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1、同态学在管理中的应用应用讲座雨思工作室第一讲系统科学的历史渊源从本讲开始，我们将就“系统科学与同态学”的问题进行讲解。主要讲一讲三方面的问题，一是分析科学与系统科学的关系；二是系统科学的发展与遇到的问题；三是同态学与系统科学的关系。此问题可能要用三到四讲才能讲完。系统科学是一个十分庞大的学科群。它的内容十分丰富，与别的许多门学科有广泛的联系。即使要介绍系统科学的一个分支，也需要一大本书。更不要说对它进行全面的、综合性的考察了。但是，任何学科，无论它所包含的内容如何丰富、特性如何复杂，有三点却是共通的，一是任何学科的产生都有一个历史渊源，二是任何学科的核心思想往往都比较简洁，三是学科的复杂性往往
2、是由核心思想由小而大，由简单而复杂地发展成长起来的。因此，我们只要抓住学科产生的历史渊源，抓住学科的核心思想，抓住学科核心思想的发展和分叉，就可能使问题变得清晰和简单，从而对于该学科有一个总体的了解并给以恰当的评价。系统科学是综合科学,但这个综合科学是从分析科学发展而来的。虽然系统科学的历史渊源可以追溯到古希腊和中国的春秋战国年代，不过为简洁起见，我们就从近代科学的产生说起。这一讲我们将重点说明，关于系统的思想怎样在分析科学中孕育。第一节哥白尼通向宇宙当人类来到这个世界的时候，就产生了一种常识的感觉，即觉得大地在他们的足下静止不动，地球是宇宙的中心，而人类则是万物之灵。这常识被托勒密发挥到至极
3、，形成了在西方统治1400余年的地心说：宇宙是一个有限的中空的球体，地球不动居其中央，十个球形的“天层”套着地球，日月星辰都围绕地球运转，并认为恒星天以外的天层是神的住处。这一说明得到亚里士多德、教会和统治者的赞同和支持。成为人们公认的真理。1530年，哥白尼写了一篇论文。这篇论文其实只有一句话：地球绕日运行，所有行星都绕日运行。特别有意思的是，教皇克力门七世看了这篇论文的提要，竟表示赞评，并要作者将全文发表。然而，当哥白尼于1543年将它发表之后，立即引起了轩然大波。哥白尼的书被列为禁书，宣传日心说的人成了自然科学的殉道者。然而，当伽利略把他新发明的望远镜指向天空，发现木星及其卫星，好象是一
4、个缩小了的太阳系的时候，哥白尼的胜利就变得不容置疑了。循着哥白尼的足迹，于是人类知道了星云。恒星、行星、卫星、慧星、流星。又知道了恒星中有双星、聚星、星团。还知道了星系、总星系。知道银河系直径为10万光年，宇宙中有与银河系相似的10万个星系。人类现在已经能观测到100万万光年之遥的星体了。现代人类已经在探讨宇宙结构的形成与星系的起源，活动星系核的演化，包括分子云和恒星形成、太阳活动的起源、宇宙常数、黑洞、宇宙物质、星系演化途径，地外理性生命寻找等等深层次的问题。人类活动的触角已经伸展到了整个宇宙。从系统科学的角度看，哥白尼的日心说的意义是打破了人类对宇宙的局部认识，把地球从宇宙的中心降到了行星
5、之一的很低的地位，成为宇宙苍海之一粟。从前人们认为他们居处的世界，是一个到处表现出“目的性”的，“和谐与创造性”的理想的世界，这个世界是最重要的。然而，现在却发现，这个世界已被逼到生物大脑的小小角落里去了。而真正重要的外部世界则是一个无色无声的广阔的、动荡的、没有生命的世界。人类似乎是一个宇宙孤儿，在冷漠、寂静、无声无色的茫茫空间中流浪。人和宇宙到底是怎么回事呢?第二节牛顿寻找宇宙秩序一位叫亚历山大蒲柏的人，在为牛顿写的墓志铭中说道：自然和自然的法则在黑夜中隐藏；上帝说，让牛顿去吧!于是一切都已照亮。在牛顿来到这个世界上的时候，虽然哥白尼已经提出了日心说，开普勒从第谷的观测资料中总结了经验的行
6、星运动三定律，伽利略又给出了力、加速度等概念并发现了惯性定律和自由落体定律。但是，大量的物理概念和物理规律还是互不相干的，地面上物体的运动和太阳系内行星的运动还没有统一起来，这时，牛顿来了(伽利略死于1642年，而牛顿恰在这年出生)。据说，牛顿在果园中看见苹果坠地时想到了万有引力。不管此事是否有过，但牛顿却确实在1687年出版了一本叫做自然哲学的数学原理的书。这本书完成了一件事，就是证明地上的力学也能应用于星球。于是，人们可以用同一个公式来描述炮弹的运动轨迹，机械的力学原理，推演出行星、彗星、月球和海水的运动。于是，人类文明史上第一次自然科学的大综合得以完成。这本书创立了整整一个牛顿时代。人们
7、常说，牛顿学说是分析科学，这固然不错，不过，牛顿时代是有自己的系统观的，这种观点认为，宇宙是一架巨大的机器。牛顿的时代，就是一个机器的时代，以致于哲学家拉美特利毫不犹豫地宣称：“人是机器”。他说：“人的身体是一架钟表，不过是一架巨大的，极其精细，极其巧妙的钟表。”只有当过医生的哲学家才能“打着火把走遍了，照亮了人身这座迷宫；只有他们才为我们揭开了那些隐藏在层层帏幕之下的机括，这些帏幕遮蔽了为我们所看不到的无数奇迹。”不要以为“人是机器”的说法毫无道理，在以后的讲解中我们将说明，当把人体作为“简单常态系统”来研究时，“人是机器”的说法有其合理的一面。第三节门捷列夫物质谜底19世纪60年代，人类已
8、经发现了自然界的63种元素。不过，这些元素却是孤立地被描述出来的。这时，俄国化学家门捷列夫开始思考了，他认为“在元素的质量与化学性质之间一定存在着某种联系”，于是，他在1869年排出了他的第一张周期表。1871年又排出他的第2个化学元素周期表。根据元素化学性质周期变化规律，他预言了亚铝、亚硼、亚硅等15种未知元素的性质，后来都被科学家在实验中一一发现。后来，人们又发现惰性气体。后来，卢瑟福提出了原子有核的模型，莫斯莱又指出：元素周期律的真正基础不是原子量，而是元素原子的核电荷数。后来，波尔提出了氢原子结构理论。得到电子在原子中的分布具有层状结构的结论，索末菲提出了轨道分层理论，泡制提出了不相容
9、原理。这样，就导致了这样的结论：世界上的所有化学物质都由原子组成，原子由原子核和核外电子组成，组成原子的元素只有100多种，元素性质呈周期性变化的原因是由于原子的电子层结构呈周期性的变化。门捷列夫元素周期律为系统科学提供了自然科学证据，这个有力的证据说明世界上万事万物无不相互联系、相互作用和相互转化。进一步说，世界上万事万物都具有同一性。这一结论又导致了另一个结论，生物系统、生命系统、人类社会系统和人的精神系统，其系统内部都是相互联系、相互作用和相互转化的，都具有同一性。其实，在门捷列夫发现元素周期律之前，人们就已经发现了细胞。后来，生物化学证明了构成细胞的基本组成物质是核酸和蛋白质。由此，就
10、构成了一个生命的链条：原子分子无机物有机物核酸和蛋白质细胞器官生命体。这一链条，指引人们达到这样的认识任何事物都可能是有结构的。换句话说，系统就意味着结构，这就有了系统科学能够成立的前提。然而，系统不仅意味着结构，而且意味着结构的变化，这就与达尔文的工作有关了。第四节达尔文人从洪荒中走来1831年，达尔文携带着赖尔的地质学原理和圣经，抱着神创论的观念，乘上贝格尔号军舰，开始了他的环球旅行。在这次著名旅行中，达尔文得到一个结论，成千上万的生物是由共同祖先进化来的，自然选择造成了这种进化，人则起源于猿猴。这一爆炸性的结论在20年后被发表，立即引起了轩然大波。激烈的反对和冲突，使这一结论广泛地传播，
11、并最终被人们所接受。达尔文证明了物种的可变性，而同时代的孟德尔则要证明物种的不变性。孟德尔得到了他的遗传定律。但孟德尔没有达尔文幸运，他的论文被人们所忽视，他的发现在整个19世纪里湮没无闻，直到20世纪初，德弗里斯等人重新发现孟德尔的遗传定律后，才使他在科学史上应有的地位得以确定。从达尔文和孟德尔以来，对生命起源和演化这一“永恒”的难题的研究，取得了极大的进展。这可被分为3个时期的研究；即前生物的“化学”时期；复制“个体”的自组织时期；个体物种进化时期。归结起来，也就是从存在到演化的研究。这就为系统演化提供了坚实的生物学证据。第五节冯诺依曼机器思维计算机的发明要比冯诺依曼早得多。在1833年，
12、英国的巴比奇设计了一台计算机。这台计算机采用机械传动，需要大量的齿轮、曲柄而且采用蒸气力传动，巴比奇耗尽了毕生的精力和大部分财产，终究未能把它制造出来。1945年底，莫尔研制小组制成了世界上第一台电子计算机。全机共用了18000多个电子管，共重30多吨，占地170平方米，耗电150千瓦。计算机确实是一个名符其实的“机器”。这时，冯诺依曼参加了莫尔小组的工作。他做了一件重要的事，就是把10进制改为2进制，用“0”和“1”的不同组合表示所有的数，因而也就建立了计算机发展史上的一个里程碑。计算机技术的发展，以及我们后面要讲的控制和通讯技术的发展，为系统科学提供了一个基本概念信息。第六节焦尔能量守恒系
13、统科学还有一个基本概念能量。19世纪的工业革命，蒸气机普遍使用，人们想提高蒸气机效率，就致力于热与功之间转换关系的研究；而科学视野的迅速扩展，最后也聚焦在“热与功之间的关系”这一核心问题上。1798年，伦福德发现在铜炮上钻眼会产生大量的热；1799年，戴维发现两块冰相互摩擦会使冰融化；1800年，伏特发明了电池，实现了化学能向电能的转化；同年，尼科尔逊用电池电解水，实现了电能向化学能的转化；1819年，奥斯特发现电流可使磁针偏转，实现了电能向机械能的转化；1831年，法拉第、享利各自发现电磁感应，表明机械能也可向电能转化；1821年，塞贝克发现温差电效应；1843年焦尔证明电流通过导线的热效应
14、，揭示了电与热的关系；19世纪初，李比希根据发酵之热认为动物的机械能和它们的体温可能来自所含物质的化学能。1840年，迈尔认为，人的体温是由食物化学能转化来的。食物经过消化，一部分转变为热，另一部分转化为体力，两者总量应是一个常数，同消化掉的食物量相当。1840年1850年，焦尔用水、汞、气体、铸铁、鲸鱼油等材料采用电、磁，机械和化学的方法，得到了热功当量。热功当量的测定，确立了一个至为重要的原理能量守恒原理。能量守恒原理包含着一个富有挑战性的思想，即可把社会和人看作是转换能量的机器。焦尔曾经这样写道：“的确，自然界的现象，无论是力学的、化学的，还是生命的现象，几乎全部处于通过空间的引力、活力
15、(请注意、即动能)与热之间不断的相互转换之中”。亥姆霍兹迈尔和李比希则更进一步认为：生物的机能可以用精确的物理和化学的术语进行描述。比如氧的燃烧、热的释放和肌肉的功。能量守恒原理不是关于能量的研究的全部，差不多与此同时，傅里叶给出了一个简单公式：热流与温度的梯度成正比。傅里叶公式有什么深意呢?他说明：能量虽然守恒，但热能的转移需要一个温度差!要有差别才有转移，能量的转移不过是一种差别的消灭，同时伴随着另一种差别的产生。这一哲学式的结论，恰恰预示着某个新型科学的开始。从这里，可以找到一条通往系统科学之路。第七节建立系统观念本讲内容对于管理学应用有什么直接启示？这种启示主要是观念上的，因为分析科学
16、的发展也证明了世界上万事万物都是相互联系的，没有绝对孤立的东西。那么，与管理有关的事物也是相互联系的，没有绝对孤立的东西。因此，应该建立系统观念。具体来讲，有以下启示1.克服局限思考从哥白尼的日心说的创立和被接受的过程可以看到，不仅个人有局限思考，人类整体也有局限思考。人类生活在地球上，每天看到的是日出日落、斗转星移，自然会产生地心说的观念，这是人类与生俱来的局限思考，这种局限思考，是哥白尼日心说引起轩然大波的重要原因。在今天，人类面临生存与发展的巨大挑战，而人类的各个部分正在以十分不同的声音和方式去回应这种挑战，从而使人类面临更大的挑战，这不能不说与人类的局限思考相关。在管理中，局限思考现象
17、比比皆是，彼得.圣吉在第五项修炼中举了个啤酒游戏的例子，啤酒销售的零售商、批发商和制造商，分别从各自的局限思考出发去做事，结果把事情搞得很糟糕。其实，在企业中，各部门从各自的局限思考出发去做事，把事情搞得很糟的情况很多；在市场中，企业从自己的局限思考出发去做事，从而导致失败的情况也很多。怎样克服局限思考？伽利略用望远镜观察天空，是改变看问题的方式。另外，改变看问题的角度也对克服局限思考有帮助。在第五项修炼中讲到太空飞行员在月球上看地球的情形，使人震撼“在月球上看地球，地球变成如此微不足道，你甚至可以用拇指遮住这个小点。但这个蓝色的小点，对你而言就是一切。所有人类的历史文明、诗歌音乐、游戏欢乐、
18、生死爱恨、战争迫害，都发生在你可以拇指盖住的这个小点上。”“借着在太空中飘浮，史维加特发现系统思考的一些基本原理。但是他发现的方式不是多数人能经历的直接体验地球是一个不可分割的整体，正如我们每个人也是不可分割的整体。大自然（包括我们在内）不是由整体之中的各个部分所组成的，它是由整体中的整体所构成的。”2.建立联系观念孤立的元素间有什么联系呢？但门捷列夫就是要从中找联系，他的老师齐宁训斥他“不务正业”，但事实证明门捷列夫是对的。在管理中，联系观念应该成为一种信念，管理人就是要在看似无关的事物间寻找联系。以下这些话可以当做格言每个管理人周围都有成千上万种联系，大量未知的,复杂的,不确定的联系中,隐
19、含着财富。发现一种未知的联系,犹如网上点击一次，点击一次,就是一片新天地!创业的实质是创造，而创造的实质是发现新的联系。机会无所谓有,也无所谓无,只要用心去找,任何时候都有机会的。机会存在于未知的,复杂的,不确定的联系之中。3.建立同一观念“同一”这个概念，似乎很抽象，但也很具体。在你感到抽象的时候，就想一想原子，核酸、蛋白质和细胞。世界上万事万物千差万别，但都由原子组成，都同一于原子；生命那么复杂，但都由核酸、蛋白质和细胞组成，都同一于核酸、蛋白质和细胞。那么，管理系统也应该有其同一性。其实，管理人天天都跟同一性打交道，比如与人谈判，达成协议的条件必须是双方可接受的，这就是双方的同一性。4.
20、建立发展观念达尔文和孟德尔以及后来的科学家关于生命起源、演化和发展的研究，启示我们去建立发展的观念。关于管理系统的发展问题，留给有兴趣的读者去思考。5.建立简单观念在人们的眼里，科学是很复杂的，这其实是误解。应该说，科学是很深刻的，惟其深刻，人们才觉得其复杂。其实科学是很简单的，简单性是科学研究的一个原则。牛顿说过“自然界喜欢简单化，而不爱用什么多余的原因以夸耀自己”。爱因斯坦说“一种理论的前提的简单性越大，它所涉及的事物的种类越多，它的应用范围越广，它给人们的印象也就越深”。在牛顿以前，人类积累了大量的天文数据资料，发现了那么多具体定律，牛顿却把它全部概括在几个简单的公式里；在门捷列夫以前，
21、人类积累了大量的化学元素资料，发现了那么多化学经验规律，门捷列夫却把它全部概括在一张表里；人类关于计数的方法那么多，冯诺依曼却用“0”和“1”作为计算机的基础；能量的形式那么多，能量守恒原理却把它们全部概括了。可见自然界喜欢简单化，科学追求简单。目前,管理学正朝着分化与综合两个方向迅猛发展,发展的结果,将出现一次新的综合,这种综合将是更深刻的，但也是更简单的。对于管理人，追求思维的深刻和简单，是一个长期的修养目标。6.建立量化观念能量守恒原理的发现，启示我们去建立量化的观念。在管理模式中，有一种模式是专门从会计的角度来考虑管理问题，系统工程也是从定量角度进行系统规划，虽然管理不可能完全量化，但
22、应尽可能量化。至少管理人在心理上不要拒斥量化。第八节实践与思考1.为了加深对本讲的理解，可以联系管理实践和管理咨询实践(自己的和别人的)，具体写一些案例，围绕克服局限思考，建立联系观念、同一的观念、发展观念、简单观念、量化观念等问题，探讨管理和管理咨询成功和失败的原因。2.思考题(1)可否把企业看作机器？(2)企业发展与生命发展有何不同(相同)之处？(3)怎样寻找你与谈判对手的同一性？(4)怎样使你的管理方案简单化？3.训练(1)在工作中有意识地训练自己，尽可能使管理用语简单明确。(2)把你在管理和管理咨询中遇到的问题尽可能量化，看这些量能给你些什么启示。第二讲熵是什么？熵这个字眼人们已经不大
23、陌生了，大家都在谈论熵，无论是理论物理学家还是人文科学工作者。在管理界，也有人在谈论熵。但如果要问，熵是什么？恐怕没有几个人说得清楚。熵在人们眼里是一个深奥的、略带神秘感的字眼，甚而至于在日常生活中，人们使用熵这个字眼，都成了学问高深的像征。关于熵的学问确实高深，不过，这种高深的学问却来自于19世纪初叶的一个非常现实的课题怎样提高蒸汽机的效率？我们就从这个课题开始讨论。第一节推动蒸汽机要有温度差第二节能够制造出第二类永动机吗？第三节蒸汽机的最大工作效率是多少？第四节熵出场第五节熵的用途第六节熵究竟是什么？第七节克劳胥斯遭遇达尔文?第八节寻找管理的本源第九节实践与思考1.学习本讲，主要是弄清楚混
24、乱度的来历，建立混乱度概念。2.思考题(1)熵、混乱度与复杂程度间有什么关系？(2)混乱度的大小能不能用来判断管理系统的运动方向？(3)混乱度在管理中可能有什么用？第十节补充材料复杂性是管理的基本问题之一第三讲混乱度在管理中的应用在上一讲说明了熵与混乱度来龙去脉的基础上，本讲集中讨论混乱度在管理中的应用。我们一再强调，熵增原理只适合于孤立体系。管理所面对的是开放体系，我们不能用熵增原理来判断管理系统的运动方向。但是，熵作为混乱度，无论在孤立体系还是开放体系中，都是系统的一个基本性质。因此，它在管理中具有多方面的应用(在用语上，以下我们均采用“混乱度”的说法)。管理就是与混乱度打交道。因为机构设
25、置是否合理；企业运作是否有序；决策、计划是否得当；控制是否有效；目标是否整合；共同愿景是否建立；人际沟通是否改进；流程创新是否有益等等，都与混乱度密切相关。管理的敌人是混乱度；管理的朋友也是混乱度。管理就是与混乱度作战，既要控制它，又要利用它。在管理中，混乱度在两个方面得到应用。一是混乱度作为管理概念得到应用；二是混乱度作为管理指标得到应用。混乱度作为管理概念是定性的，即管理人在管理中要把混乱度作为管理思考和实施管理的一个基本概念。混乱度作为管理指标是定量的，即管理人在管理中要把混乱度作为管理思考和实施管理的一个基本指标。下面先来讨论混乱度作为管理概念的应用，然后讨论混乱度作为管理指标的应用。
26、第一节如何确定管理幅度第二节会议怎样才有效率？第三节运筹学在什么情况下应用最有效？第四节管理漏洞是怎样形成的第五节管理方式与混乱度第六节扯皮的由来第七节愿景怎能共同？第八节煮青蛙的真正原因第九节好产品为何卖不走？第十节决策的信息困惑第十一节春的管理与秋的管理第十二节混乱度与人生第十三节混乱度的直观判断第十四节混乱度作为管理指标的应用第十五节实践与思考1.学习本讲，主要是在思想上接纳混乱度，将其作为管理思考中常用的一个概念。学会用混乱度来观察、分析和解决企业运作问题。2.思考题(1)您清楚您的企业中各部门混乱度的情况吗？(2)请举一两个混乱度过大导致企业管理失控，以致经营失利的例子，并做简单分析
27、。(3)请举一两个混乱度过小导致企业活力减少，科层化现象严重，从而使企业经营不善的例子，并做简单分析。(4)请在本讲中谈到的14个方面的问题中，选一两个问题，做一个控制混乱度的解决方案。(5)除了本讲中谈到的14个方面的问题外，混乱度在管理中还有多方面的应用，请您略举一二。第四讲耗散结构与组织存在的理由这是个信息爆炸的时代，每个人只能吸取有限的信息。我们精力有限，应该惜时如金、惜墨如金。从第四讲到第六讲，我们试着来做这样一个工作，即怎样从管理学角度来提纲挈领地把握系统科学庞大、深刻而复杂的体系。我们希望在你仔细学习了这几讲以后，对系统科学及其在管理中的应用有一个总体的理解，并为你今后进一步深入
28、学习和研究提供一个出发点(原点)。要强调，本讲涉及许多科学名词，你应硬着头皮读下去，不必深入去理解，先接纳它们，然后慢慢去体会其中的深刻含义。系统科学是一个学科群，由于系统的复杂，人们可以从不同角度对系统进行研究，从而形成各种系统科学学科。由于系统科学学科庞大而复杂，如果我们按学科一门一门地做介绍，就可能不得要领，弄不清他们在系统科学中的地位和在管理学中的应用前景。怎么办呢？系统科学学科无论怎样庞大而复杂，它总是围绕系统来进行研究的，而在远离平衡时，系统出现耗散结构，而且企业组织是耗散结构，故我们就以耗散结构的形成和发展为核心，从各系统科学学科研究对耗散结构形成和发展的意义来做介绍，这样，既可
29、明了各系统科学学科的关系，又突出了各系统科学学科研究的重点和主要成果。一、耗散结构的发现第一节克劳胥斯和达尔文矛盾在第二讲熵是什么？中，我们已谈到了克劳胥斯和达尔文的矛盾。克劳胥斯的热力学第二定律意味着:孤立体系总是向无序方向运动!达尔文的生物进化论则意味着:生物不断从无序走向有序!这两种说法谁对呢？应该说都对。但是，克劳胥斯怎样向达尔文解释?他解释不了。不过，有一点区别是大家都清楚的，即热力学第二定律是就孤立体系而言的，而生物进化是在开放体系中进行的。孤立体系和开放体系当然不同，故而结论也就不同。这自然就引出一个问题，在开放体系中，热力学第二定律还成不成立？熵还能不能用来判断体系运动的方向？
30、为了回答这些问题，比利时科学家普里戈金和他的研究集体进行了近20年的探索，最终发现在开放体系中，存在一类人类原来没有注意到的结构耗散结构，从而建立了耗散结构理论，并因此荣获1977年度诺贝尔化学奖。什么叫耗散和耗散结构呢？耗散指的是物质和能量的耗散。物质和能量都是守恒的，故物质和能量的耗散不是指物质和能量的消失，而是指物质和能量状态的改变，即从低熵状态转变为高熵状态。耗散结构也可说是不断消耗低熵状态的物质和能量来维持的结构。耗散结构是一类有序结构。有序结构可以分成两类，一类是晶体结晶形成的结构，这种结构的形成一般依靠降低系统原有能量，而且要尽量减少外界对系统的影响，形成结构以后也只有在外界不影
31、响时，结构才能保持，这种结构一般称为平衡结构。另一类是耗散的有序结构，耗散结构不仅在形式上与平衡结构不同，而且在形成机制、维持结构稳定上也与平衡结构不同。耗散结构是活的结构，因此结构形式除了与平衡一样有空间有序结构外，还存在时间有序结构(某个物理量随时间周期振荡)，时-空有序结构(某个物理量随时间、空间周期变化)等，比平衡结构丰富得多。耗散结构概念将不同领域系统演化过程中出现的有序结构统一起来，找出了它们的产生、维持都依赖于外界物质和(或)能量的供给这一特点，使得有可能统一处理。耗散结构除了上述三种形式外，还有功能结构。功能结构指系统具有某种新的功能，特别是在系统演化过程中某些组织结构没有变化
32、或变化不明显，而其功能发生了变化，故而采用功能结构来讨论。耗散结构对管理有什么意义呢？因为任何企业组织都是耗散结构，而广义来讲，地球、生物、生物圈、人类、人类社会、人类社会的组织、每个人和每个人的精神都是耗散结构，因此，有必要对耗散结构进行讨论。第二节从熵到“超熵产生”要讨论耗散结构，就要涉及一些新概念，这是通向耗散结构的一些路标，我们可以只问结果，不管过程，但知道一点耗散结构的来龙去脉，对应用是有好处的。在第二讲熵是什么？中，我们已给出熵增原理，即在孤立体系中，熵0，这是一个不等式。要在开放体系中用熵来判断体系运动的方向，就要具体来算一算在开放体系中熵的变化情况，这就要寻找一个关于熵的等式来
33、代替不等式。这种计算比较麻烦，要涉及局域平衡假设、连续性方程、质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程、熵平衡方程等，我们可以不去管它。不过这样算来算去，就找到了两个新的量，叫“熵产生”和“超熵产生”。故名思义，这两个新的量都与熵有关。第三节从线性到非线性在人们说到耗散结构时，常用到线性和非线性两个词，这是什么意思呢？在一个系统中，总是存在物质、能量的流动，这些物质流、能量流统称为广义流；广义流的流动需要推动力，和推动力有关的因子统称为广义力。广义力是原因，广义流是结果。线性和非线性是指的广义流和广义力之间的关系。如果系统中广义流和广义力之间呈线性关系，就称为线性系统。如果系统中广义流和广义力
34、之间呈非线性关系，就称为非线性系统。第四节平衡与非平衡平衡是系统中的变量处于常量的状态。非平衡是系统中的变量不是常量的状态。如市场供求平衡，物价稳定，这是经济系统的平衡状态；而市场供求不平衡，引起物价波动，这是经济系统的非平衡状态。按广义流和广义力之间关系分，广义力和广义流均为零的系统是平衡系统，广义力和广义流不为零的系统是非平衡系统。第五节热力学发展的三个阶段根据系统中广义力和广义流的关系，就区别了热力学发展的三个阶段。第一个阶段是平衡态热力学，其特征是广义力和广义流均为零。适用于孤立体系，可用“熵”来判断体系运动的方向。平衡态热力学已经成熟。第二个阶段是线性非平衡态热力学，其特征是广义力和
35、广义流之间呈线性关系。适用于物质、能量等的线性非平衡系统。可用“熵产生”来判断体系运动的方向。线性非平衡态热力学已经比较成熟。第三个阶段是非线性非平衡态热力学，其特征是广义力和广义流之间呈非线性关系。适用于非线性非平衡系统，可用“超熵产生”来判断体系运动的方向。非线性非平衡态热力学还不成熟。耗散结构只能存在于非线性非平衡系统中。第六节系统运动方向的判据为什么可用“熵产生”来判断线性非平衡系统运动的方向？为什么可用“超熵产生”来判断非线性非平衡系统运动的方向？这涉及人类关于系统稳定性的研究。什么叫稳定性？我们先从生物学研究开始讨论。十九世纪末和二十世纪初，法国生理学家贝纳德发现，一切生命组织都有
36、一个奇妙的共性，这就是它们的内环境(如体内液床，血浆、淋巴)在外界发生改变时能够保持稳定不变。贝纳德曾以哲学家的口吻写道：“内环境的稳定性乃是自由和独立生命的条件”。本世纪三十年代，稳态对于生命系统的重要性再次由美国生理学家坎农提出。坎农发现，象有机体这样复杂的组织系统似乎是生活在一个奇怪的悖论之中。一方面有机体作为整体存在需要一系列十分严酷的内部条件。然而另一方面，这些维持生命所需的内部条件却又是处于一系列内部和外部干扰之中的。然而生命却可以有惊人的能力来克服条件的多变性和内环境要求恒定之间的矛盾。坎农曾颇为感叹地写道：“当我们考虑到我们的机体的结构的高度不稳定性，考虑到机体对最轻微的外力所
37、引起的纷乱的敏感性，以及考虑到在不利情况下它的解体的迅速出现等情况时，那么对于人能活几十年这类情形似乎是令人不可思议的”。由此，坎农认为任何生命组织都必须具有一种基本的性质。这就是组织内部必须是“稳态”。他指出，虽然有机体任何一部分存在所必须的条件每时每刻处于干扰之中，但有机体具备这样一种能力：那些条件一旦发生偏离，偏离会迅速得到纠正。比如动物体温必须控制在3640之内，当动物体温偏离正常值时，动物马上出现一系列反应，可以使温度重新回到恒定值。对于其他种种条件的恒定也是同样，坎农把它们称为内稳态。与生物学研究类似，在自动控制理论中，有关于“系统稳定性”的研究。所谓系统稳定性，是指系统受到扰动后
38、其运动能保持在有限边界的区域内或回复到原平衡状态的性能。这个问题在数学上，就变成微分方程的解的稳定性研究。关于微分方程的解的稳定性研究很多，其中有个好方法是1892年由俄国人李雅普诺夫发明的，叫李雅普诺夫第二法。李氏第二法是从能量观点出发得来的。他指出：若系统有一个平衡点，则当系统运动至平衡点时，则系统积蓄的能量必达到一个极小值。由此，李亚普洛夫创造了一个辅助函数，可以用它来衡量系统储存的能量，因此，应用李氏稳定理论的关键在于能否找到一个合适的辅助函数，这一函数通常称之为李亚普洛夫函数。不过，寻找李亚普洛夫函数并没有普适的方法,要靠经验和技巧，这在逻辑严密的数学中也算一件奇特的事。在普里戈金寻
39、找非平衡非线性区系统稳定性的普适性判据时，李亚普洛夫函数扮演了一个重要角色。因为广义流和广义力之间的关系可表述成一个微分方程，这个微分方程的解的稳定性怎么样呢？这就要找一个李亚普洛夫函数，普里戈金学派发现在线性区，“熵产生”可以看作一个李亚普洛夫函数；而在非平衡非线性区，“超熵产生”可以看作一个李亚普洛夫函数，这样，“熵产生”就可用来判断线性非平衡系统运动的方向；“超熵产生”就可用来判断非线性非平衡系统运动的方向。第七节远离平衡与耗散结构耗散结构只能存在于非线性非平衡系统中，但并不是所有非线性非平衡系统都可以出现耗散结构。耗散结构只有在远离平衡的时候才能出现。什么叫远离平衡？系统离开平衡态的距
40、离该怎样来恒量？系统离开平衡态的距离与“超熵产生”有关。“超熵产生”的正负性决定系统中的各种控制参数，而控制参数的值反映系统受外界控制的程度，因此也可反映系统离开平衡态的程度。当控制参数为零或很小时，系统总是趋向于平衡态或与平衡态有类似行为的非平衡定态，并总是伴随无序的增加。当控制参数增长到某个临界值时，系统状态可以发生突变，导致宏观结构的形成和宏观有序的增加。这就是耗散结构。在系统状态发生突变时，系统可能发展到的有序状态通常不止一种，而是有两种或多种，这些有序状态叫耗散结构分支，几个分支组成的图案很像一把叉子，故这类现象又叫分叉。由上可见，系统离开平衡态的距离是用控制参数来恒量的，控制参数愈
41、大，系统离开平衡态的距离就愈大，而耗散结构只有在控制参数足够大，并达到某个临界值时才会出现，所以说远离平衡是耗散结构出现的前提条件。第八节高级分支与系统适应能力的产生如果系统进一步远离平衡，系统将会出现高级分支。高级分支使系统出现复杂的时空行为，带来了“历史”和“记忆”以及系统在不同耗散结构状态间互相跃迁的现象。如果系统有自动调节控制参数的能力，则不同耗散结构状态间的互相跃迁使系统具有某种适应外界环境的能力。第九节高级分支与混沌的出现当系统足够远离平衡时，随着高级分支的发生，系统会出现混沌区，关于混沌问题，以后还要讲到。此时的混沌当然是一种新的无序，这告诉人们，宏观有序组织必须在远离平衡时才会
42、出现，但过份远离平衡又会出现新的无序，故宏观有序组织必须维持在适当远离平衡的状态。第十节关于结构、稳定性和涨落的科学虽然普里戈金发现在非线性非平衡系统中可能产生耗散结构，但在热力学水平上，耗散结构还仅仅是一种概念，仅仅是一种在远离平衡时可能出现的东西，要具体地证实它们的存在并揭示它们的行为必须涉及动力学过程。这就形成耗散结构理论的第二个部分，即关于结构、稳定性和涨落的科学。结构、稳定性和涨落的科学探讨耗散结构形成的条件和原因，这些条件和原因归结如下1.系统包含大量基元甚至多层次的组分。2.系统必须开放。3.系统处于远离平衡状态。4.系统包含适当的非线性反馈。5.涨落触发耗散结构形成。6.耗散结
43、构形成总与某种突变相关。什么叫涨落？涨落是系统处于平衡态时，某些物理量值在其平均值附近做无规则的微小变动的现象。涨落是随机的，没有确定的方向，没有准确的发生时间，随时都可以发生。在远离平衡时，微小涨落的放大有可能使系统突变而进入耗散结构分支。耗散结构形成也可叫做合作现象或自组织现象，因为它们好象是体系内部各单元自己组织起来合作行动的结果。在这种现象中，涨落行为起着决定性的作用。因此，结构、稳定性和涨落的研究是耗散结构理论研究的核心问题。普里戈金学派对此进行了广泛的研究。第十一节实践与思考1.学习本讲，不需要弄清楚耗散结构理论发展的细节，而只需要知道耗散结构理论的来历，对各种名词，不必深入去了解
44、，先接纳它们，然后理一理耗散结构理论发展的逻辑过程，从而对耗散结构有一个大体印象。2.学习本讲，应尽可能熟悉耗散结构形成的六个条件和原因，并尽可能将其与管理系统相联系，因为这六个条件和原因是“系统科学应用于管理”要涉及的中心问题。2.思考题(1)什么叫耗散和耗散结构？(2)线性和非线性指的什么？(3)什么叫平衡、非平衡？(4)什么叫远离平衡？系统离开平衡态的距离该怎样来恒量？(5)李亚普洛夫函数有什么用？(6)熵、熵产生和超熵产生可分别用来判断什么系统的运动方向？(7)什么叫分叉和高级分支？(8)宏观有序组织为什么必须维持在适当远离平衡的状态？(9)什么叫涨落？(10)耗散结构形成的六个条件和
45、原因是什么？怎样将其与管理问题相联系？第五讲耗散结构与系统科学学科在第四讲中，已经指出了耗散结构形成的条件和原因，有以下几方面1.系统包含大量基元甚至多层次的组分。2.系统必须开放。3.系统处于远离平衡状态。4.系统包含适当的非线性反馈。5.涨落触发耗散结构形成。6.耗散结构形成总与某种突变相关。另外，耗散结构的发展与高级分支、非线性反馈、涨落和突变等密切相关。我们就围绕这些方面来对各系统科学学科做介绍。从而明了各系统科学学科对于耗散结构的形成、稳定和发展规律作了哪些揭示，这些揭示对于人类了解耗散结构有些什么启示，从而为在企业管理中综合应用它们准备条件。第一节耗散结构与系统学1.系统学系统学创
46、始人贝塔朗菲1901年生于奥地利维也纳一个富有家庭。他的前半生也主要在维也纳度过，第一次世界大战毁坏了他的家产，生活贫困。他在学术上也怀才不遇，他的著作被说成“信笔涂抹”，他被指责为“最愚蠢的人”。贝塔朗菲1937年去美国工作，在芝加哥大学的一个讲习班上，第一次宣布了“一般系统学”思想。但第二次世界大战使他又回到维也纳，战后生活很惨，战火烧毁了他家的一切，许多手稿也都烧毁了。1949年他又去了加拿大，受聘于渥太华大学，重新开始系统学研究，时年48岁。五年后，他受聘于美国斯坦福大学，成为一生的转折点，而后，他进一步研究系统学，与一些科学家一起创立了系统论学会、主编一般系统年鉴，进行心理生理学和神
47、经病学研究，成为国际著名科学家，1972年逝世，享年71岁。系统学分为一般系统学和广义系统学。在西方科学发展史上，人们往往倾向于将一切现象最终归结为基本单元的运动的组合。而贝塔朗菲认为：现象不能分解为局部的事件。也就是说，现代科学中仅考察各自孤立的部分，不可能理解各级系统。这些见解导致了一般系统论的提出。它的主题是寻找适用于一般化的系统或者它们的子级模型、原理和定律。一般系统论可以定义为：关于整体的一般科学。一般系统论有以下五条宗旨：1.各种不同的学科，包括自然科学和社会科学，有着走向综合的普遍趋势。2.这样的综合看来要以一般理论为中心。3.这样的理论可能成为非物理领域的科学走向精确理论的一种主要方法论工具。4.这一理论通过寻找出能统一横贯于单个科学的共性的原理，可使我们更接近于科学大统一的目标。5.这一理论能导致迫切需要的综合科学教育。一般系统论强调，描述一个系统，不仅要知道各个要素，而且还要知道它们之间的关系。知道要素和关系，就可能从组成部分的行为推导出这个系统的行为。因此，一般系统论认为，从系统的概念和一组合适的命题就能推导出系统的特性和原理。一
