區域物流系統發展的負熵機理及狀態模型

張中強

（徐州工程學院管理學院，江蘇徐州221008）

區域物流系統發展的負熵機理及狀態模型

張中強

（徐州工程學院管理學院，江蘇徐州221008）

文章首先界定了區域物流系統，把區域物流系統的組成要素分為物流基礎、經濟基礎、基礎環境。接著，運用協同學知識，分析了區域物流系統的負熵機理，并認為：要使區域物流系統驅向協同發展方向，必須使系統流出的熵大于流入的熵，即使系統獲得負熵流，從而使系統的總熵下降，避免系統熵增加，導致系統出現無序狀態。在此基礎上，構建了區域物流協同狀態模型，并介紹了模型的作用。

區域物流系統；負熵機理；狀態模型

1 區域物流系統的構成

根據一般系統論，可以把區域物流系統的組成要素分為以下幾個部分。具體組成如圖1：

在影響區域物流發展的要素中，物流基礎是在一定區域內，利用一定運載工具、在一定物流網絡中為該區域提供人和物位移服務的系統。該子系統主要包括行使人和物位移服務的載體，以及行使這些載體活動的人、財、物等子系統組成。一定的物流基礎是該區域物流的物資位移服務的載體基礎。

經濟基礎是人們利用資源在一定地域上進行物質資料生產、流通、分配和消費活動時價值創造的總和。一定的經濟基礎是該區域物流的物資位移服務的物質基礎。

基礎環境是人類周圍一切物質、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，意識形態，精神氣質等等，這主要包括政府管理部門的管理服務水平，人們的市場意識、法律意識、規則意識等認識水平。

2 區域物流系統發展的負熵機理

區域物流系統是一個非平衡的開放系統，運用協同學的理論和方法可以研究區域物流系統內部的協同關系，即物流基礎、經濟基礎、基礎環境子系統發展的動態分析，從而使區域物流系統的各個子系統進一步轉化為客觀有序的狀態。

在區域物流系統發展中，分別將物流基礎系統定為Lg，經濟基礎系統為Ec，基礎環境子系統En，因此從系統要素構成看，區域物流發展系統是物流基礎、經濟基礎和基礎環境三個子系統的組成的相互聯系、相互依存的統一整體。

上述分析，物流基礎子系統是區域物流發展的主體，經濟基礎子系統是區域物流發展的實物流主體，沒有物流，經濟基礎創造的物質商品無法有效地送達需要的社會團體及個人手中，就無法有效滿足人類物質生活的需要，而沒有經濟基礎系統，區域物流的物質載體及物流基礎系統就會變成無水之渠，而上面兩個子系統的有效運行，必須有一個良好的柔順的社會等外部環境為基礎。因此一個區域物流的發展必須是在一個良好的基礎環境下。物流基礎子系統與經濟基礎子系統的協調、同步的協同性發展，區域物流中的每一個子系統都是多因素、多結構、多變量的系統，都包含著極具復雜的關聯關系的要素，各構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域物流發展的過程和演進方向。隨著時間的推移，各子系統會發生不斷變化，向著更高一層的階段演化，在各子系統的不斷演化中，它們之間的相互作用強度也會跟著發生變化，這種作用機制的變化，可用行為矩陣來定量描述。

當i=j時，hij表示區域物流各子系統單位水平或投資下的狀態和性質，當時，hij表示區域物流系統中j系統i子系統的影響系數，矩陣元素hij將隨著時間的推移而變化。而在較短時間內，可將hij視為確定常數，通過對已有的區域的物流基礎、經濟基礎及基礎環境各系統的分析，采用一定的數學模型計算可獲得。如果用列向量M表示在某一時刻t某一區域區域物流的行為活動水平，可以是深度、廣度等。其分量m1，m2，m3，分別表示區域物流系統中，各子系統的發展和投資水平，它們體現該區域發展政策與發展條件，則B=H*M表示各子系統在發展政策干預下發展狀態性質，M=[m1,m2,m3]T。

之前的分析，是基于系統內部各子系統之間的相互作用，相互聯系的基礎上。而區域物流協同發展系統是一個開放性系統，所以要將區域物流與外界聯系起來進行分析。區域物流系統運行過程實質是物持、能量和信息的交互過程，即從外獲取信息、技術、資金、能量并向外界提供產品及相關服務。這種物質、能量和信息的交換過程充分體現了區域物流的系統開放性。

熵的概念源于熱力學，熱力學第一定律描述了能量守恒與轉換的定律，它的核心概念是能量的。熱力學第二定律描述了自然廣泛存在的不可逆現象。但是它缺少一個像能量這樣的量度。為此，德國物理學家克勞修斯于1865年提出了熱力學熵的概念。熱力學熵類似能量，但又不同于能量，并認為熵和熱一樣，體現了系統內部的離散傾向。從熱力學觀點看，系統熵的變化ds與系統的溫度T和熱量變化dQ之間有如下關系：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，對熵的本質含義還有待于研究。

為了提示熵的本質，特別是它對應的微觀狀態，1872年物流學家玻爾茲曼提出了熵概述的統計解釋：由于熵和玻爾茲曼積分微分議程中H函數只差一個符號，因此可以用它定量地描寫熱力學第二定律，而且在熵和系統微觀狀態數和對數之間存在一定的比例關系。這一關系由美國的吉布斯表述為：

S=Kblogw

Kb－為玻爾茲曼常數

W－為系統微觀的狀態數

顯然可能的微觀狀態數越多，系統內微觀粒子的狀態分布也就越平均，或者說它們可以具有十分不同的運動狀態，這從整體上看就表現為系統內部的十分混亂。可見，熵值的大小可以作系統內部混亂程度的標度。

1948年，申農和維納提出的信息熵概念是對熵概念的一次最深刻的發展。按維納的意見：熵是消息的負對數，它代表了系統與外界進行交換的東西。按申農的理解：熵是像坡爾茲曼H函數一樣表征了消息不確定程度。因此，系統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。信息熵的數學表示式為：

pi―表示狀i出現的概率，當p=1時，S=0，系統只有一種狀態；當p1=p2=…=pn=1/n時，系統熵值很大。

在通信中，系統因接受到了信息而減少或消除了它關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。

對于區域物流系統來說，熵也可視為其一種狀態函數，是混亂無序的程度標志。熵增加意味著系統有序態的破壞，即系統朝著不協同方向發展。把握區域物流系統熵的變化，即可判明系統演替的方向及其進程。區域物流系統內部的熵產生是區域物流協同發展的障礙。

我們定義區域物流系統內的凈熵的積累率ds/dt為系統協同發展的驅動力。如果ds/dt>0系統向退化方向發展，從有序走向無序，即不協同發展；如果ds/dt<0系統向進化方向發展，從無序走向有序，即協同發展。另設des/dt為環境輸入系統的熵流入率，dgs/dt為系統的熵產生率，dos/dt為系統熵流出率。則[dos/dt-des/dt]為系統與環境的熵變換率。根據系統熵產出率和與環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，要使區域物流系統驅向協同發展，即ds/dt<0

則dos/dt-des/dt>dgs/dt

又因系統產生的熵大于零，即則可得dgs/dt>0

dos/dt>des/dt

上式表明，要使區域物流系統驅向協同發展方向，必須使系統流出的熵大于流入的熵。即使系統獲得負熵流，從而使系統的總熵下降，避免系統熵增加，導致系統出現無序狀態。這就是區域物流發展的負熵機理。

3 區域物流的內部協同狀態模型

從貝納德、激光轉變、Zhabotinsky花紋和化學波到生態黨的宏觀結構、社會經濟系統的發展和變化，自組織現象普遍存在著[2,3]。自組織現象具有如下基本特征：

開放性：非平衡熱力學證明了無離熱平衡是發生非平衡相變的必要條件。只有從外界向系統注入能量和（或）物質，維持一定的能流和（或）物質流，系統才能維持平衡態。因此，實現非平衡相變的系統必須是開放的系統。

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

隨機性：根據理論物理的基礎定律，耗散的地方，就必在伴隨著有漲落，使系統呈現隨機性。

用(k1,k2…kn)表示系統的狀態，k1是空間r和時間t的函數，并把n個狀態變量作如下?/?tk=N(α,k,△,r,t)+F(t)的縮寫：(k1,k2…kn)=k，則協同學將處理形如下的運動方程

式中a表示控制參數，表示隨機漲落，根據上述自組織現象的特征可知，子系統的運動議程必須是線性的、含可控參數的隨機偏（或常）微分方程。議程的非線笥是系統合作性的唯一數學表達，而開放系統偏離隨機態“距離”，則由議程中的外參數來調節，方程包含的漲落則是隨機性的數學反映。

支配原理和序參量是協同學的又一重要概念。協同學處理自組織問題的程序大致分為三步，第一步，作線笥穩定性分析，確定穩定模和不穩定模；第二步，使用支配原理水運穩定模，建立序參量議程；第三步，解序參量方程，決定系統的宏觀結構。

具體來說，首先將控制參數調到臨界點，使系統線性失穩，這是系統性質發生急劇變化的前提。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，以便得出物理結論，說明或預言自組織現象。

綜上所述，自組織理論認為，系統運動狀態的改變是由于系統內部非線性相互作用以及子系統的協同作用的結果，外部環境向系統輸入物質和能量。對系統的相變提供了條件，并不能簡單地作為控制作用，系統的有序不是來自外部，而是系統內部自發產生的。正如協同學原理所指出的，系統各部件（子系統）之間相互協調的結果，將使整個系統形成一個微觀個體層次下不存在的新結構和特征。也就是說，可以在宏觀層次上形成某種整體效應或通過自組織方式形成有序的宏觀結構。

設xi（i=1,2…）為反映經濟基礎、物流基礎的狀態變量，由于各狀態變量的單位不同，故對各狀態變量進行無量綱化，設無量綱化后的序列為：相應的一階累加生成序列，則的變化率依賴于：

（1）經濟基礎、物流基礎的內協同效應，即其自身發展結果，記自發展項為

（2）經濟基礎、物流基礎之間外協同效應，即經濟基礎、物流基礎間的協同效應，記協同項為

（3）經濟基礎、物流基礎發展過程中的灰色效應，該作用來源于經濟基礎、物流基礎自身的抑制效應與各要素之間的競爭效應：本文統稱為經濟基礎、物流基礎發展過程中的灰色作用項為

由于在由于在區域物流系統演化的兩個臨界點之間，漲落只是一種干擾，系統本身的穩定機制使漲落總是很容易被衰減，乃至消失，且建立區域物流系統狀態模型的主要目的是找出規定區域物流系統有序程度的序參量，以便在實際工作中充分發揮序參量的作用，加強系統之間的協同效應，促使區域物流系統向更高的有序程度發展，而不是預測區域物流系統何時發生相變或躍遷，因此，本文在建立模型時忽略了漲落的作用。

模型的參數aii,aij,bi即是經濟基礎、物流基礎之間協同與競爭作用大小的衡量，這些參數可以通過應用非線性微分方程色系統建模方法推導得出。通過分析此模型的狀態方程組就可發現:狀態程組哪些狀態變量的弛豫系數為正.哪些狀態變量的弛豫系數為負.通過絕熱近似方法消去弛豫系數為負的狀態變量，剩下的狀態變量就是該系統的慢變量，即序參量。我們還可以采用數值計算方法即四階龍格-庫塔法得出此模型的數值解.然后應用絕熱消去法消去系統的快變量，余下的慢變量就是該系統的序參量.由于方程組中是經過一階累加生成和無量綱化后得到的，因此方程的數值解需要作還原處理，然后得到區域物流內物流基礎與經濟基礎協同發展系統狀態變量的模擬值.這可以對區域物流協同發展過程進行預測。

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

[2]郭治安，沈小峰.協同論[M].太原：山西經濟出版社，1991.

[3]孟昭華.關于協同學理論和方法的哲學依據與社會應用的探討[J].系統辯證學學報，1997,5(2).

F250

A

1002－6487（2011）07－0072-03

江蘇省高校哲學社會科學研究基金項目（09SJD630072）

張中強（1973-），男，江蘇沛縣人，博士，副教授，研究方向：運營與物流管理。

（責任編輯/易永生）