從工程有限元到管理有限元

陳 剛， 王 鈺 睫， 段 斌

(國(guó)電大渡河流域水電開(kāi)發(fā)有限公司，四川 成都 610041)

從工程有限元到管理有限元

陳 剛， 王 鈺 睫， 段 斌

(國(guó)電大渡河流域水電開(kāi)發(fā)有限公司，四川 成都 610041)

從管理科學(xué)的角度看，人類(lèi)社會(huì)正處于一個(gè)嶄新的歷史時(shí)代，即管理時(shí)代。面對(duì)風(fēng)云變幻的內(nèi)外部復(fù)雜形勢(shì)，企業(yè)需要不斷創(chuàng)新，始終保持不竭的活力，才能在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地，才能實(shí)現(xiàn)企業(yè)的不斷發(fā)展和持續(xù)成長(zhǎng)。而企業(yè)創(chuàng)新的關(guān)鍵在于管理創(chuàng)新。從認(rèn)識(shí)論著手，探討研究了企業(yè)管理的內(nèi)涵；借助有限元分析方法，探索以量化管理為基礎(chǔ)，探討了企業(yè)組織結(jié)構(gòu)管理模式和方法，為新形勢(shì)下實(shí)施創(chuàng)新管理奠定了基礎(chǔ)。

管理有限元；量化管理

1 問(wèn)題的提出

1.1 企業(yè)管理的內(nèi)涵

古代中醫(yī)講究“天人合一”，通過(guò)總結(jié)大自然的規(guī)律，將人的身體與大自然進(jìn)行類(lèi)比，采用系統(tǒng)的思想把所有身體的要素組合起來(lái)辨證施治，而不是簡(jiǎn)單的頭痛醫(yī)頭、腳痛醫(yī)腳。企業(yè)的組織中也有很多不同的部門(mén)，就好比人體中有不同的臟器。人體通過(guò)血液的循環(huán)保障每個(gè)臟器的循環(huán)以及身體的正常運(yùn)作，企業(yè)通過(guò)現(xiàn)金流的變化維持管理組織的生存。企業(yè)和人體一樣，都是一個(gè)有機(jī)的整體。企業(yè)管理的復(fù)雜問(wèn)題，也可以參考中醫(yī)的系統(tǒng)思維來(lái)解決。

從哲學(xué)上講，系統(tǒng)是由相互作用和相互依賴(lài)的若干要素結(jié)合而成的、具有特定功能的有機(jī)整體。系統(tǒng)中各要素不是孤立存在著，每個(gè)要素在系統(tǒng)中都處于一定的位置，起著特定的作用。要素之間相互關(guān)聯(lián)，構(gòu)成了一個(gè)不可分割的整體。各職能部門(mén)或單位是企業(yè)的基本管理要素，因此，僅僅優(yōu)化某一個(gè)孤立的部門(mén)或單位并不能提高企業(yè)的整體運(yùn)營(yíng)效率；同時(shí)，各部門(mén)或單位也不是孤立存在的，它們都處于發(fā)揮各自功能的位置上，并隨著企業(yè)管理流程的聯(lián)動(dòng)而相互關(guān)聯(lián)。

1.2 工程有限元基本理論

在工程計(jì)算時(shí)，我們也運(yùn)用系統(tǒng)思維中整體和局部關(guān)系的方法論來(lái)解決問(wèn)題，當(dāng)今工程分析中獲得最廣泛應(yīng)用的數(shù)值計(jì)算方法——有限單元法(簡(jiǎn)稱(chēng)有限元法)就是最好的例證之一。

運(yùn)用有限元法分析解決工程問(wèn)題的基本思路就是將整體求解的質(zhì)的困難性轉(zhuǎn)化成有限個(gè)局部單元的量的復(fù)雜性。例如工程計(jì)算問(wèn)題，在確定數(shù)學(xué)計(jì)算模型(包括基本變量、基本方程、求解域和邊界條件等)以后，有限元法將求解域(等同于哲學(xué)上的“整體”)劃分為若干單元(等同于哲學(xué)上的“局部”)，根據(jù)單元與單元之間、單元與求解域之間的基本方程、邊界條件建立關(guān)系，通過(guò)求解單元的近似解得到求解域的近似解，以解決整個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)性工程問(wèn)題。一般情況下，單元?jiǎng)澐值脑蕉嘣郊?xì)，計(jì)算結(jié)果就越準(zhǔn)確合理，但所要求的計(jì)算能力也越強(qiáng)。隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，其計(jì)算能力不斷增強(qiáng)，有限元法在工程上的運(yùn)用越來(lái)越廣，而且解決了很多以前難以量化處理的工程問(wèn)題。

前面談到，企業(yè)管理是一個(gè)多角度、多維度的系統(tǒng)問(wèn)題，僅僅是某一個(gè)要素的提升、或者某一個(gè)專(zhuān)業(yè)工作上的問(wèn)題，也可能映射作用到相互聯(lián)系的其他要素單元，或者直接影響到企業(yè)整體。因此，我們不能站在單一的角度，企圖使用一種獨(dú)立的方法來(lái)解決企業(yè)實(shí)際存在的問(wèn)題；我們也不能復(fù)制現(xiàn)在國(guó)際上現(xiàn)代公司來(lái)解決我們企業(yè)自身存在的問(wèn)題，因?yàn)樗麄兣c我們的自身情況、外部環(huán)境有很大的差異；我們也不能采用斷章取義、盲人摸象的方法去采用他們的管理工具，因?yàn)槟承┎贿m用的管理工具也會(huì)造成管理系統(tǒng)的沖突和矛盾。

那么，在實(shí)際工作中，我們能否運(yùn)用系統(tǒng)論的思維來(lái)研究和解決企業(yè)管理的整體問(wèn)題？能否嘗試按照有限元分析化整為零、綜合分析的思路，探索智慧企業(yè)建設(shè)？針對(duì)上述問(wèn)題，筆者提出了管理有限元的思路和方法。

2 管理有限元的主要內(nèi)涵

2.1 管理有限元的基本思路和目標(biāo)

基本思路：研究企業(yè)整體性問(wèn)題，先從管理的局部問(wèn)題出發(fā)，研究局部問(wèn)題以及局部之間相互作用的關(guān)系，然后將所有局部問(wèn)題放在一個(gè)統(tǒng)一的坐標(biāo)尺度下綜合研究，考慮整個(gè)管理系統(tǒng)與外部環(huán)境的關(guān)系，最后得到系統(tǒng)全局的特征，這就是管理有限元。

基本目標(biāo)：適應(yīng)國(guó)電大渡河公司智慧企業(yè)建[1]、[2]設(shè)的要求，在業(yè)務(wù)量化的基礎(chǔ)上，通過(guò)深度融合先進(jìn)的信息技術(shù)、工業(yè)技術(shù)和管理技術(shù)，推進(jìn)企業(yè)組織結(jié)構(gòu)和管理模式變革創(chuàng)新，構(gòu)建扁平化、平臺(tái)化、柔性的組織架構(gòu)和對(duì)應(yīng)的單元腦、專(zhuān)業(yè)腦、決策腦的管理模型，實(shí)現(xiàn)企業(yè)管理自動(dòng)化。

分析流程：為實(shí)現(xiàn)智慧企業(yè)的目標(biāo)，參考有限元計(jì)算的基本思路，筆者提出的管理有限元分析按照量化管理、單元?jiǎng)澐帧卧治觥⒄w分析等四個(gè)步驟實(shí)施。

2.1.1 量化管理

量化管理是智慧企業(yè)建設(shè)最重要的先決條件，也是企業(yè)有限元管理的基礎(chǔ)性條件。沒(méi)有業(yè)務(wù)量化這一基礎(chǔ)，任何數(shù)據(jù)分析及其衍生的智慧能力將無(wú)從談起。對(duì)于整個(gè)企業(yè)而言，我們所強(qiáng)調(diào)的業(yè)務(wù)量化就是通過(guò)科學(xué)設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)，量化工作任務(wù)，實(shí)現(xiàn)精益化企業(yè)管理；進(jìn)而運(yùn)用智能設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)時(shí)采集、運(yùn)輸、處理各類(lèi)信息數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)企業(yè)各種要素的動(dòng)態(tài)感知，就是將業(yè)務(wù)全面量化為可采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)際體現(xiàn)為兩個(gè)方面：

(1)以精益為主導(dǎo)的管理方面。運(yùn)用量化管理技術(shù)解決企業(yè)的管理問(wèn)題, 即管理行為的可計(jì)算性和可分析性。量化管理的重點(diǎn)在于組織管理的量化。例如，從戰(zhàn)略出發(fā)，以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)關(guān)鍵項(xiàng)目的決策點(diǎn)及操作流程實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化操作的系統(tǒng)管理模式。這是一種基于系統(tǒng)管理和項(xiàng)目管理為出發(fā)點(diǎn)的組織解決方案，本質(zhì)在于權(quán)責(zé)利的量化。

(2)以數(shù)據(jù)為綱的技術(shù)方面。企業(yè)管理活動(dòng)的實(shí)現(xiàn)是基于信息網(wǎng)絡(luò)和信息系統(tǒng)的, 即企業(yè)的知識(shí)資源、信息資源和財(cái)富可數(shù)字化量化的業(yè)務(wù)，通過(guò)以數(shù)據(jù)為綱的IT建設(shè)過(guò)程，產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)化的可用數(shù)據(jù)，為智慧企業(yè)管理服務(wù)。

2.1.2 單元?jiǎng)澐?/p>

按照不同的管理問(wèn)題研究對(duì)象，對(duì)企業(yè)管理求解域進(jìn)行單元?jiǎng)澐郑纬捎捎邢迋€(gè)單元整合而成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。我們知道，在運(yùn)用有限元分析應(yīng)對(duì)不同的求解問(wèn)題、在結(jié)構(gòu)離散時(shí)會(huì)采取不同的單元?jiǎng)澐址绞健Ｓ邢拊芾硪嗍侨绱恕ａ槍?duì)不同的企業(yè)管理問(wèn)題，在單元?jiǎng)澐謺r(shí)，也應(yīng)根據(jù)不同的情況進(jìn)行網(wǎng)格劃分，以保證管理結(jié)果的準(zhǔn)確性。例如，在分析研究由于國(guó)家政策變化對(duì)企業(yè)帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，我們可以將公司不同管理職能作為基礎(chǔ)單元，并著重將政策影響范圍內(nèi)的各管理單元做進(jìn)一步的細(xì)化，以達(dá)到滿(mǎn)足要求的管理精度。

2.1.3 單元分析

對(duì)劃分后的每個(gè)單元內(nèi)容進(jìn)行分析研究，提取關(guān)鍵量化指標(biāo)參與管理有限元的整體分析。在有限元計(jì)算中，各單元之間通過(guò)節(jié)點(diǎn)連接、相互作用的關(guān)系(比如力、溫度)等依靠節(jié)點(diǎn)進(jìn)行傳遞，在不同單元相同節(jié)點(diǎn)上，節(jié)點(diǎn)的反應(yīng)(如位移、力)是一樣的，這是將單元匯總為整體的基礎(chǔ)。在管理有限元中，各單元之間的相互作用是通過(guò)制度、流程等管理標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)置來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞。此外，有限元分析中不同單元的形函數(shù)是不一樣的。從企業(yè)整體管理域看，各管理部門(mén)和實(shí)施單位所處的階層和發(fā)揮的作用不一樣，在單元分析中可以考慮采用不同的系數(shù)或指數(shù)來(lái)體現(xiàn)各自的單元特征。

2.1.4 整體分析

針對(duì)不同的管理問(wèn)題，依據(jù)管理制度、流程和有關(guān)管理要素將各單元整合匯總后形成計(jì)算公式，通過(guò)設(shè)置邊界條件、初始條件及相關(guān)假定后，對(duì)整體求解域進(jìn)行求解。

2.2 管理有限元的組織結(jié)構(gòu)

筆者以一個(gè)典型的傳統(tǒng)企業(yè)管理模式為例予以說(shuō)明，其組織結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。在這樣的企業(yè)中，既有按照職能分工的管理部門(mén)6個(gè)，又有下屬單位7個(gè)，部門(mén)與下屬單位存在著管理與被管理的關(guān)系，下屬單位分別對(duì)應(yīng)多個(gè)部門(mén)，部門(mén)也要對(duì)應(yīng)下屬單位。

傳統(tǒng)企業(yè)組織管理模式結(jié)構(gòu)臃腫，管理鏈條長(zhǎng)，工作流程繁雜，組織效率較低，極有可能因?yàn)樾畔⒄莆蘸蛡鬟f不及時(shí)、不全面、不準(zhǔn)確而帶來(lái)各種風(fēng)險(xiǎn)，難以實(shí)現(xiàn)及時(shí)、合理地決策。從有限元管理看，傳統(tǒng)企業(yè)組織管理模式下各部門(mén)、各單位管理單元模型節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系交叉復(fù)雜，量化管理的數(shù)字化基礎(chǔ)程度差，不便于做管理有限元分析研究。然而，根據(jù)國(guó)電大渡河公司涂揚(yáng)舉等人提出的智慧企業(yè)建設(shè)，從戰(zhàn)略高度提出了智慧企業(yè)組織管理模式[3](圖2)，為我們采用管理有限元分析創(chuàng)造了良好的基礎(chǔ)。

圖1 典型的傳統(tǒng)企業(yè)管理模式圖

圖2 智慧企業(yè)組織管理模式圖

筆者把智慧企業(yè)整體的管理作為有限元計(jì)算的求解域F，把規(guī)劃研發(fā)部門(mén)、服務(wù)保障部門(mén)、專(zhuān)業(yè)指揮單元分別視為有限元分析的各個(gè)單元X。各單元之間通過(guò)節(jié)點(diǎn)建立聯(lián)系K并發(fā)生作用，根據(jù)單元與單元之間、單元與求解域之間的管理規(guī)則、邊界條件確定的相互關(guān)系即可確定K。建立有限元求解方程：

F=K·X

通過(guò)對(duì)F的最值進(jìn)行求解，求得單元X的相應(yīng)解。相當(dāng)于在企業(yè)管理中通過(guò)各單元對(duì)管理要素的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)和優(yōu)化組織，求解出使企業(yè)整體實(shí)現(xiàn)效率最高、工作規(guī)范的最優(yōu)管理方案。

從智慧企業(yè)組織管理模式可以看出：在管理有限元中，“決策腦”是中樞和核心，各單元之間的相互管理和管理規(guī)則、企業(yè)整體管理狀況均可通過(guò)“決策腦”進(jìn)行有限元求解。企業(yè)決策管理層也可通過(guò)“決策腦”進(jìn)行有限元分析，對(duì)各單元運(yùn)行狀況進(jìn)行適時(shí)控制并及時(shí)調(diào)整管理要求。整個(gè)企業(yè)將在“決策腦”的支持下由決策管理層統(tǒng)一指揮，通過(guò)各單元的協(xié)同運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的科學(xué)管理，這個(gè)“決策腦”通過(guò)大量的信息積累和分析，類(lèi)似于大量有限元計(jì)算結(jié)果得出基本規(guī)律，并可進(jìn)行預(yù)測(cè)和預(yù)判，這時(shí)的“決策腦”就變成了智慧的“大腦”。同理，如果各個(gè)單元也擁有智慧，那么各個(gè)單元亦為智慧單元。此時(shí)，企業(yè)的管理有限元已經(jīng)完整地再現(xiàn)了整個(gè)有限元分析過(guò)程。此外，由于基于高速發(fā)展的信息網(wǎng)絡(luò)和信息系統(tǒng)的數(shù)字化管理使得各單元的管理幅度不斷加大，管理能力不斷增強(qiáng)，企業(yè)的管理模式將更加扁平化。因此，通過(guò)管理有限元，企業(yè)的各種信息、管理規(guī)則在各個(gè)單元間順暢、高效流動(dòng)，使企業(yè)變得充滿(mǎn)生機(jī)和活力，企業(yè)管理更加高效和精準(zhǔn)。

3 不同條件下企業(yè)管理有限元分析

3.1 不同維度分析

企業(yè)管理是一個(gè)多維度、多視角的復(fù)雜系統(tǒng)問(wèn)題。利用管理有限元方法，我們可以從不同維度出發(fā)，研究和探討企業(yè)管理的不同問(wèn)題(圖3)。

3.1.1 從時(shí)間維度和空間維度分析

通過(guò)對(duì)企業(yè)發(fā)展過(guò)程中各單元有關(guān)量化數(shù)據(jù)(X1、X2)的管理有限元分析，我們可以得出企業(yè)管理F以及各單元X在各個(gè)階段的綜合發(fā)展?fàn)顟B(tài)、管理水平，從而為當(dāng)前企業(yè)管理的現(xiàn)狀和未來(lái)發(fā)展提供可借鑒的參考。

3.1.2 從質(zhì)量、效率、成本維度分析

通過(guò)對(duì)各單元有關(guān)量化數(shù)據(jù)(X1、X2、X3)的管理有限元分析，我們可以得出企業(yè)管理整體域F在當(dāng)前企業(yè)基礎(chǔ)狀態(tài)下所能獲取的企業(yè)綜合最佳效益值，為企業(yè)決策提供參考。

3.2 不同狀態(tài)分析

圖3 不同分析維度下管理有限元分析模式求解示意圖

借助有限元分析方法，我們還可以分析研究基于統(tǒng)一坐標(biāo)系、不同狀態(tài)下的智慧企業(yè)管理方案。

3.2.1 靜態(tài)管理分析

在外部政策、形勢(shì)及其他外力沒(méi)有變化或不發(fā)揮作用的情況下，通過(guò)對(duì)公司適時(shí)狀態(tài)下的企業(yè)管理整體域F最值的求解，可以得到日常管理模式下各單元模塊的最優(yōu)資源配置，以確保企業(yè)管理效益、效率最優(yōu)，風(fēng)險(xiǎn)最小、最穩(wěn)定。

3.2.2 動(dòng)態(tài)管理分析

在力學(xué)計(jì)算中，物體受到外力作用，可能導(dǎo)致變形或破裂。有限元力學(xué)分析可以計(jì)算在外力作用下物體的內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)變、變形及破裂的臨界荷載等情況。同理，當(dāng)企業(yè)外部形勢(shì)、政策發(fā)生變化并作用于企業(yè)時(shí)，通過(guò)有限元管理分析，我們可以得出企業(yè)管理域F的整體穩(wěn)定情況，分析研究企業(yè)管理的薄弱風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)、抗風(fēng)險(xiǎn)能力和危機(jī)決策能力，為企業(yè)快速?zèng)Q策、有效應(yīng)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)提供參考。

4 實(shí)例分析

筆者以**公司財(cái)務(wù)效益管理為例，探討了管理有限元的操作性。將該公司的企業(yè)管理分為保障單元、智慧電廠單元、智慧工程單元、智慧檢修單元、智慧調(diào)度單元5個(gè)單元，每個(gè)單元之間的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)通過(guò)輸入X1、輸出X2兩個(gè)數(shù)據(jù)矩陣來(lái)傳遞，K值作為反映單元間管理規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)置的流程，按照不同單元之間的權(quán)重占比、對(duì)整體管理效益貢獻(xiàn)度來(lái)進(jìn)行量化賦值，則企業(yè)整體目標(biāo)考核的數(shù)據(jù)可以用以下公式反映：

F=KX

其中，矩陣數(shù)列中1到n反映的是包括營(yíng)銷(xiāo)收入、投資支出、成本支出等在內(nèi)的、與財(cái)務(wù)效益相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)序列。

通過(guò)整體域F的求解，可以得出當(dāng)前情況下企業(yè)整體效益的有效數(shù)值。同時(shí)，通過(guò)反算得出在一定F值的情況下合理調(diào)配資源后的最優(yōu)X值。

5 結(jié) 語(yǔ)

運(yùn)用系統(tǒng)哲學(xué)思想與局部的方法論，借鑒有限元計(jì)算理論，在智慧企業(yè)的框架下，筆者嘗試提出了管理有限元的思路和方法。雖然管理有限元還需要進(jìn)一步發(fā)展和更多的實(shí)踐，但筆者相信：隨著各種技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，由此帶來(lái)的生產(chǎn)力的巨大飛躍，必將使生產(chǎn)關(guān)系及時(shí)調(diào)整，才能與之適應(yīng)，并因此而帶來(lái)管理方式的驚人變革。

我們無(wú)法想象這個(gè)世界變化有多快，以往的傳統(tǒng)正在被打破，這是一個(gè)被科技創(chuàng)新和理念創(chuàng)新控制的世界。筆者相信：管理有限元將服務(wù)于智慧企業(yè)建設(shè)，彼此協(xié)調(diào)、相互融合將開(kāi)創(chuàng)企業(yè)管理更加美好的未來(lái)。

[1] 涂揚(yáng)舉，智慧企業(yè)框架與實(shí)踐[M]. 北京:經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)出版社, 2016.

[2] 涂揚(yáng)舉. 智慧企業(yè)建設(shè)引領(lǐng)水電企業(yè)創(chuàng)新發(fā)展[J].企業(yè)文明,2017，32(1):9-11.

[3] 涂揚(yáng)舉.建設(shè)智慧企業(yè)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)管理[J].清華管理評(píng)論,2016，7(10):29-37.

TV7；TV52；TV737

B

1001-2184(2017)06-0067-04

2017-06-06

陳 剛(1975-)，男，重慶璧山人，總經(jīng)理助理，高級(jí)工程師，博士，從事企業(yè)管理和工程管理工作；

王鈺睫(1984-)，女，四川南充人，工程師，碩士，從事企業(yè)管理工作；

段 斌(1980-)，男，四川綿陽(yáng)人，高級(jí)工程師，博士，從事水電工程建設(shè)技術(shù)與管理工作.

李燕輝)