高技術(shù)服務(wù)業(yè)與裝備制造業(yè)的耦合熵模型及運(yùn)行機(jī)制

史一鳴， 包先建

（安徽工程大學(xué) 管理工程學(xué)院，安徽 蕪湖 241000）

0 引 言

目前，基于高技術(shù)服務(wù)業(yè)與裝備制造業(yè)耦合系統(tǒng)的研究還不夠系統(tǒng)和深入，相關(guān)的研究成果主要集中在生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)與制造業(yè)耦合關(guān)系的研究、生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)與裝備制造業(yè)耦合度的研究、科研技術(shù)服務(wù)對(duì)制造業(yè)的支撐作用的研究、技術(shù)關(guān)聯(lián)下生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)與制造業(yè)的研發(fā)博弈等。基于此，文中將系統(tǒng)科學(xué)中的熵做了延伸，試圖建立高技術(shù)服務(wù)業(yè)－裝備制造業(yè)耦合系統(tǒng)間的耦合熵模型。利用耦合熵模型來分析高技術(shù)服務(wù)業(yè)－裝備制造業(yè)耦合系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制，找出提高系統(tǒng)耦合度的方法。

1 高技術(shù)服務(wù)業(yè)－裝備制造業(yè)耦合熵模型的建立

1.1 耦合運(yùn)行機(jī)制的基本假設(shè)

文中主要研究高技術(shù)服務(wù)業(yè)－裝備制造業(yè)系統(tǒng)的耦合問題，在這一過程中，主要運(yùn)用了耗散和突變的相關(guān)理論。為了方便分析，在建立耦合熵模型之前首先要提出兩點(diǎn)基本假設(shè)：

1）將高技術(shù)服務(wù)業(yè)－裝備制造業(yè)耦合系統(tǒng)看作一個(gè)不斷與外界進(jìn)行物質(zhì)能量和信息交換的開放系統(tǒng)，并且其內(nèi)部存在著若干的子系統(tǒng)；

2）高技術(shù)服務(wù)業(yè)－裝備制造業(yè)耦合系統(tǒng)內(nèi)部以及內(nèi)部和其外部環(huán)境之間存在著非線性關(guān)系。

1.2 耦合熵模型的建立

“熵”一詞西文源自希臘語，意思是“變化”，表示變化的容量，1956年由德國物理學(xué)家克勞修斯創(chuàng)立。他在《熱之唯動(dòng)說》一書里，將其引入熱力學(xué)中，用熵來度量物質(zhì)系統(tǒng)中能量的衰竭程度［1］。1870年波爾茲曼在分子運(yùn)動(dòng)論的基礎(chǔ)上通過研究發(fā)現(xiàn)：熵的狀態(tài)函數(shù)需滿足對(duì)數(shù)關(guān)系［2］，即：

式中：KB——波爾茲曼常數(shù)；

W——熱力學(xué)的幾率或微觀態(tài)。

等概率條件假定下的第i個(gè)微觀態(tài)的出現(xiàn)概率應(yīng)該是pi＝1／W，于是可將式（1）改寫為：

由式（1）和式（2）可以推導(dǎo)出耦合熵的計(jì)算式，其中，耦合熵產(chǎn)生或熵流來源于高技術(shù)服務(wù)業(yè)－裝備制造業(yè)耦合系統(tǒng)中各個(gè)因素的耦合因子，Pi出現(xiàn)概率（即Sj因素m 的表現(xiàn)狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的出現(xiàn)概率）滿足：

于是得到了耦合熵的計(jì)算式為：

耦合熵系數(shù)KB是各系統(tǒng)與各耦合因子相互作用產(chǎn)生的熵值Sj，是一個(gè)常量，在這里和物理學(xué)中的玻爾茲曼常數(shù)一樣。對(duì)于權(quán)重Kj的確定方法，由于高技術(shù)服務(wù)業(yè)－裝備制造業(yè)耦合系統(tǒng)的發(fā)展缺乏統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，所以文中選用主觀賦權(quán)法。

普里戈金的耗散結(jié)構(gòu)是指一個(gè)遠(yuǎn)離平衡狀態(tài)的開放系統(tǒng)，由于不斷和外環(huán)境交換能量物質(zhì)和熵而能繼續(xù)維持平衡的結(jié)構(gòu)。封閉系統(tǒng)中任何不可逆過程都會(huì)導(dǎo)致熵的增加，只有在可逆過程熵才是不變的［3－5］。文中研究的是熵的增量，這一部分的熵流是系統(tǒng)與外界進(jìn)行物質(zhì)能量、信息交流中產(chǎn)生的，它可為正、負(fù)或零。用dS表示高技術(shù)服務(wù)業(yè)－裝備制造業(yè)耦合系統(tǒng)的熵增加，deS表示系統(tǒng)與外界交換中的熵流導(dǎo)致的耦合熵的增加和減少，diS表示系統(tǒng)的不可逆熵產(chǎn)生，恒有：diS≥0，于是有：

即耦合熵的總增量等于高技術(shù)服務(wù)業(yè)-裝備制造業(yè)耦合系統(tǒng)不可逆的熵增加和熵流帶來的熵增或熵減的算術(shù)和［6－10］。

2 耦合熵作用下系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制分析

在高技術(shù)服務(wù)業(yè)－裝備制造業(yè)耦合系統(tǒng)形成初期階段，系統(tǒng)處于偏離平衡的無序狀態(tài)，此時(shí)的耦合熵S相當(dāng)高，而且系統(tǒng)總的熵增加dS＞0，熵流為正，說明各外因素還沒對(duì)耦合系統(tǒng)產(chǎn)生利好影響，同時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)部又不斷產(chǎn)生熵，所以由普里戈金的平衡方程知系統(tǒng)此時(shí)處于高熵的狀態(tài)，有dS＞0。

高技術(shù)服務(wù)業(yè)與裝備制造業(yè)耦合系統(tǒng)運(yùn)行過程如圖1所示。

圖1 高技術(shù)服務(wù)業(yè)與裝備制造業(yè)耦合系統(tǒng)運(yùn)行過程

隨著系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展，耦合程度逐漸提高，外界因素開始對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生利好并影響產(chǎn)生負(fù)的熵流，但此時(shí)影響力量還很小，一般情況下不能完全抵消系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的熵值，仍然dS＞0，但總熵的增長速度開始放緩。隨著耦合程度的進(jìn)一步提高，出現(xiàn)＜狀態(tài)，總熵S開始負(fù)增長進(jìn)入系統(tǒng)耦合a－b 突變的過程［11］。如圖2所示。

圖2 高技術(shù)服務(wù)業(yè)與裝備制造業(yè)耦合系統(tǒng)運(yùn)行軌跡（突變階段）

圖2就是高技術(shù)服務(wù)業(yè)－裝備制造業(yè)耦合系統(tǒng)無序狀態(tài)→耦合狀態(tài)→無序狀態(tài)→耦合狀態(tài)的過程，該路徑為螺旋的循環(huán)軌跡［12－14］。圖中橫軸表示熵減，縱軸表示高技術(shù)服務(wù)業(yè)裝備制造業(yè)耦合系統(tǒng)的耦合度由低到高的變化，曲線S是系統(tǒng)螺旋循環(huán)的路徑。從圖2可以看出，當(dāng)階段曲線ca剛越過閥值點(diǎn)a時(shí)，細(xì)小的變化被高熵系統(tǒng)放大，進(jìn)而在新的宏觀態(tài)下達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，在ca越過了a后，系統(tǒng)進(jìn)入無序狀態(tài)，并在a附近發(fā)生突變躍往b點(diǎn)，開始進(jìn)入系統(tǒng)演化的新過程。

3 結(jié) 語

高技術(shù)服務(wù)業(yè)－裝備制造業(yè)耦合系統(tǒng)會(huì)由于外界因素的擾動(dòng)影響產(chǎn)生突變。綜上分析，從理論上講，該系統(tǒng)的耦合度水平可以通過適當(dāng)?shù)耐獠扛深A(yù)作用于閥值點(diǎn)來進(jìn)行主觀引導(dǎo)，借助這一方法來創(chuàng)造促進(jìn)系統(tǒng)趨向高耦合的環(huán)境，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)涌現(xiàn)。但是由于漲落放大存在多重結(jié)果，故閥值干預(yù)的突變選擇機(jī)制很難控制。在今后的研究過程中，希望能找到合理的方法來解決這一難題。

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