付燕榮，鄧 念，彭其淵，張雪芹

（1.天津職業(yè)技術(shù)師范大學汽車與交通學院，天津 300222；2.西南交通大學交通運輸與物流學院，成都610031；3.蘭州工業(yè)學院管理學院，蘭州 730050）

協(xié)同學理論與應(yīng)用研究綜述

付燕榮1，鄧 念2，彭其淵2，張雪芹3

（1.天津職業(yè)技術(shù)師范大學汽車與交通學院，天津 300222；2.西南交通大學交通運輸與物流學院，成都610031；3.蘭州工業(yè)學院管理學院，蘭州 730050）

協(xié)同學理論是通過一整套數(shù)學模型和處理方案描述各種系統(tǒng)和運動現(xiàn)象中從無序到有序轉(zhuǎn)變的共同規(guī)律的一門新興學科。通過介紹協(xié)同學理論在國內(nèi)外的發(fā)展情況及應(yīng)用現(xiàn)狀，重點闡述其在我國教育教學、社會管理、企業(yè)管理、交通運輸以及其他領(lǐng)域的應(yīng)用情況。

協(xié)同學；序參量；自組織

協(xié)同學（synergetics）亦稱“協(xié)同論”或“協(xié)和學”，是一門關(guān)于共同協(xié)作或合作的科學，也稱為協(xié)同工作之學，是在多學科研究基礎(chǔ)上逐漸形成和發(fā)展起來的一門新興學科，由德國斯圖加特大學理論物理學教授赫爾曼·哈肯（Hermann Haken）創(chuàng)立。協(xié)同學理論主要研究遠離平衡態(tài)的開放系統(tǒng)在與外界有物質(zhì)或能量交換的情況下，如何通過自己內(nèi)部協(xié)同作用，自發(fā)地出現(xiàn)時間、空間和功能上的有序結(jié)構(gòu)[1-4]。從哲學的高度看，協(xié)同學回答了物質(zhì)世界諸系統(tǒng)從簡單到復雜、從低級到高級發(fā)展進化的真正終極原因。協(xié)同學理論研究不同事物的共同特征及其協(xié)同機理，具有普遍適用性，因此近年來被認為是新興的綜合性學科，并廣泛應(yīng)用于不同的領(lǐng)域。本文介紹協(xié)同學理論及其在國內(nèi)外的研究發(fā)展情況及應(yīng)用現(xiàn)狀，重點闡述了協(xié)同學理論在我國教育教學、社會管理、企業(yè)管理、交通運輸以及其他領(lǐng)域的應(yīng)用情況。

1 協(xié)同學理論研究

系統(tǒng)內(nèi)部協(xié)同作用的本質(zhì)是一個系統(tǒng)不斷實現(xiàn)有序的分化過程。從微觀上看，子系統(tǒng)實現(xiàn)了某種聯(lián)系和統(tǒng)一；從宏觀上看，系統(tǒng)離開了某種均勻分布的平衡態(tài)，形成了步調(diào)、格局、時空結(jié)構(gòu)的某種穩(wěn)定的區(qū)分和有序。協(xié)同學的思想精髓主要體現(xiàn)在以下方面。

1.1 子系統(tǒng)間的非線性協(xié)同性是有序結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的直接原因

協(xié)同學認為，系統(tǒng)開放性只是產(chǎn)生有序結(jié)構(gòu)的必要條件。系統(tǒng)的非線性是產(chǎn)生有序結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，而只有子系統(tǒng)間的協(xié)同性才是產(chǎn)生有序結(jié)構(gòu)的直接原因。系統(tǒng)是由大量子系統(tǒng)組成的，即系統(tǒng)自由度的總數(shù)往往相當龐大。子系統(tǒng)間既相互獨立，又有關(guān)聯(lián)。當子系統(tǒng)之間的獨立性占據(jù)主導地位時，子系統(tǒng)間的關(guān)聯(lián)很弱，系統(tǒng)便不能形成一個整體，也就顯現(xiàn)不出某種性質(zhì)，這樣的系統(tǒng)整體是無序的。當子系統(tǒng)間的相互關(guān)聯(lián)足以束縛子系統(tǒng)的獨立運動，使系統(tǒng)在宏觀上顯示出一定的結(jié)構(gòu)特征時，被稱為有序。

1.2 序參量在系統(tǒng)演化中起關(guān)鍵作用

描述狀態(tài)有序程度的變量叫做序參量。在系統(tǒng)無序時，序參量為零；當系統(tǒng)達到臨界點時，序參量急劇增長，從而形成有序結(jié)構(gòu)。序參量通過自組織過程發(fā)揮作用，當序參量不是一個時，要通過序參量之間的合作與競爭來確定系統(tǒng)的有序結(jié)構(gòu)。

1.3 快、慢變量的協(xié)同運動表現(xiàn)為自組織現(xiàn)象

協(xié)同學認為系統(tǒng)的穩(wěn)定性受快變量和慢變量兩類變量的影響。當系統(tǒng)受到某種干擾而出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)時，快變量總是運動變化最快，企圖使系統(tǒng)重新回到穩(wěn)定狀態(tài)，而慢變量總是使系統(tǒng)離開穩(wěn)定狀態(tài)走向非穩(wěn)定狀態(tài)?？熳兞孔枘岽?、衰減得快，在系統(tǒng)從穩(wěn)定態(tài)向非穩(wěn)定態(tài)過渡的過程中不起明顯作用，代表了系統(tǒng)的穩(wěn)定模；慢變量衰減得慢，并且表現(xiàn)為臨界無阻尼，所以在系統(tǒng)的演化過程中起決定作用，代表不穩(wěn)定模，是系統(tǒng)演化的方向。當系統(tǒng)從穩(wěn)定態(tài)向非穩(wěn)定態(tài)過渡時，只有慢變量才能打破原有狀態(tài)，而當系統(tǒng)達到不穩(wěn)定狀態(tài)時，快變量將使系統(tǒng)達到一個新的平衡位置。自組織現(xiàn)象就是在此過程中快變量與慢變量相互聯(lián)系、相互制約，從而表現(xiàn)出來的協(xié)同運動的宏觀反應(yīng)[4-5]。

1.4 絕熱消去原理是尋找慢變量的基本方法

當系統(tǒng)處在閾值（或稱相變或臨界點）時，有序結(jié)構(gòu)形成的速度很快，外界對系統(tǒng)的影響可以忽略；而在系統(tǒng)內(nèi)部，忽略快變量的變化，可以令快變量的時間微商等于零，使方程大大簡化，從而得到序參量方程。這種消減快變量的方法一般稱為絕熱消去原理。序參量的變化支配著系統(tǒng)的行動，它主宰著演化的進程，是主動參量，同時子系統(tǒng)參量的變化也通過耦合和反饋牽制著序參量。

2 國外協(xié)同學理論應(yīng)用研究現(xiàn)狀

德國教授哈肯于20世紀70年代初開始研究協(xié)同學，1977年出版專著《協(xié)同學》標志著協(xié)同學作為學科正式創(chuàng)立[6]。之后，又相繼出版《協(xié)同學：最新趨勢與發(fā)展》、《20世紀80年代的物理思想》、《高等協(xié)同學》以及《信息與自組織》等專著。自協(xié)同學創(chuàng)立后，各國學者紛紛加入到協(xié)同學及其應(yīng)用研究的隊伍。

俄羅斯學術(shù)界對協(xié)同學有不同的理解[6-8]：大多數(shù)學者認為協(xié)同學就是廣義的自組織理論，是新的總結(jié)式的研究復雜系統(tǒng)自組織基本規(guī)律的科學；有部分學者認為協(xié)同學是對復雜行為的科學思想、方法及模式進行跨學科分析，其實也是科學哲學的一個研究方向，開拓了思維中關(guān)于人和世界的潛力；還有一部分學者認為協(xié)同學是關(guān)于意想不到現(xiàn)象的科學，是對前兩種的補充。協(xié)同學在俄羅斯國內(nèi)的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，從生物學、物理學、化學等自然科學領(lǐng)域到社會學、經(jīng)濟學、心理學等人文社會科學領(lǐng)域，以及全球化問題、人才教育和培養(yǎng)問題等也屬于其研究范疇。

到20世紀80年代，協(xié)同學理論有了新的突破，邁克爾·波特[9]等首次提出價值鏈的概念，運用價值鏈概念來解釋協(xié)同，更加關(guān)注內(nèi)部管理對價值創(chuàng)造的影響，認為企業(yè)可以通過構(gòu)建內(nèi)部業(yè)務(wù)單元之間的關(guān)聯(lián)和企業(yè)之間的關(guān)聯(lián)而獲取競爭優(yōu)勢。Gajda[10]將協(xié)同理論應(yīng)用到策略聯(lián)盟（strategic alliances）研究中，策略聯(lián)盟指跨組織之合作，而創(chuàng)造商業(yè)伙伴與其最終顧客之效益。Stank和Keller[11]指出協(xié)同是成員之間作決策的流程，共同分配成果，即兩個或兩個以上成員或組織共同工作，擁有共同愿景、分享資源以達到共同的目標。Tyan等[12]認為協(xié)同運輸管理是一個新的貨主與運送人的伙伴策略，也是一個新的商業(yè)模式，是將運送人納入供應(yīng)鏈中，使之成為信息分享與協(xié)同的策略性伙伴，當運送人提高設(shè)備使用率時，將可使零售商與其上游供貨商減少運輸時間與總成本。Khang等[13]將協(xié)同統(tǒng)計方法應(yīng)用在管道運輸研究中，確定多個特殊參數(shù)作為管理混合管道運輸?shù)姆椒?。Cremer[14]等運用協(xié)同學理論研究道路基礎(chǔ)設(shè)施以及信息控制系統(tǒng)的建設(shè)。Olemskoi等[15]應(yīng)用協(xié)同論進行了交通流自組織現(xiàn)象分析研究。他們論證了交通流中存在自組織現(xiàn)象，對交通流中的耗散、相變和協(xié)同進行了數(shù)學描述，利用小波分析對交通流中的分形進行了初步的實證研究；最后，提出了一種以序參量優(yōu)化為主導管控、以輸入信息為誘導管控并相互集成的、基于自組織理論的交通流管控模式[16]。

3 國內(nèi)協(xié)同學理論應(yīng)用研究現(xiàn)狀

國內(nèi)對協(xié)同學理論的了解開始于20世紀80年代初期。國內(nèi)最早對協(xié)同學理論進行研究的是王雨田教授，在1986年出版著作有《控制論信息論系統(tǒng)科學與哲學》，書中第十五章系統(tǒng)科學與系統(tǒng)方法中介紹了協(xié)同學理論。在20世紀80年代，王雨田、金觀濤、沈小峰在新三論、老三論方面的研究影響很大。20世紀90年代以后對于協(xié)同學理論的研究逐漸增多。

在中國知網(wǎng)中搜索全文包含“協(xié)同學”的研究成果，共找到2 487條結(jié)果，時間跨度從1981年到2014年，1995年之前的14年共有138篇論文，相關(guān)研究較少。從1995年1月1日到2014年10月9日，近20年我國關(guān)于協(xié)同學的研究成果統(tǒng)計如圖1所示。從圖中可以看出，在我國，協(xié)同學也是一門新興學科，是近10年快速發(fā)展起來的。

圖1 近20年關(guān)于協(xié)同學的研究成果統(tǒng)計

從應(yīng)用領(lǐng)域來看，協(xié)同學理論廣泛應(yīng)用于不同學科領(lǐng)域，其中包括生物學、力學、物理學、化學、教育學、經(jīng)濟學、管理學、社會學、地球科學、計算機科學、交通運輸工程、機械工程、醫(yī)學、電氣工程、土木建筑工程、圖書館、情報與文獻學以及體育科學等十幾個學科領(lǐng)域。如今學科交叉融合，相互滲透，很難描述問題的單一學科歸屬，例如經(jīng)濟學往往滲透到社會學、管理學中?？偟膩砜?，在我國協(xié)同學理論主要集中應(yīng)用于教育教學、社會管理、企業(yè)管理以及交通運輸領(lǐng)域。近幾年關(guān)于體育科學、地質(zhì)勘探、土木建筑工程、計算機科學等方面的協(xié)同學研究也越來越多。

3.1 教育教學領(lǐng)域

教育教學領(lǐng)域是我國協(xié)同學應(yīng)用最多的領(lǐng)域之一，這不僅與該行業(yè)從業(yè)人員息息相關(guān)，又與其社會屬性和國家政策相關(guān)，同時協(xié)同學方法也更易于分析相關(guān)問題。協(xié)同學方法主要應(yīng)用于各階段各類型各學科課程教學組織、大學生思想政治教育及心理健康教育、研究生培養(yǎng)、師資培養(yǎng)及教學團隊合作、高校學科建設(shè)、專業(yè)群構(gòu)建及人才培養(yǎng)、高校協(xié)同創(chuàng)新及產(chǎn)學研協(xié)同發(fā)展、高校圖情工作、遠程教育、數(shù)字化校園構(gòu)建、高校管理工作、高等教育及職業(yè)教育的區(qū)域優(yōu)化、成人教育教學、各階段教育家校合作等方面。

3.2 社會管理領(lǐng)域

社會問題是涉及國計民生的大問題，同時也是范圍很廣的一類問題。因此，社會問題（尤其是社會熱點問題）的探索和解決方案是協(xié)同學在我國應(yīng)用最多的另一個領(lǐng)域。社會學的研究人員主要研究協(xié)同學視角下的鄉(xiāng)村治理模式、公立醫(yī)院改革、大型活動組織、官德與廉政文化建設(shè)、政府部門間關(guān)系構(gòu)建及政府跨域治理、旅游產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展問題、電子政務(wù)、“三化”同步發(fā)展、生態(tài)安全、社會組織公共服務(wù)供給、社區(qū)管理、公共危機治理、區(qū)域產(chǎn)業(yè)配置及經(jīng)濟協(xié)同、行政監(jiān)督系統(tǒng)、城市聯(lián)盟、大型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項目協(xié)同管理、高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展、和諧社會的構(gòu)建等問題。

3.3 企業(yè)管理領(lǐng)域

企業(yè)管理涉及不同類型企業(yè)的各項管理工作。協(xié)同學理論主要應(yīng)用于企業(yè)管理機制的研究，包括企業(yè)組織結(jié)構(gòu)、企業(yè)管理系統(tǒng)、企業(yè)文化系統(tǒng)、人力資源管理、金融監(jiān)管系統(tǒng)、民營科技企業(yè)成長機制、校園招聘策略、母子公司財務(wù)協(xié)同、企業(yè)創(chuàng)新及變革管理、信息安全、企業(yè)戰(zhàn)略協(xié)同、多項目協(xié)同管理、跨國兼并企業(yè)的整合、企業(yè)孵化器協(xié)同發(fā)展等。

3.4 交通運輸領(lǐng)域

交通運輸領(lǐng)域是近年來協(xié)同學理論研究較多的領(lǐng)域，但是主要集中在新興的交叉學科物流管理和供應(yīng)鏈研究方面，包括諸多產(chǎn)品的供給機制、供應(yīng)鏈協(xié)同管理、區(qū)域物流系統(tǒng)、城市共同配送、第三方物流戰(zhàn)略聯(lián)盟、協(xié)同運輸組織系統(tǒng)、集裝箱多式聯(lián)運、物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下多維度協(xié)同物流管理等。其他方面研究比較少，也比較零散，只有少數(shù)高校進行了較為深入的研究。吉林大學楊兆升[17-19]所帶領(lǐng)的團隊對智能交通系統(tǒng)ITS做了較詳細的研究，從交通控制和交通流誘導系統(tǒng)的協(xié)同入手，將其作為序參量，將車流量作為交通系統(tǒng)的控制參量，利用協(xié)同學理論，基于其役使原理建立序參量方程，用于研究如何整合交通資源實現(xiàn)交通管理網(wǎng)絡(luò)化、信息化、集成化、智能化。北京交通大學、西南交通大學、中南大學、武漢理工大學、長安大學等高校的部分教授及所帶領(lǐng)的團隊也將協(xié)同學理論應(yīng)用于關(guān)于高速鐵路、重載鐵路、公路運輸以及綜合交通運輸?shù)牟煌墑e縱向課題研究中。

3.5 其他領(lǐng)域

協(xié)同學理論與計算機科學相結(jié)合用來進行模式識別、數(shù)字指紋技術(shù)、人臉識別、數(shù)字水印檢測、分布式信息資源協(xié)同配置等方面的研究。應(yīng)用于地質(zhì)方面，主要有巖體累積損傷研究、協(xié)同滑坡預(yù)測預(yù)報模型、災(zāi)害系統(tǒng)與災(zāi)變動力學研究、隧道開挖引起地面沉陷的協(xié)同演化機理、巖體損傷演化的協(xié)同效應(yīng)及其熱彈性不穩(wěn)定性等方面的研究。將協(xié)同學應(yīng)用于計算機技術(shù)、管理策略領(lǐng)域還可以在國防方面大顯身手，包括作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)研究、編隊協(xié)同空戰(zhàn)任務(wù)決策、聯(lián)合作戰(zhàn)力量協(xié)同、競爭情報聯(lián)盟構(gòu)建、艦艇CGF反潛態(tài)勢識別等方面的研究。在體育科學及管理方面，研究主要關(guān)注于集體球類項目競爭力的提升、專業(yè)運動訓練系統(tǒng)、高水平運動隊管理、體育產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展、體育公共服務(wù)、賽事群演化以及我國競技球類運動后備人才的培養(yǎng)問題等。協(xié)同學還用于城市規(guī)劃問題，如城市色彩規(guī)劃、土地利用規(guī)劃、區(qū)域城鎮(zhèn)空間結(jié)構(gòu)及優(yōu)化等方面的問題。

4 研究展望

雖然協(xié)同學理論被視為創(chuàng)新理論和方法廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域，但是，協(xié)同學理論僅僅發(fā)展了40多年，其應(yīng)用尚需完善，今后的研究可以針對以下問題進一步豐富。一是有人參與的組織、機構(gòu)或團隊之間的協(xié)同問題。協(xié)同是諸系統(tǒng)發(fā)展的必然要求，協(xié)同學理論強調(diào)的是包含子系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)的有序性，這取決于各子系統(tǒng)之間的相互協(xié)同作用。作為人類社會的整體，只要各組織、結(jié)構(gòu)以及團隊之間的協(xié)同問題處理好，各領(lǐng)域即可共同推進社會的發(fā)展。二是工程技術(shù)系統(tǒng)內(nèi)部及系統(tǒng)間的協(xié)同問題。工程技術(shù)系統(tǒng)不同層次、不同結(jié)構(gòu)以及不同系統(tǒng)間通過信息、能量和物質(zhì)之間的相互作用、相互聯(lián)系直到實現(xiàn)協(xié)同運作，從而體現(xiàn)系統(tǒng)整體的優(yōu)勢和效率。

在未來發(fā)展的各個領(lǐng)域，只要所研究的系統(tǒng)滿足協(xié)同學研究系統(tǒng)所具備的共同特征，就可以應(yīng)用協(xié)同學理論來解決實際問題，尤其是開放系統(tǒng)的管理問題。

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Review of synergetic theory and application

FU Yan-rong1，DENG Nian2，PENG Qi-yuan2，ZHANG Xue-qin3
（1.School of Vehicle and Transportation，Tianjin University of Technology and Education，Tianjin 300222，China；2.School of Transportation and Logistics，Southwest Jiaotong University，Chengdu 610031，China；3.School of Management，Lanzhou Institute of Technology，Lanzhou 730050，China）

Synergetic theory is a new subject，which describes the common rules that change from disorder to order in various systems and kinetic aspects motion through a set of mathematical models and processing schemes.The development of synergetic theory and the application at home and abroad are introduced，elaborated with the application in education，social management，enterprise management，transportation and other areas in China.

synergetic；order parameter；self-organization

U292

A

2095－0926（2015）01－0044－04

2014-12-08

國家自然科學基金資助項目（U1234206）.

付燕榮（1985—），女，講師，碩士，研究方向為軌道交通規(guī)劃與管理.