基于耗散結(jié)構(gòu)的農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)演化分析

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國呈現(xiàn)出冷鏈物流服務(wù)的供給與冷鏈物流的需求在質(zhì)量和數(shù)量不相匹配的現(xiàn)象，因此，發(fā)展農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流，任重道遠(yuǎn)。鑒于我國農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流出現(xiàn)的問題以及與發(fā)達(dá)國家差距，將農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)作為研究對象，分析了農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)耗散結(jié)構(gòu)特征，根據(jù)布魯塞爾器（Brusselator）建立了農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)演化模型，討論了系統(tǒng)失穩(wěn)的條件，并在此基礎(chǔ)上研究了農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)成長與發(fā)展的動力要素和規(guī)律，對農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)決策依據(jù)。

關(guān)鍵詞：冷鏈物流；系統(tǒng)；演化過程；耗散結(jié)構(gòu)

1 農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)

進(jìn)入二十一世紀(jì)，隨著社會經(jīng)濟(jì)深入發(fā)展，我國已經(jīng)成為世界第二大經(jīng)濟(jì)體，人們生活物質(zhì)水平有了質(zhì)的提高，同時也更加關(guān)注生鮮農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量，因此，發(fā)展農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流迫在眉睫。2010年6月，國家發(fā)改委發(fā)布的《農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流發(fā)展規(guī)劃》指出：“農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流是指使肉、禽、水產(chǎn)、蔬菜、水果、蛋等生鮮農(nóng)產(chǎn)品從產(chǎn)地采收（或屠宰、捕撈）后，在產(chǎn)品加工、貯藏、運(yùn)輸、分銷、零售等環(huán)節(jié)始終處于適宜的低溫制環(huán)境下，最大程度地保證產(chǎn)品品質(zhì)和質(zhì)量安全、減少損耗、防止污染的特殊供應(yīng)鏈系統(tǒng)。”經(jīng)過多年的發(fā)展，截至2015年底，我國共擁有冷藏庫2.7萬座，總?cè)萘砍^1500萬噸，機(jī)械冷藏車輛超過5萬輛，冷藏列車超過2000輛，冷藏船超過12萬噸位，集裝箱的生產(chǎn)能力也超過100萬標(biāo)箱/年的水平。但是冷鏈物流仍有不足之處，其一冷藏倉庫經(jīng)營模式缺乏多樣性以及溫區(qū)單一，其二冷藏倉庫投入和運(yùn)營費(fèi)用高，其三冷藏倉庫分布地域缺乏規(guī)劃。除此之外，農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)還存在冷鏈運(yùn)輸線路規(guī)劃不科學(xué)，操作缺乏專業(yè)性。因此，在這種情況下，國內(nèi)每年生鮮果品損耗約1200萬噸、蔬菜1.3億噸，如果以每公斤1元計算，那么可以導(dǎo)致達(dá)千億元的經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計，國際物流損耗率百分之五左右，而我國則超過百分之十。另外與國外物流發(fā)展較成熟國家對比，美國、日本綜合冷鏈流通率達(dá)到百分之九十、百分之九十八，而我國百分之二十左右。顯而易見，由于冷鏈物流落后，生鮮果蔬保鮮質(zhì)量不高等原因，使得我國生鮮果蔬國際貿(mào)易中缺乏優(yōu)勢。鑒于上述我國冷鏈物流的不足，本文以農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)作為研究對象，利用耗散結(jié)構(gòu)理論分析其成長動力要素的作用機(jī)理，把握其成長與發(fā)展的規(guī)律，為冷鏈物流行業(yè)和相關(guān)政府機(jī)構(gòu)制定決策提供參考意見。

2 農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)耗散結(jié)構(gòu)分析

農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)具備耗散結(jié)構(gòu)是其成長和發(fā)展的基本條件，以下將從遠(yuǎn)離平衡態(tài)、開放性、非線性、漲落等四個方面來探討農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)耗散結(jié)構(gòu)特征。

2.1 遠(yuǎn)離平衡態(tài)

在耗散結(jié)構(gòu)理論中，平衡態(tài)是指整個系統(tǒng)呈現(xiàn)出均勻、單一的特點(diǎn)，不存在物理量的宏觀流動，是一種混亂無序的狀態(tài)。對于農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)，遠(yuǎn)離平衡態(tài)的特征主要包括多種冷鏈物流功能和復(fù)雜的冷鏈結(jié)構(gòu)。冷鏈物流功能包括生鮮農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)地預(yù)冷、初加工、冷庫保鮮，冷鏈流通等等；冷鏈結(jié)構(gòu)是指物流服務(wù)供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)，比如一對一、一對二、多對多的物流服務(wù)供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)。

2.2 開放性

農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)是社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中一個重要子系統(tǒng)，且與外部環(huán)境系統(tǒng)存在大量物質(zhì)、信息、能源交換，一方面表現(xiàn)為外部環(huán)境的高新技術(shù)應(yīng)用影響冷鏈物流運(yùn)作效率和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量，以及國家相關(guān)政策對冷鏈物流行業(yè)的支持等，如今年2017年6月財政部、商務(wù)部聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于中央財政支持冷鏈物流發(fā)展的工作通知》，對相關(guān)冷鏈項(xiàng)目建設(shè)給予資金支持；另一方面冷鏈物流可以向外部環(huán)境輸出農(nóng)副產(chǎn)品，滿足社會的需要。開放性是農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)形成耗散結(jié)構(gòu)的必要條件。

2.3 非線性

農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)內(nèi)存在大量的非線性關(guān)系，在內(nèi)外因素的作用下，各組成部分彼此制衡，又彼此協(xié)作，且一個因素的變化會受到其他多個因素綜合作用。農(nóng)產(chǎn)品保鮮度的提高不僅需要系統(tǒng)內(nèi)冷鏈各個環(huán)節(jié)相互作用，還需要吸收外部環(huán)境保鮮技術(shù)、資金等資源。因而在非線性的相互作用機(jī)制下，農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)才持續(xù)地向更高級有序的方向發(fā)展和完善。

2.4 漲落

漲落是農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)演化的驅(qū)動力。無論是在農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)內(nèi)部，還是農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)外部，都存在漲落，即內(nèi)漲落和外漲落。當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到演化臨界值，有些漲落在內(nèi)部或外部因素（如食品安全事故、國家對冷鏈政策傾向等因素）影響下，通過系統(tǒng)內(nèi)非線性作用快速放大，形成巨漲落，實(shí)現(xiàn)推進(jìn)農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)朝有序的方向發(fā)展。

3 農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)的耗散結(jié)構(gòu)模型

以上從遠(yuǎn)離平衡態(tài)、開放性、非線性、漲落等方面，定性地分析了農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)構(gòu)成耗散結(jié)構(gòu)的條件。但是系統(tǒng)能否最終形成耗散結(jié)構(gòu)，朝更高級方向有序演化發(fā)展，還有賴于系統(tǒng)是否具備失穩(wěn)的條件，即從定量的角度去衡量和判斷系統(tǒng)演化的臨界值。

本文使用布魯塞爾器（Brusselator）分析農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)的非平衡演化情況。即：

Ak1X（1）

B+Xk2Y+D（2）

2X+Yk33X（3）

Xk4E（4）

上述模型中：A表示系統(tǒng)發(fā)展的內(nèi)部環(huán)境，比如冷鏈資金投入力度、先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用水平、技能人才規(guī)模等等；B表示系統(tǒng)發(fā)展的外部環(huán)境（主要包括相關(guān)政策支持力度、生鮮食品市場需求量、當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展水平等等）；D表示系統(tǒng)運(yùn)作的整體效益；E表示冷鏈物流系統(tǒng)市場競爭力；X和Y表示系統(tǒng)運(yùn)作的狀態(tài)變量，其中X看作系統(tǒng)的產(chǎn)品質(zhì)量，Y看作為冷鏈?zhǔn)称肥袌鲂枨笠?guī)模；Ki表示作用的速率（i=1，2，3，4）。

從以上式（1）至式（4），我們可以發(fā)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)的朝結(jié)構(gòu)有序方向發(fā)展依賴于系統(tǒng)的內(nèi)部環(huán)境和外部環(huán)境（系統(tǒng)的內(nèi)熵和外熵），在內(nèi)外因素作用驅(qū)動下，通過農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)反饋和自適應(yīng)機(jī)制，促使農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)有序演化。

在以上分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)簡單巨系統(tǒng)建模方法，建立冷鏈物流系統(tǒng)狀態(tài)變量X和Y微分動力學(xué)方程，來闡述冷鏈物流系統(tǒng)演化過程。

dXdt=k1A-k2BX+k3X2Y-k4X

dYdt=k2BX-k3X2Y（5）

為簡化計算，令式（5）中所有系數(shù)為1，即k1=k2=k3=k4，則：

dXdt=A-BX+X2Y-X

dXdt=dYdt=0（6）

令dXdt=dYdt=0，得到Brusselator模型的定態(tài)解：

X0=A；Y0=AB

為了探尋農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)演化狀態(tài)能否趨向耗散結(jié)構(gòu)，即上述定態(tài)解（X0=A；Y0=AB）在什么情況下失穩(wěn)，往往先借助穩(wěn)定性分析得出冷鏈物流系統(tǒng)失穩(wěn)點(diǎn)，然后探尋冷鏈物流系統(tǒng)能否向耗散結(jié)構(gòu)過渡。因此，通過所構(gòu)建Brusselator模型，對上述點(diǎn)（X0=A，Y0=AB）進(jìn)行穩(wěn)定性分析的特征方程為：

λ2-（B-1-A2）λ+A2=0（7）

系統(tǒng)的特征值為：

λ1，2=12（π±π2-4A2），其中令π=B-1-A2。

系統(tǒng)的穩(wěn)定性依賴于B-1-A2，其中A，B為系統(tǒng)的控制參數(shù)，同時還可以得出，A的大小對系統(tǒng)穩(wěn)定性更為重要，即系統(tǒng)的內(nèi)部環(huán)境（資金、技術(shù)、人才）。根據(jù)以上系統(tǒng)特征值，可以得到以下結(jié)論：

當(dāng)B<1+A2時，特征方程具有負(fù)實(shí)部的共軛復(fù)根，隨著時間的增長，在定態(tài)點(diǎn)附近的增量收斂且極限為0，（X，Y）趨近于不動點(diǎn)，定態(tài)解（X0=A，Y0=AB）為吸引中心，從不同初始狀態(tài)開始的運(yùn)動軌跡最后都回歸原始均勻態(tài)，系統(tǒng)將會處于均勻、無序、穩(wěn)定的狀態(tài)。這表明農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)發(fā)展的外部環(huán)境的發(fā)展水平較低，此時系統(tǒng)處于無序、穩(wěn)定的狀態(tài)。我國物流發(fā)展初期，社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較低，國家基礎(chǔ)建設(shè)不完善，信息化普及率水平低，制約冷鏈物流的發(fā)展，同時由于物質(zhì)生活比較匱乏，人們關(guān)注更多的是生活物質(zhì)的數(shù)量，滿足人們的基本需求。從系統(tǒng)內(nèi)部環(huán)境而言，冷鏈物流基礎(chǔ)設(shè)施投資額巨大，且運(yùn)營成本很高，同時也需要應(yīng)用成熟有效的冷鏈技術(shù)，以及大量且熟練的專業(yè)性人才，因此資金投入、技術(shù)投入和人才投入等三個方面制約著我國冷鏈物流初期的發(fā)展。

當(dāng)B>1+A2時，有一個特征根的實(shí)部變?yōu)檎龜?shù)，特征方程具有正實(shí)部的共軛復(fù)根，點(diǎn)（X0=A，Y0=AB）不再穩(wěn)定了，熱力學(xué)分支失穩(wěn)，運(yùn)動軌線向外發(fā)散，狀態(tài)變量X（t）與Y（t）隨著系統(tǒng)的發(fā)展將會發(fā)生變化。這表明外部環(huán)境的發(fā)展，為冷鏈物流系統(tǒng)演化提供了動力，促進(jìn)系統(tǒng)失穩(wěn)。近年來，經(jīng)濟(jì)社會對冷鏈物流的需求大幅度增加，為了促進(jìn)冷鏈物流發(fā)展，我國出臺了一系列的相關(guān)政策，比如，2014年10月，國務(wù)院印發(fā)《物流業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2014年-2020年）》?！兑?guī)劃》指出，要加強(qiáng)鮮活農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流設(shè)施建設(shè)，形成重點(diǎn)品種農(nóng)產(chǎn)品物流集散中心，提升批發(fā)市場等重要節(jié)點(diǎn)的冷鏈設(shè)施水平，完善冷鏈物流網(wǎng)絡(luò)。2016年國務(wù)院出臺的《“互聯(lián)網(wǎng)+”高效物流實(shí)施意見》中，也明確鼓勵建設(shè)低耗節(jié)能型冷庫，切實(shí)解決好農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)城“最初一公里”配送難題。除此之外，國家交通基礎(chǔ)建設(shè)逐漸完善，互聯(lián)網(wǎng)普及，使得物流主體企業(yè)間交易更為頻繁和便捷，另外，隨著物質(zhì)生活水平的提高，人們更加注重食品的質(zhì)量，對高質(zhì)量生鮮品需求越來越大。因此，內(nèi)外環(huán)境因素為農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)的演化提供了條件，促進(jìn)向新的有序結(jié)構(gòu)演化。

另外可以發(fā)現(xiàn)，農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)能否朝有序結(jié)構(gòu)演化，依賴于定態(tài)解（X0=A，Y0=AB）在什么情況下失穩(wěn)，即依賴于條件B>1+A2。令π（A，B）=B-1-A2，可以看出A因素與π成非線性關(guān)系，對π的變化影響程度更大，因此，A因素是關(guān)鍵因素，即在系統(tǒng)演化過程中，內(nèi)因是關(guān)鍵。

4 農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)協(xié)同演化過程分析

在冷鏈物流演化過程中，即從定態(tài)（X0，Y0）躍遷到另一個定態(tài)（X1，Y1）需要經(jīng)歷競爭→協(xié)作→協(xié)調(diào)→協(xié)同演化過程，處在不同階段具有不同的狀態(tài)。

4.1 競爭階段

當(dāng)B<1+A2時，農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)處于均勻、無序、穩(wěn)定的狀態(tài)。即農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)中的各個成員企業(yè)不是合作伙伴關(guān)系，彼此作為市場的競爭對手，在價格、市場策略、提高各自的客戶群體、培養(yǎng)客戶的忠誠度等方面相互競爭，以提高各自冷鏈企業(yè)的最大利潤。

4.2 協(xié)作階段

當(dāng)B=1+A2時，即系統(tǒng)通過某些內(nèi)外因素的作用下達(dá)到臨界點(diǎn)，在漲落的作用下開始從競爭關(guān)系發(fā)展到初級的合作關(guān)系，此時農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)初具輪廓。在協(xié)作階段，企業(yè)與企業(yè)在某些領(lǐng)域進(jìn)行簡單的合作，合作的收益比獨(dú)自提供冷鏈物流服務(wù)獲得的收益更大。這種協(xié)作程度不高，企業(yè)與企業(yè)未實(shí)現(xiàn)長期、持久的合作關(guān)系，因此整個系統(tǒng)的冷鏈物流效率還是較慢。隨著內(nèi)外部環(huán)境因素的強(qiáng)化，達(dá)到B>1+A2，此時合作領(lǐng)域范圍逐漸擴(kuò)大，合作不斷深化，農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)開始從協(xié)作階段→協(xié)調(diào)方向發(fā)展。否則系統(tǒng)內(nèi)部企業(yè)合作中斷，系統(tǒng)將返回到競爭階段。

4.3 協(xié)調(diào)階段

在內(nèi)外部環(huán)境因素的作用下，合作不斷的深化，仍然存在B>1+A2。在協(xié)調(diào)階段，系統(tǒng)向有序的方向發(fā)展。此時的農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)合作的廣度和深度比協(xié)作階段有進(jìn)一步的提高，系統(tǒng)產(chǎn)生了自適應(yīng)的規(guī)章制度并進(jìn)行了有效運(yùn)作。否則系統(tǒng)將退回到協(xié)作階段，甚至競爭階段。

4.4 協(xié)同階段

隨著冷鏈物流系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展，系統(tǒng)整體熵小于零，成員企業(yè)在實(shí)際操作、企業(yè)慣例、文化方面磨合成功，系統(tǒng)達(dá)到另一個定態(tài)點(diǎn)（X1，Y1），這說明了農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)完成了從無序到有序，從低級有序到高級有序的演化過程。進(jìn)入?yún)f(xié)同階段的系統(tǒng)，在運(yùn)作過程中銜接更加緊密，矛盾逐漸消除，成員企業(yè)間的關(guān)系更為融洽，這說明新的有序結(jié)構(gòu)開始形成，從而相應(yīng)地也產(chǎn)生了新的秩序和制度，系統(tǒng)成員在新的秩序、制度下，完成系統(tǒng)賦予的任務(wù)。此時的農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)，除了優(yōu)化配置系統(tǒng)的資源能力，如何產(chǎn)生“1+1>2”效應(yīng)，還持續(xù)保持適應(yīng)外部市場環(huán)境變化。隨著內(nèi)外部環(huán)境的改變，在運(yùn)作過程中，冷鏈系統(tǒng)一些舊秩序無法匹配新的環(huán)境，導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)沖突，不和諧，隨著系統(tǒng)內(nèi)部熵的增加，需要外部熵流入系統(tǒng)，在漲落的作用機(jī)制下，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到臨界值B=1+A2，此時系統(tǒng)開始向更高級有序系統(tǒng)演化發(fā)展。

5 結(jié)論

進(jìn)入二十一世紀(jì)，我國存在冷鏈物流服務(wù)的供給與冷鏈物流的需求在質(zhì)量和數(shù)量不相匹配的問題，鑒于此，發(fā)展生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流，符合我國實(shí)際基本情況，并且任重而道遠(yuǎn)。本文以農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)作為研究對象，首先探討和剖析該系統(tǒng)形成耗散結(jié)構(gòu)的基本條件。在此基礎(chǔ)上，以布魯塞爾器（Brusselator）作為主要研究工具構(gòu)建了農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)發(fā)展演化模型，并得到Brusselator模型的定態(tài)解，認(rèn)為農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)能否向有序結(jié)構(gòu)演化，即取決于條件因素A，B大小，即農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)內(nèi)部環(huán)境（資金、技術(shù)、人才綜合投入水平），以及系統(tǒng)的客觀外部環(huán)境；在農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)朝有序結(jié)構(gòu)發(fā)展過程中，將會經(jīng)歷競爭，協(xié)作，協(xié)調(diào)，協(xié)同等四個階段，并分析每個階段的特征和條件。通過本文分析有助于把握農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流系統(tǒng)成長與發(fā)展的規(guī)律，對農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流企業(yè)和相關(guān)政府職能部門在制定決策時提供參考。

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