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）

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，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的人、財、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)活動時價值創(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以及開展這些管理活動所具備的文化素養(yǎng)，意識形態(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，人們的市場意識、法律意識、規(guī)則意識等認(rèn)識水平。

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)展的動態(tài)分析，從而使區(qū)域物流系統(tǒng)的各個子系統(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Lg，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)需要的社會團(tuán)體及個人手中，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)就會變成無水之渠，而上面兩個子系統(tǒng)的有效運(yùn)行，必須有一個良好的柔順的社會等外部環(huán)境為基礎(chǔ)。因此一個區(qū)域物流的發(fā)展必須是在一個良好的基礎(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。隨著時間的推移，各子系統(tǒng)會發(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，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，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將隨著時間的推移而變化。而在較短時間內(nèi)，可將hij視為確定常數(shù)，通過對已有的區(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)模型計算可獲得。如果用列向量M表示在某一時刻t某一區(qū)域區(qū)域物流的行為活動水平，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。但是它缺少一個像能量這樣的量度。為此，德國物理學(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)只差一個符號，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)和對數(shù)之間存在一定的比例關(guān)系。這一關(guān)系由美國的吉布斯表述為：

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?，熵值的大小可以作系統(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，S=0，系統(tǒng)只有一種狀態(tài)；當(dāng)p1=p2=…=pn=1/n時，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和時間t的函數(shù)，并把n個狀態(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。得到一個或少數(shù)幾個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。對系統(tǒng)的相變提供了條件，并不能簡單地作為控制作用，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，將使整個系統(tǒng)形成一個微觀個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)與各要素之間的競爭效應(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)測區(qū)域物流系統(tǒng)何時發(fā)生相變或躍遷，因此，本文在建立模型時忽略了漲落的作用。

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)同與競爭作用大小的衡量，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)值計算方法即四階龍格-庫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.這可以對區(qū)域物流協(xié)同發(fā)展過程進(jìn)行預(yù)測。

[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)與社會應(yīng)用的探討[J].系統(tǒng)辯證學(xué)學(xué)報，1997,5(2).

F250

A

1002－6487（2011）07－0072-03

江蘇省高校哲學(xué)社會科學(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)營與物流管理。

（責(zé)任編輯/易永生）