的變化，可用行為矩陣來定量描述。

當(dāng)i=j時(shí)，hij表示區(qū)域物流各子系統(tǒng)單位水平或投資下的狀態(tài)和性質(zhì)，當(dāng)時(shí)，hij表示區(qū)域物流系統(tǒng)中j系統(tǒng)i子系統(tǒng)的影響系數(shù)，矩陣元素hij將隨著時(shí)間的推移而變化。而在較短時(shí)間內(nèi)，可將hij視為確定常數(shù)，通過對(duì)已有的區(qū)域的物流基礎(chǔ)、經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)及基礎(chǔ)環(huán)境各系統(tǒng)的分析，采用一定的數(shù)學(xué)模型計(jì)算可獲得。如果用列向量M表示在某一時(shí)刻t某一區(qū)域區(qū)域物流的行為活動(dòng)水平，可以是深度、廣度等。其分量m1，m2，m3，分別表示區(qū)域物流系統(tǒng)中，各子系統(tǒng)的發(fā)展和投資水平，它們體現(xiàn)該區(qū)域發(fā)展政策與發(fā)展條件，則B=H*M表示各子系統(tǒng)在發(fā)展政策干預(yù)下發(fā)展?fàn)顟B(tài)性質(zhì)，M=[m1,m2,m3]T。

之前的分析，是基于系統(tǒng)內(nèi)部各子系統(tǒng)之間的相互作用，相互聯(lián)系的基礎(chǔ)上。而區(qū)域物流協(xié)同發(fā)展系統(tǒng)是一個(gè)開放性系統(tǒng)，所以要將區(qū)域物流與外界聯(lián)系起來進(jìn)行分析。區(qū)域物流系統(tǒng)運(yùn)行過程實(shí)質(zhì)是物持、能量和信息的交互過程，即從外獲取信息、技術(shù)、資金、能量并向外界提供產(chǎn)品及相關(guān)服務(wù)。這種物質(zhì)、能量和信息的交換過程充分體現(xiàn)了區(qū)域物流的系統(tǒng)開放性。

熵的概念源于熱力學(xué)，熱力學(xué)第一定律描述了能量守恒與轉(zhuǎn)換的定律，它的核心概念是能量的。熱力學(xué)第二定律描述了自然廣泛存在的不可逆現(xiàn)象。但是它缺少一個(gè)像能量這樣的量度。為此，德國(guó)物理學(xué)家克勞修斯于1865年提出了熱力學(xué)熵的概念。熱力學(xué)熵類似能量，但又不同于能量，并認(rèn)為熵和熱一樣，體現(xiàn)了系統(tǒng)內(nèi)部的離散傾向。從熱力學(xué)觀點(diǎn)看，系統(tǒng)熵的變化ds與系統(tǒng)的溫度T和熱量變化dQ之間有如下關(guān)系：s=dQ/T。

然而，在這里對(duì)熵的理解仍然停留在宏觀層次上，而且公式中描述的還中人是熵的變化，對(duì)熵的本質(zhì)含義還有待于研究。

為了提示熵的本質(zhì)，特別是它對(duì)應(yīng)的微觀狀態(tài)，1872年物流學(xué)家玻爾茲曼提出了熵概述的統(tǒng)計(jì)解釋：由于熵和玻爾茲曼積分微分議程中H函數(shù)只差一個(gè)符號(hào)，因此可以用它定量地描寫熱力學(xué)第二定律，而且在熵和系統(tǒng)微觀狀態(tài)數(shù)和對(duì)數(shù)之間存在一定的比例關(guān)系。這一關(guān)系由美國(guó)的吉布斯表述為：

S=Kblogw

Kb－為玻爾茲曼常數(shù)

W－為系統(tǒng)微觀的狀態(tài)數(shù)

顯然可能的微觀狀態(tài)數(shù)越多，系統(tǒng)內(nèi)微觀粒子的狀態(tài)分布也就越平均，或者說它們可以具有十分不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，這從整體上看就表現(xiàn)為系統(tǒng)內(nèi)部的十分混亂?？梢姡刂档拇笮】梢宰飨到y(tǒng)內(nèi)部混亂程度的標(biāo)度。

1948年，申農(nóng)和維納提出的信息熵概念是對(duì)熵概念的一次最深刻的發(fā)展。按維納的意見：熵是消息的負(fù)對(duì)數(shù)，它代表了系統(tǒng)與外界進(jìn)行交換的東西。按申農(nóng)的理解：熵是像坡爾茲曼H函數(shù)一樣表征了消息不確定程度。因此，系統(tǒng)不確定性的減少就意味著它的確定性程度的增加，即組織程度的增加。信息熵的數(shù)學(xué)表示式為：

pi―表示狀i出現(xiàn)的概率，當(dāng)p=1時(shí)，S=0，系統(tǒng)只有一種狀態(tài)；當(dāng)p1=p2=…=pn=1/n時(shí)，系統(tǒng)熵值很大。

在通信中，系統(tǒng)因接受到了信息而減少或消除了它關(guān)于信息源的不確定性程度。因此，可以用信息熵的減少度作為得到信息的量度。

對(duì)于區(qū)域物流系統(tǒng)來說，熵也可視為其一種狀態(tài)函數(shù)，是混亂無序的程度標(biāo)志。熵增加意味著系統(tǒng)有序態(tài)的破壞，即系統(tǒng)朝著不協(xié)同方向發(fā)展。把握區(qū)域物流系統(tǒng)熵的變化，即可判明系統(tǒng)演替的方向及其進(jìn)程。區(qū)域物流系統(tǒng)內(nèi)部的熵產(chǎn)生是區(qū)域物流協(xié)同發(fā)展的障礙。

我們定義區(qū)域物流系統(tǒng)內(nèi)的凈熵的積累率ds/dt為系統(tǒng)協(xié)同發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力。如果ds/dt>0系統(tǒng)向退化方向發(fā)展，從有序走向無序，即不協(xié)同發(fā)展；如果ds/dt<0系統(tǒng)向進(jìn)化方向發(fā)展，從無序走向有序，即協(xié)同發(fā)展。另設(shè)des/dt為環(huán)境輸入系統(tǒng)的熵流入率，dgs/dt為系統(tǒng)的熵產(chǎn)生率，dos/dt為系統(tǒng)熵流出率。則[dos/dt-des/dt]為系統(tǒng)與環(huán)境的熵變換率。根據(jù)系統(tǒng)熵產(chǎn)出率和與環(huán)境熵交換率的平衡條件，可得：

ds/dt=dgs/dt-[dos/dt-des/dt]

由前述分析，要使區(qū)域物流系統(tǒng)驅(qū)向協(xié)同發(fā)展，即ds/dt<0

則dos/dt-des/dt>dgs/dt

又因系統(tǒng)產(chǎn)生的熵大于零，即則可得dgs/dt>0

dos/dt>des/dt

上式表明，要使區(qū)域物流系統(tǒng)驅(qū)向協(xié)同發(fā)展方向，必須使系統(tǒng)流出的熵大于流入的熵。即使系統(tǒng)獲得負(fù)熵流，從而使系統(tǒng)的總熵下降，避免系統(tǒng)熵增加，導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)無序狀態(tài)。這就是區(qū)域物流發(fā)展的負(fù)熵機(jī)理。

3 區(qū)域物流的內(nèi)部協(xié)同狀態(tài)模型

從貝納德、激光轉(zhuǎn)變、Zhabotinsky花紋和化學(xué)波到生態(tài)黨的宏觀結(jié)構(gòu)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的發(fā)展和變化，自組織現(xiàn)象普遍存在著[2,3]。自組織現(xiàn)象具有如下基本特征：

開放性：非平衡熱力學(xué)證明了無離熱平衡是發(fā)生非平衡相變的必要條件。只有從外界向系統(tǒng)注入能量和（或）物質(zhì)，維持一定的能流和（或）物質(zhì)流，系統(tǒng)才能維持平衡態(tài)。因此，實(shí)現(xiàn)非平衡相變的系統(tǒng)必須是開放的系統(tǒng)。

合作性：合作是一切相變的客觀基礎(chǔ)。不管非平衡相變合作行為深處的機(jī)制是什么，新相性質(zhì)較之老相有顯著的改變，沒有眾多子系統(tǒng)同步行動(dòng)是無法產(chǎn)生的。

隨機(jī)性：根據(jù)理論物理的基礎(chǔ)定律，耗散的地方，就必在伴隨著有漲落，使系統(tǒng)呈現(xiàn)隨機(jī)性。

用(k1,k2…kn)表示系統(tǒng)的狀態(tài)，k1是空間r和時(shí)間t的函數(shù)，并把n個(gè)狀態(tài)變量作如下?/?tk=N(α,k,△,r,t)+F(t)的縮寫：(k1,k2…kn)=k，則協(xié)同學(xué)將處理形如下的運(yùn)動(dòng)方程

式中a表示控制參數(shù)，表示隨機(jī)漲落，根據(jù)上述自組織現(xiàn)象的特征可知，子系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)議程必須是線性的、含可控參數(shù)的隨機(jī)偏（或常）微分方程。議程的非線笥是系統(tǒng)合作性的唯一數(shù)學(xué)表達(dá)，而開放系統(tǒng)偏離隨機(jī)態(tài)“距離”，則由議程中的外參數(shù)來調(diào)節(jié)，方程包含的漲落則是隨機(jī)性的數(shù)學(xué)反映。

支配原理和序參量是協(xié)同學(xué)的又一重要概念。協(xié)同學(xué)處理自組織問題的程序大致分為三步，第一步，作線笥穩(wěn)定性分析，確定穩(wěn)定模和不穩(wěn)定模；第二步，使用支配原理水運(yùn)穩(wěn)定模，建立序參量議程；第三步，解序參量方程，決定系統(tǒng)的宏觀結(jié)構(gòu)。

具體來說，首先將控制參數(shù)調(diào)到臨界點(diǎn)，使系統(tǒng)線性失穩(wěn)，這是系統(tǒng)性質(zhì)發(fā)生急劇變化的前提。然后分析K中各分量深化的快慢，或K的各模式深化的快慢。如果快慢懸殊，就可以消去弛豫變量或快弛豫模式。得到一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)慢變量或慢變模式為序參量。

最后，必須在忽略漲落和考慮漲落的兩種情形下求解序參量方程，以便得出物理結(jié)論，說明或預(yù)言自組織現(xiàn)象。

綜上所述，自組織理論認(rèn)為，系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變是由于系統(tǒng)內(nèi)部非線性相互作用以及子系統(tǒng)的協(xié)同作用的結(jié)果，外部環(huán)境向系統(tǒng)輸入物質(zhì)和能量。對(duì)系統(tǒng)的相變提供了條件，并不能簡(jiǎn)單地作為控制作用，系統(tǒng)的有序不是來自外部，而是系統(tǒng)內(nèi)部自發(fā)產(chǎn)生的。正如協(xié)同學(xué)原理所指出的，系統(tǒng)各部件（子系統(tǒng)）之間相互協(xié)調(diào)的結(jié)果，將使整個(gè)系統(tǒng)形成一個(gè)微觀個(gè)體層次下不存在的新結(jié)構(gòu)和特征。也就是說，可以在宏觀層次上形成某種整體效應(yīng)或通過自組織方式形成有序的宏觀結(jié)構(gòu)。

設(shè)xi（i=1,2…）為反映經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)、物流基礎(chǔ)的狀態(tài)變量，由于各狀態(tài)變量的單位不同，故對(duì)各狀態(tài)變量進(jìn)行無量綱化，設(shè)無量綱化后的序列為：相應(yīng)的一階累加生成序列，則的變化率依賴于：

（1）經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)、物流基礎(chǔ)的內(nèi)協(xié)同效應(yīng)，即其自身發(fā)展結(jié)果，記自發(fā)展項(xiàng)為

（2）經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)、物流基礎(chǔ)之間外協(xié)同效應(yīng)，即經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)、物流基礎(chǔ)間的協(xié)同效應(yīng)，記協(xié)同項(xiàng)為

（3）經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)、物流基礎(chǔ)發(fā)展過程中的灰色效應(yīng)，該作用來源于經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)、物流基礎(chǔ)自身的抑制效應(yīng)與各要素之間的競(jìng)爭(zhēng)效應(yīng)：本文統(tǒng)稱為經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)、物流基礎(chǔ)發(fā)展過程中的灰色作用項(xiàng)為

由于在由于在區(qū)域物流系統(tǒng)演化的兩個(gè)臨界點(diǎn)之間，漲落只是一種干擾，系統(tǒng)本身的穩(wěn)定機(jī)制使?jié)q落總是很容易被衰減，乃至消失，且建立區(qū)域物流系統(tǒng)狀態(tài)模型的主要目的是找出規(guī)定區(qū)域物流系統(tǒng)有序程度的序參量，以便在實(shí)際工作中充分發(fā)揮序參量的作用，加強(qiáng)系統(tǒng)之間的協(xié)同效應(yīng)，促使區(qū)域物流系統(tǒng)向更高的有序程度發(fā)展，而不是預(yù)測(cè)區(qū)域物流系統(tǒng)何時(shí)發(fā)生相變或躍遷，因此，本文在建立模型時(shí)忽略了漲落的作用。

模型的參數(shù)aii,aij,bi即是經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)、物流基礎(chǔ)之間協(xié)同與競(jìng)爭(zhēng)作用大小的衡量，這些參數(shù)可以通過應(yīng)用非線性微分方程色系統(tǒng)建模方法推導(dǎo)得出。通過分析此模型的狀態(tài)方程組就可發(fā)現(xiàn):狀態(tài)程組哪些狀態(tài)變量的弛豫系數(shù)為正.哪些狀態(tài)變量的弛豫系數(shù)為負(fù).通過絕熱近似方法消去弛豫系數(shù)為負(fù)的狀態(tài)變量，剩下的狀態(tài)變量就是該系統(tǒng)的慢變量，即序參量。我們還可以采用數(shù)值計(jì)算方法即四階龍格-庫(kù)塔法得出此模型的數(shù)值解.然后應(yīng)用絕熱消去法消去系統(tǒng)的快變量，余下的慢變量就是該系統(tǒng)的序參量.由于方程組中是經(jīng)過一階累加生成和無量綱化后得到的，因此方程的數(shù)值解需要作還原處理，然后得到區(qū)域物流內(nèi)物流基礎(chǔ)與經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)協(xié)同發(fā)展系統(tǒng)狀態(tài)變量的模擬值.這可以對(duì)區(qū)域物流協(xié)同發(fā)展過程進(jìn)行預(yù)測(cè)。

[1]喻傳贊，彭匡鼎，張一方等.熵、信息與交叉科學(xué)[M].昆明：云南大學(xué)出版社，1994.

[2]郭治安，沈小峰.協(xié)同論[M].太原：山西經(jīng)濟(jì)出版社，1991.

[3]孟昭華.關(guān)于協(xié)同學(xué)理論和方法的哲學(xué)依據(jù)與社會(huì)應(yīng)用的探討[J].系統(tǒng)辯證學(xué)學(xué)報(bào)，1997,5(2).

F250

A

1002－6487（2011）07－0072-03

江蘇省高校哲學(xué)社會(huì)科學(xué)研究基金項(xiàng)目（09SJD630072）

張中強(qiáng)（1973-），男，江蘇沛縣人，博士，副教授，研究方向：運(yùn)營(yíng)與物流管理。

（責(zé)任編輯/易永生）