從工程有限元到管理有限元

陳 剛， 王 鈺 睫， 段 斌

(國電大渡河流域水電開發有限公司，四川 成都 610041)

從工程有限元到管理有限元

陳 剛， 王 鈺 睫， 段 斌

(國電大渡河流域水電開發有限公司，四川 成都 610041)

從管理科學的角度看，人類社會正處于一個嶄新的歷史時代，即管理時代。面對風云變幻的內外部復雜形勢，企業需要不斷創新，始終保持不竭的活力，才能在市場競爭中立于不敗之地，才能實現企業的不斷發展和持續成長。而企業創新的關鍵在于管理創新。從認識論著手，探討研究了企業管理的內涵；借助有限元分析方法，探索以量化管理為基礎，探討了企業組織結構管理模式和方法，為新形勢下實施創新管理奠定了基礎。

管理有限元；量化管理

1 問題的提出

1.1 企業管理的內涵

古代中醫講究“天人合一”，通過總結大自然的規律，將人的身體與大自然進行類比，采用系統的思想把所有身體的要素組合起來辨證施治，而不是簡單的頭痛醫頭、腳痛醫腳。企業的組織中也有很多不同的部門，就好比人體中有不同的臟器。人體通過血液的循環保障每個臟器的循環以及身體的正常運作，企業通過現金流的變化維持管理組織的生存。企業和人體一樣，都是一個有機的整體。企業管理的復雜問題，也可以參考中醫的系統思維來解決。

從哲學上講，系統是由相互作用和相互依賴的若干要素結合而成的、具有特定功能的有機整體。系統中各要素不是孤立存在著，每個要素在系統中都處于一定的位置，起著特定的作用。要素之間相互關聯，構成了一個不可分割的整體。各職能部門或單位是企業的基本管理要素，因此，僅僅優化某一個孤立的部門或單位并不能提高企業的整體運營效率；同時，各部門或單位也不是孤立存在的，它們都處于發揮各自功能的位置上，并隨著企業管理流程的聯動而相互關聯。

1.2 工程有限元基本理論

在工程計算時，我們也運用系統思維中整體和局部關系的方法論來解決問題，當今工程分析中獲得最廣泛應用的數值計算方法——有限單元法(簡稱有限元法)就是最好的例證之一。

運用有限元法分析解決工程問題的基本思路就是將整體求解的質的困難性轉化成有限個局部單元的量的復雜性。例如工程計算問題，在確定數學計算模型(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(等同于哲學上的“整體”)劃分為若干單元(等同于哲學上的“局部”)，根據單元與單元之間、單元與求解域之間的基本方程、邊界條件建立關系，通過求解單元的近似解得到求解域的近似解，以解決整個復雜的系統性工程問題。一般情況下，單元劃分的越多越細，計算結果就越準確合理，但所要求的計算能力也越強。隨著現代計算機技術的飛速發展，其計算能力不斷增強，有限元法在工程上的運用越來越廣，而且解決了很多以前難以量化處理的工程問題。

前面談到，企業管理是一個多角度、多維度的系統問題，僅僅是某一個要素的提升、或者某一個專業工作上的問題，也可能映射作用到相互聯系的其他要素單元，或者直接影響到企業整體。因此，我們不能站在單一的角度，企圖使用一種獨立的方法來解決企業實際存在的問題；我們也不能復制現在國際上現代公司來解決我們企業自身存在的問題，因為他們與我們的自身情況、外部環境有很大的差異；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，因為某些不適用的管理工具也會造成管理系統的沖突和矛盾。

那么，在實際工作中，我們能否運用系統論的思維來研究和解決企業管理的整體問題？能否嘗試按照有限元分析化整為零、綜合分析的思路，探索智慧企業建設？針對上述問題，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涵

2.1 管理有限元的基本思路和目標

基本思路：研究企業整體性問題，先從管理的局部問題出發，研究局部問題以及局部之間相互作用的關系，然后將所有局部問題放在一個統一的坐標尺度下綜合研究，考慮整個管理系統與外部環境的關系，最后得到系統全局的特征，這就是管理有限元。

基本目標：適應國電大渡河公司智慧企業建[1]、[2]設的要求，在業務量化的基礎上，通過深度融合先進的信息技術、工業技術和管理技術，推進企業組織結構和管理模式變革創新，構建扁平化、平臺化、柔性的組織架構和對應的單元腦、專業腦、決策腦的管理模型，實現企業管理自動化。

分析流程：為實現智慧企業的目標，參考有限元計算的基本思路，筆者提出的管理有限元分析按照量化管理、單元劃分、單元分析、整體分析等四個步驟實施。

2.1.1 量化管理

量化管理是智慧企業建設最重要的先決條件，也是企業有限元管理的基礎性條件。沒有業務量化這一基礎，任何數據分析及其衍生的智慧能力將無從談起。對于整個企業而言，我們所強調的業務量化就是通過科學設定標準，量化工作任務，實現精益化企業管理；進而運用智能設備和物聯網技術，實時采集、運輸、處理各類信息數據，實現對企業各種要素的動態感知，就是將業務全面量化為可采集的實時數據，實際體現為兩個方面：

(1)以精益為主導的管理方面。運用量化管理技術解決企業的管理問題, 即管理行為的可計算性和可分析性。量化管理的重點在于組織管理的量化。例如，從戰略出發，以數據為基礎，對關鍵項目的決策點及操作流程實行標準化操作的系統管理模式。這是一種基于系統管理和項目管理為出發點的組織解決方案，本質在于權責利的量化。

(2)以數據為綱的技術方面。企業管理活動的實現是基于信息網絡和信息系統的, 即企業的知識資源、信息資源和財富可數字化量化的業務，通過以數據為綱的IT建設過程，產生標準化的可用數據，為智慧企業管理服務。

2.1.2 單元劃分

按照不同的管理問題研究對象，對企業管理求解域進行單元劃分，形成由有限個單元整合而成的網絡結構。我們知道，在運用有限元分析應對不同的求解問題、在結構離散時會采取不同的單元劃分方式。有限元管理亦是如此。針對不同的企業管理問題，在單元劃分時，也應根據不同的情況進行網格劃分，以保證管理結果的準確性。例如，在分析研究由于國家政策變化對企業帶來的風險時，我們可以將公司不同管理職能作為基礎單元，并著重將政策影響范圍內的各管理單元做進一步的細化，以達到滿足要求的管理精度。

2.1.3 單元分析

對劃分后的每個單元內容進行分析研究，提取關鍵量化指標參與管理有限元的整體分析。在有限元計算中，各單元之間通過節點連接、相互作用的關系(比如力、溫度)等依靠節點進行傳遞，在不同單元相同節點上，節點的反應(如位移、力)是一樣的，這是將單元匯總為整體的基礎。在管理有限元中，各單元之間的相互作用是通過制度、流程等管理標準化設置來實現數據的傳遞。此外，有限元分析中不同單元的形函數是不一樣的。從企業整體管理域看，各管理部門和實施單位所處的階層和發揮的作用不一樣，在單元分析中可以考慮采用不同的系數或指數來體現各自的單元特征。

2.1.4 整體分析

針對不同的管理問題，依據管理制度、流程和有關管理要素將各單元整合匯總后形成計算公式，通過設置邊界條件、初始條件及相關假定后，對整體求解域進行求解。

2.2 管理有限元的組織結構

筆者以一個典型的傳統企業管理模式為例予以說明，其組織結構見圖1。在這樣的企業中，既有按照職能分工的管理部門6個，又有下屬單位7個，部門與下屬單位存在著管理與被管理的關系，下屬單位分別對應多個部門，部門也要對應下屬單位。

傳統企業組織管理模式結構臃腫，管理鏈條長，工作流程繁雜，組織效率較低，極有可能因為信息掌握和傳遞不及時、不全面、不準確而帶來各種風險，難以實現及時、合理地決策。從有限元管理看，傳統企業組織管理模式下各部門、各單位管理單元模型節點之間的關系交叉復雜，量化管理的數字化基礎程度差，不便于做管理有限元分析研究。然而，根據國電大渡河公司涂揚舉等人提出的智慧企業建設，從戰略高度提出了智慧企業組織管理模式[3](圖2)，為我們采用管理有限元分析創造了良好的基礎。

圖1 典型的傳統企業管理模式圖

圖2 智慧企業組織管理模式圖

筆者把智慧企業整體的管理作為有限元計算的求解域F，把規劃研發部門、服務保障部門、專業指揮單元分別視為有限元分析的各個單元X。各單元之間通過節點建立聯系K并發生作用，根據單元與單元之間、單元與求解域之間的管理規則、邊界條件確定的相互關系即可確定K。建立有限元求解方程：

F=K·X

通過對F的最值進行求解，求得單元X的相應解。相當于在企業管理中通過各單元對管理要素的統籌協調和優化組織，求解出使企業整體實現效率最高、工作規范的最優管理方案。

從智慧企業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則、企業整體管理狀況均可通過“決策腦”進行有限元求解。企業決策管理層也可通過“決策腦”進行有限元分析，對各單元運行狀況進行適時控制并及時調整管理要求。整個企業將在“決策腦”的支持下由決策管理層統一指揮，通過各單元的協同運行，實現企業的科學管理，這個“決策腦”通過大量的信息積累和分析，類似于大量有限元計算結果得出基本規律，并可進行預測和預判，這時的“決策腦”就變成了智慧的“大腦”。同理，如果各個單元也擁有智慧，那么各個單元亦為智慧單元。此時，企業的管理有限元已經完整地再現了整個有限元分析過程。此外，由于基于高速發展的信息網絡和信息系統的數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，企業的管理模式將更加扁平化。因此，通過管理有限元，企業的各種信息、管理規則在各個單元間順暢、高效流動，使企業變得充滿生機和活力，企業管理更加高效和精準。

3 不同條件下企業管理有限元分析

3.1 不同維度分析

企業管理是一個多維度、多視角的復雜系統問題。利用管理有限元方法，我們可以從不同維度出發，研究和探討企業管理的不同問題(圖3)。

3.1.1 從時間維度和空間維度分析

通過對企業發展過程中各單元有關量化數據(X1、X2)的管理有限元分析，我們可以得出企業管理F以及各單元X在各個階段的綜合發展狀態、管理水平，從而為當前企業管理的現狀和未來發展提供可借鑒的參考。

3.1.2 從質量、效率、成本維度分析

通過對各單元有關量化數據(X1、X2、X3)的管理有限元分析，我們可以得出企業管理整體域F在當前企業基礎狀態下所能獲取的企業綜合最佳效益值，為企業決策提供參考。

3.2 不同狀態分析

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一坐標系、不同狀態下的智慧企業管理方案。

3.2.1 靜態管理分析

在外部政策、形勢及其他外力沒有變化或不發揮作用的情況下，通過對公司適時狀態下的企業管理整體域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資源配置，以確保企業管理效益、效率最優，風險最小、最穩定。

3.2.2 動態管理分析

在力學計算中，物體受到外力作用，可能導致變形或破裂。有限元力學分析可以計算在外力作用下物體的內部應力應變、變形及破裂的臨界荷載等情況。同理，當企業外部形勢、政策發生變化并作用于企業時，通過有限元管理分析，我們可以得出企業管理域F的整體穩定情況，分析研究企業管理的薄弱風險點、抗風險能力和危機決策能力，為企業快速決策、有效應對風險提供參考。

4 實例分析

筆者以**公司財務效益管理為例，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、智慧調度單元5個單元，每個單元之間的節點數據通過輸入X1、輸出X2兩個數據矩陣來傳遞，K值作為反映單元間管理規則、標準化設置的流程，按照不同單元之間的權重占比、對整體管理效益貢獻度來進行量化賦值，則企業整體目標考核的數據可以用以下公式反映：

F=KX

其中，矩陣數列中1到n反映的是包括營銷收入、投資支出、成本支出等在內的、與財務效益相關聯的數據序列。

通過整體域F的求解，可以得出當前情況下企業整體效益的有效數值。同時，通過反算得出在一定F值的情況下合理調配資源后的最優X值。

5 結 語

運用系統哲學思想與局部的方法論，借鑒有限元計算理論，在智慧企業的框架下，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一步發展和更多的實踐，但筆者相信：隨著各種技術的發展進步，由此帶來的生產力的巨大飛躍，必將使生產關系及時調整，才能與之適應，并因此而帶來管理方式的驚人變革。

我們無法想象這個世界變化有多快，以往的傳統正在被打破，這是一個被科技創新和理念創新控制的世界。筆者相信：管理有限元將服務于智慧企業建設，彼此協調、相互融合將開創企業管理更加美好的未來。

[1] 涂揚舉，智慧企業框架與實踐[M]. 北京:經濟日報出版社, 2016.

[2] 涂揚舉. 智慧企業建設引領水電企業創新發展[J].企業文明,2017，32(1):9-11.

[3] 涂揚舉.建設智慧企業，實現自動管理[J].清華管理評論,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，總經理助理，高級工程師，博士，從事企業管理和工程管理工作；

王鈺睫(1984-)，女，四川南充人，工程師，碩士，從事企業管理工作；

段 斌(1980-)，男，四川綿陽人，高級工程師，博士，從事水電工程建設技術與管理工作.

李燕輝)