3.2 基于耗散结构的区域物流系统演化机理分析

3.2.1 耗散结构理论

1．耗散结构理论的概念

耗散结构理论是由比利时布鲁塞尔学派创始人普利高津于1969年在一次“理论物理和生物学”国际会议上提出的。它是研究一个开放系统在远离平衡的非线性区，从混沌向有序转化的机理和规律的理论。耗散结构理论的核心观点认为，远离平衡态的开放系统，通过不断地与外界进行物质和能量交换，在外部条件和系统内部某个序参量的变化达到一定阈值时，通过涨落，系统就可能发生突变，由原来的混沌、无序状态，变为一种在时间、空间和功能上的有序结构，即耗散结构 ^[159] 。耗散结构的形成必须满足四个条件，即必须是开放系统、远离平衡、有非线性相互作用和存在涨落 ^[160～161] 。

2．熵及熵变模型

熵本来是一个热力学概念，随着控制论、信息论和系统论的发展，它已经和信息建立起了某种联系。信息论的创始人绅农给出了熵的表达式：当系统可能处于几种不同状态，每种状态出现的概率为 P i( i =1,2 , …, m )时，该系统的熵定义为： 。

在系统分析中，熵是系统微观层次混乱程度的一种度量，熵值越大，系统越无序。因此，要提高系统的有序程度，就必须采取有效措施降低系统的熵值。由熵的定义可知，当每种状态出现的概率相等时，熵值达到最大化，系统处于最无序状态，所以要降低系统的熵值就应扩大各状态概率的差，使概率最大的状态朝着特定的方向演化。

耗散结构理论创始人普利高津根据热力学定律给出了总熵变公式：d S =d _e S +d _i S 。式中，d S 为总熵变，d _e S 为系统与环境的熵交换（称为熵流），d _i S 为系统内部产生的熵变（称为熵产生，具有非负性）。分析总熵变公式可知：

（1）若d _e S ＞0，则d S ＞0，系统与环境的交换使总熵变不断增大，加快系统无序化进程。

（2）若d _e S ＜0且 ，则d S ＞0，系统与环境的交换可减缓其无序化进程，但不能改变系统走向无序的总进程。

（3）当且仅当d _e S ＜0且 时，d S ＜0，开放系统的总熵变不断减少，系统处于有序演进过程中。

3.2.2 区域物流系统的耗散结构分析

区域物流是生态、经济、社会相耦合的系统，区域物流系统不是孤立的技术活动，也不是单纯的经济活动，而是与自然、社会诸多过程交织在一起的统一体。区域物流系统是一个非平衡的开放系统，系统内部各元素的联系是非线性的，存在有规律的波动和无规律的随机扰动，是一个耗散结构。它的整体化、多因素、多过程的相互作用是非加法性的，具备耗散结构的特征：①开放性。区域物流系统是开放的大系统，与所处的环境存在物质流、能量流、信息流的交换。②远离平衡态。作为一个典型的复杂性系统，区域物流系统的发展是不平衡的，是在不平衡中寻找最佳的平衡进而被新的不平衡打破。③临界点，即“涨落”点，是耗散结构发生的途径。区域物流系统不断受到外界的影响而产生无数个“小涨落”，当涨落影响的程度达到一定的结果时，系统就会产生“巨涨落”，从当前的状态跃到更有序的状态，形成新的耗散结构，从而不断地推动系统和区域社会经济发展。④正反馈。区域物流系统的各个环节由于生产协作、配套和专业分工等经济活动形成十分复杂的关系，这些环节又相互作用、互相促进共同发展，形成正反馈 ^[162～163] 。

区域物流并非一开始就是以链状形态存在，而是从孤环发展到短链，继续发展到长链或循环链，它的发展过程就是系统不断耗散升级的过程。区域物流系统是耗散结构，它必然遵从耗散结构的规律，因此，可以利用耗散结构中熵变与系统有序性的关系从较低的层对系统的发展方向进行辨别 ^[164] 。

3.2.3 区域物流系统熵演化模型

1．区域物流系统演化

既然区域物流系统是一种耗散结构，则在其发展过程中必然遵循耗散结构的某些规律，因此可用熵变模型来解释区域物流系统发展的机理。

（1）区域物流系统演化的方式。区域物流系统演化有两种基本方式，狭义的演化是指区域物流系统由一种结构或形态向另一种结构或形态的转变；广义的演化包括区域物流系统从无到有的形成（发生），从不成熟到成熟的发育，从一种结构或形态到另一种结构或形态的转变，区域物流系统的老化或退化，从有到无的消亡（解体）等。

（2）区域物流系统演化的动力。区域物流系统演化的动力来自两个方面：①系统内部的要素之间的合作、竞争、矛盾等导致区域物流系统规模的改变，特别是要素关联方式的改变，进而引起区域物流系统功能及其特性的改变：要素数目的增加，区域物流系统规模的增大，或多或少要引起关联方式的改变。②区域系统外部的政策、环境、不可抗力事件等也会引起区域系统要素关联方式的改变。

（3）区域物流系统演化的方向。区域物流系统演化的方向有两种：一种是由低级到高级、由简单到复杂的进化；另一种是由高级到低级、由复杂到简单的退化。现实世界的区域物流系统既有进化，也有退化，两种演化是相辅相成的。

2．区域物流系统内熵产diS的演化模型

在非平衡态区域物流系统管理中，正熵变和负熵变既对立又统一，就绝大多数情况而言，它们常常共同作用于一个区域物流系统中，甚至伴随于这一系统运动的全过程。只不过是在系统演化发展中，正熵变和负熵变所处的地位主次不同，因而它们所发挥的作用也有主次之分。区域系统熵变图如图3.3所示。

（1）当正熵变在区域物流系统运行中占主导地位时，即正熵变产生的非秩序性效应强度高于负熵变产生的秩序性效应强度时，系统呈无序状态。此时，负熵变只能起到降低系统无序程度或减缓系统趋向无序的作用，即从属于正熵变的主导作用。尤其是当正熵变演化到一定程度时，区域物流系统走向无序的发展趋势且不可逆转，便注定要走向衰亡。

（2）当负熵变成为区域物流系统发展主流时，即当负熵变产生的有序性效应强度高于正向熵变产生的无序性效应强度时，负熵变就会抵消正熵变，使系统呈现稳定、有序的状态。此时，正熵变仅起到减弱系统有序程度和降低系统趋向有序速度的消极作用，但它不会对系统整体发展产生本质影响，而只能从属于负熵变的主导作用。当区域系统负熵变演化到一定程度时，系统的发展就将形成抗干扰的低熵有序定势。

（3）当系统中的正熵变与负熵变的作用力相等，两者处于势均力敌的状态时，系统的有序性与无序性相交融，相互抵消，其总熵变趋于零，总熵值基本保持不变，发展便处于徘徊不前的停滞状态。但是正熵变与负熵变的这种均势状态不会相持太久，随着两者的相互作用及系统自身其他因素的改变和环境因素的影响，终究会呈现出要么正熵变主宰系统、要么负熵变主宰系统的局面，最终系统将趋向无序或有序。

显然，在区域物流系统运行中，只有全力抑制和削弱正熵变的影响，并阻止和警惕正熵变的产生与发展，同时全力发挥和强化负熵变的作用，并促进负熵变的产生与发展，才能有效地控制系统稳定、有序地高速发展。

3．区域物流系统外熵流d _e S的演化模型

在非平衡态区域物流系统中，正熵流和负熵流是密不可分的，它们同时作用于区域物流系统。由于两者的组合不同，会出现以下几种情况：

（1）正熵流大于负熵流。这时两者相抵以后，剩下的是正熵流。在这种情况下，同输入正熵流是等价的。

（2）正熵流小于负熵流。这时两者相抵后，剩下的是负熵流。在这种情况下，同输入负熵流是等价的。

（3）正熵流等于负熵流。这时两者相抵后，熵流是零。这对系统来说，是一种绝对稳定的环境。但这种情况只是一种暂时的现象，不可能持久。当环境的一些因素发生变化时，熵流也随之变化，平衡格局将会被打破，出现如下结果：正熵流大于负熵流或者正熵流小于负熵流。

（4）正熵流与负熵流作用的对象不同。区域物流系统是由许多要素构成的，系统可分为不同层次，具有多种属性。因此，正熵流与负熵流可以作用于区域物流系统的不同对象，即正熵流作用的是某一要素和层次，负熵流作用的是另一要素和层次。

（5）正熵流与负熵流之间的转化。所谓两者的转化，就是正熵流变成负熵流，或者负熵流变成正熵流。例如，区域物流系统在正熵流的干扰下，不断调整自己，因而变得更为有序，适应能力更强，这时正熵流就变成了负熵流。反之，区域物流系统在负熵流的作用下，本应该变得更为有序，但由于负熵流过大而导致系统的解体，这时负熵流就变成了正熵流。

显然，在区域物流系统运行中，只有全力抑制和削弱正熵流的影响，阻止和警惕正熵流的产生，同时全力强化负熵流的作用，促进其产生与发展，才能有效地控制系统有序发展。

4．区域物流系统熵的演变模型

当区域物流系统处于初始状态时，随着区域系统与外界发生物质、能量和信息的交换，系统的熵值发生变化。当系统负熵值大时，原有系统的状态必然被打破，区域物流系统将演化到新的状态，在新的状态相对稳定、封闭时，系统熵随之增加。这时，就需要给系统输入负熵，以抵消正熵。随着负熵的输入，区域物流将处于稳定发展时期。当负熵不足以抵消正熵时，区域物流系统熵值增加，区域物流系统面临破产或死亡；当重新输入负熵时，区域物流系统又获得新生。

3.2.4 区域物流系统科学发展的机理

普利高津的熵变模型表明：要实现区域物流系统的全面、协调、可持续发展，就必须不断地从外界引入足够量的负熵流d _e S ，以抵消内部的熵产生d _i S 。这种说法固然不错，但不完整，因为：①受人类思想活动和对事物认识程度的影响，在区域物流系统发展过程中，来自于系统环境的不全是负熵流，也有正熵；②自组织理论认为，系统内部各要素通过非线性的协同和竞争，在竞争中某种趋势优势化并支配系统从无序走向有序，因此区域物流系统内部既能产生正熵也能形成负熵。可见，来自于热力学定律的普利高津总熵变公式不能完全适合于解释区域物流系统发展的内在机理。借鉴企业耗散结构模型 ^[165] ，作者对普利高津的总熵变公式进行改进，提出如下描述区域物流系统发展的熵变模型 ^[156] ：

式中，d S 为区域物流系统的总熵变；d _e S 为区域物流系统的正熵流；d _i S 为区域物流系统的负熵流； 为生成于区域物流系统内部的熵产生，称为第一类正熵； 为来自于区域物流系统外部的熵产生，称为第二类正熵； 为生成于区域物流系统内部的负熵，称为第一类负熵； 为来自于区域物流系统外部的负熵，称为第二类负熵。

第一类正熵具有损耗区域物流系统竞争力的作用，区域物流基础设施和技术条件差、主体关系差、管理混乱是其产生的主要原因；第二类正熵具有增加区域物流系统外部威胁、减少区域物流系统发展机会的作用，体制和制度束缚、政策支持力度不够是其产生的主要原因。第一类负熵具有提高区域物流系统竞争力的功效，其形成条件主要是区域物流系统拥有健全的组织机构、完善的物流网络条件、综合能力强的主体和良好的市场氛围；第二类负熵具有抵消区域物流系统外部威胁、增加区域物流系统发展机会的功效，其形成条件主要是准确的功能与发展定位，科学的发展规划，以及大量可被引进的资金、技术、人才和信息。内外正负熵的共同作用，使区域物流系统的总熵变小于零，发展态势向全面、协调和可持续方向演进。区域物流系统科学发展的机理如图3.4所示。