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耗散结构理论概说

(2014-02-07 15:34:16)
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科学理论

    耗散结构是指一个远离平衡状态的开放系统,由于不断和外环境交换能量物质和熵而能继续维持平衡的结构,对这种结构的研究,解释了自然界许多以前无法解释的现象。

      耗散结构一词由比利时物理学家、化学家普里高津发明。普里高津创立了耗散结构理论,研究一个系统从混沌无序向有序转化的机理、条件和规律的科学,他为此曾获1977年诺贝尔化学奖,但他的研究结果迄今仍不是学术界公认的完整理论。

      以前的物理理论认为,只有能量最低时,系统最稳定,否则系统将消耗能量,产生熵,而使系统不稳定。耗散结构理论认为在高能量的情况下,开放系统也可以维持稳定。例如生物体,以前按照热力学定律,是一种极不稳定的结构,不断地产生熵而应自行解体,但实际是反而能不断自我完善。其实生物体是一种开放结构,不断从环境中吸收能量和物质,而向环境放出熵,因而能以破坏环境的方式保持自身系统的稳定。城市也是一种耗散结构。

      比利时的普里戈金从研究偏离平衡态热力学系统的输送过程入手,深入讨论离开平衡态不远的非平衡状态的热力学系统的物质、能量输送过程,即流动的过程,以及驱动此过程的热力学力,并对这些流动和力的线性关系做出了定量描述,指出非平衡系统(线性区)演化的基本特征是趋向平衡状态,即熵增最小的定态。这就是关于线性非平衡系统的“最小熵产生定理”,它否定了线性区存在突变的可能性。

      普里戈金在非平衡热力学系统的线性区的研究的基础上,又开始探索非平衡热力学系统在非线性区的演化特征。在研究偏离平衡态热力学系统时发现,当系统离开平衡态的参数达到一定阈值时,系统将会出现“行为临界点”,在越过这种临界点后系统将离开原来的热力学无序分支,发生突变而进入到一个全新的稳定有序状态;若将系统推向离平衡态更远的地方,系统可能演化出更多新的稳定有序结构。普里戈金将这类稳定的有序结构称作“耗散结构”。从而提出了关于远离平衡状态的非平衡热力学系统的耗散结构理论(1969年)。

       耗散结构理论指出,系统从无序状态过渡到这种耗散结构有几个必要条件,一是系统必须是开放的,即系统必须与外界进行物质、能量的交换;二是系统必须是远离平衡状态的,系统中物质、能量流和热力学力的关系是非线性的;三是系统内部不同元素之间存在着非线性相互作用,并且需要不断输入能量来维持。   

      在平衡态和近平衡态,涨落是一种破坏稳定有序的干扰,但在远离平衡态条件下,非线性作用使涨落放大而达到有序。偏离平衡态的开放系统通过涨落,在越过临界点后“自组织”成耗散结构,耗散结构由突变而涌现,其状态是稳定的。耗散结构理论指出,开放系统在远离平衡状态的情况下可以涌现出新的结构。地球上的生命体都是远离平衡状态的不平衡的开放系统,它们通过与外界不断地进行物质和能量交换,经自组织而形成一系列的有序结构,可以认为这就是解释生命过程的热力学现象和生物的进化的热力学理论基础之一。

      在生物学,微生物细胞是典型的耗散结构。在物理学中典型的例子是贝纳特流。广义的耗散结构可以泛指一系列远离平衡状态的开放系统,它们可以是力学的、物理的、化学的、生物学的系统,也可以是社会的经济系统。耗散结构理论的提出,对于自然科学以至社会科学,已经产生或将要产生积极的重大影响。耗散结构理论促使科学家特别是自然科学家开始探索各种复杂系统的基本规律,开始了研究复杂性系统的攀登。   

      远离平衡态的开放系统,通过与外界交换物质和能量,可能在一定的条件下形成一种新的稳定的有序结构。典型的例子是贝纳特流,在一扁平容器内充有一薄层液体,液层的宽度远大于其厚度,从液层底部均匀加热,液层顶部温度亦均匀,底部与顶部存在温度差。当温度差较小时,热量以传导方式通过液层,液层中不会产生任何结构。但当温度差达到某一特定值时,液层中自动出现许多六角形小格子,液体从每个格子的中心涌起、从边缘下沉,形成规则的对流。从上往下可以看到贝纳特流形成的蜂窝状贝纳特花纹图案。这种稳定的有序结构称为耗散结构。类似的有序结构还出现在流体力学、化学反应以及激光等非线性现象中。

      耗散结构的特征是:   

      一、存在于开放系统中,靠与外界的能量和物质交换产生负熵流,使系统熵减少形成有序结构。耗散即强调这种交换。对于孤立系统,由热力学第二定律可知,其熵不减少,不可能从无序产生有序结构。   二、保持远离平衡态。贝纳特流中液层上下达到一定温度差的条件就是确保远离平衡态。   

      三、系统内部存在着非线性相互作用。在平衡态和近平衡态,涨落是一种破坏稳定有序的干扰,但在远离平衡态条件下,非线性作用使涨落放大,达到有序。

      比利时的普里高津、德国的哈肯、日本的久保—铃木学派等对远离平衡态的耗散结构理论的建立与发展作出重要贡献。但理论尚属初级阶段,有待于发掘新的概念、规律和数学工具。耗散结构理论已用于研究流体、激光等系统、核反应过程,生态系统中的人口分布,环境保护问题,乃至交通运输、城市发展,人文社会等课题。

      开放系统。开放系统是产生耗散结构的前提,耗散结构理论强调系统的开放性,对于一个企业而言,“开放”是至关重要的,它需要与外界环境永不间断地交换比如它需要采购外界生产资料,从外界购进先进的技术设备,企业需要受到国家法律法规及政策的制约,需要受到工商局的监督,受到税务部门的审核并按时纳税;另外,为了正常赢利和发展,企业需要时刻关注同类产品市场中的竞争对手,从而采取相应的竞争策略,企业需要以各种途径了解消费群体,与之发生有效沟通,从而采取相应的营销策略;企业需要搞自身形象设计(CI),通过广告宣传,让更多的人了解自己,从而增加自身品牌的受众等等。   

      整个企业的发展过程都在与外界发生着物质、信息的交换,从采购到生产再到营销,无一不显露出作为系统看待的一个企业对外界开放是至关重要的。因此可以看出耗散结构理论中的“开放性”思想对一个企业的管理起到宗旨性指引作用。

      耗散结构理论强调非平衡态是有序之源。这一点也明显的体现在企业发展的过程中,比如,中国各地推行“裁员增效”,提出“竞争上岗机制”,那么这种“竞争”就是一种非平衡态,具体体现在企业内部,它也是存在的,工作人员为了获得更高的工资或使自己级别职称得到提升,会更加积极地努力,扩充自己的知识,提高自己的业绩。最终会使企业的整体生产效率得到提高。另外,企业对其生产产品的定价管理也是一种非平衡态,当受外界市场的影响,产品价格相对过高而不占优势时,企业就不得不将其价格降低,并达到一种临时性的相对稳定。   

      耗散结构理论提出涨落导致有序的观点。它强调系统中某个微小的变化会带来大的结果性偏差,这体现在营销管理中称之为“马鞭效应”。比如,在“禽流感”突如其来之时,全国上下一片哗然,大量禽、蛋类产品出现滞销,那么作为一个禽类养殖企业,就会宰杀并囤积大量家禽,并投资引进清洁设备,实施裁员增效,有的甚至由于资金不能顺利周转而纷纷倒闭。作为这些企业的管理者,完全应该在亚洲出现“禽流感”首例事件时就能预见到这样的后果,并及时采取措施——低价抛售所有禽类并发展养猪或养牛等第二行业。这便是“涨落导致有序”给人们在管理过程中的提示。另外,又比如一个生产企业,它期初对一种产品的营销组合是这样的:价格策略采用撇油定价法,进行高定价策略;渠道策略采用包含批发商、零售商在内的中间商进行拓展渠道;促销策略采用大量投放广告,提高产品及公司的知名度。当发展一段时间后,企业发现本产品的价格在市场上不具有竞争力,需要降低时,其营销组合中各要素都要发生相应的变化,从而才能适应市场的需求,价格策略变成低价策略;渠道策略改用直销方式;促销策略采用推销人员上门推销方式,并取消广告投入,从而使得营销组合形成一种新的稳定状态。

      因此,“涨落导致有序”告诉人们系统中的任何一个元素都有可能随时发生变化,而且任一元素的微小变化都能使得整个系统中的其它元素发生变化,并最终形成一个新的相对稳定状态。具体反映在企业管理中,管理者应该重视发生在企业中的任何意外和变化,并及时采取措施,对相应问题进行整体性宏观调整,从而能够维持企业稳定地发展。

      企业管理竞争力的评价指标是耗散结构理论的间接实践应用。适当的指标体系是进行准确评价的关键。对要素的层面做进一步详尽分析,参照企业绩效评价理论,并结合中国企业的特点,建立较为客观的企业管理竞争力评价指标。整套体系既有定量化内容,也有定性分析,从不同角度、不同方面考察管理竞争力的现状,帮助企业找到管理的薄弱环节,为有效提高企业综合竞争力奠定基础。

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