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协同论概述
时间:2020-06-30新闻来源:致远协同研究院浏览量:16440

协同思想源远流长,但作为系统的协同理论形成于上个世纪 70 年代联邦德国斯图加特大学教授、著名理论物理学家 H • Hake 所创立的协同学(synergetics)。它主要研究远离平衡态的开放系统在与外界有物质或能量交换的情况下,如何通过自己内部协同作用,自发地出现时间、空间和功能上的有序结构。协同论以现代科学的最新成果——系统论、信息论、控制论、突变论等为基础,吸取了结构耗散理论的大量营养,采用统计学和动力学相结合的方法,通过对不同领域的分析,提出了多维相空间理论,建立了一整套的数学模型和处理方案,在微观到宏观的过渡上,描述了各种系统和现象中从无序到有序转变的共同规律。 

由于协同学作为一门以研究完全不同的学科中共同存在的本质特征为目的的新的横断学科,在许多学科领域中得到广泛应用,涉及物理、数学、化学、医学、生态、工程、经济等众多领域。例如,物理方面的超导和磁场的相变、激光的相干振荡以及流体力学中的贝纳德现象等;化学方面的物质自催化、化学钟的振荡、化学耗散、化学非平衡相变,以及各种化学波和螺线的形成;生态学方面的捕食者与被捕食者群体的消长关系和生物的形态形成;社会学方面的社会舆论形成的随机模型、大众传播媒介的作用、社会体制等问题;经济学中对国家控制的优劣分析、城市发展、经济的繁荣与衰退、技术革新和经济事态的发展,等等。近年来在管理学领域中也引起了许多学者的广泛关注,协同已经成为现代企业管理的必然要求。随着生产力发展和科技进步,现代企业管理系统所具有的规模大、层次多、分工细、关系复杂、目标多样、信息量激增等特征越来越明显,是典型的复杂系统工程,需要有关单位、部门及众多资源共同参与和密切协作。所以,协同是现代企业管理系统复杂化、高效化、自动化的客观要求,是企业自组织的形式和手段,也是企业系统自我完善自我发展的根本途径。 

协同论的主要内容 

协同论的主要内容包括相关概念与原理,具体内容如下:

(1) 序参量 

序参量是协同学中最重要的概念,哈肯用序参量来解释系统有序演化的过程和机制。

如果某个参量在系统演化过程中从无到有地变化,并且指示新结构的形成,反映新结构的有序程度,它就是序参量。序参量不是系统中某个占据支配地位的子系统,而是大量子系统集体运动的宏观整体模式的有序程度的参量。它一方面是系统内部大量子系统相互竞争和协同的产物,另一方面又起着支配或役使各子系统的作用,主宰着系统整体演化发展的过程。序参量和子系统的关系可以如图所示: 

图 1 序参量与子系统的关系图

上图1表明,序参量和系统各子系统之间的关系是相辅相成的。一方面,序参量是各子系统相互作用而产生的;另一方面,序参量在临界状态下起着支配子系统行为的作用。 

序参量的基本特征是:序参量是宏观参量,是微观子系统集体运动的产物、合作效应的表征和量度;序参量是通过各个部分的协同作用产生的,而它一旦形成,便成为系统的控制中心,支配各子系统的行为,决定整个系统的有序结构和功能行为,主宰系统的整体演化过程。 

(2) 快变量与慢变量 

协同学把表征子系统状态及它们耦合的所有量的临界行为分为两类,即快变量和慢变量。快变量是指在临界处阻尼大、衰减快的快豫驰参量,他们虽然在临界过程中此起彼伏、活跃异常,但它们对系统演化的整个进程没有明显的影响,处于次要地位;慢变量是指在临界处由于平衡状态的破坏,某种偶然的因素就会导致临界涨落,其中一个或几个变量会产生临界慢化,出现临界无阻尼现象,它们不仅不衰减,而且决定了系统相变的形式与特点,决定或支配了其他变量的变化,进而推动系统走向新的有序,这种变量被称为慢变量。

慢变量与快变量是相互联系、相互作用的,它们各自都不能独立存在。 

(3) 协同效应 

“协同”亦称协同作用。协同效应是指由于协同作用而产生的结果,是指复杂开放系统中大量子系统相互作用而产生的整体效应或集体效应(《协同学引论》)。对千差万别的自然系统或社会系统而言,均存在着协同作用。协同作用是系统有序结构形成的内驱力。

任何复杂系统,当在外来能量的作用下或物质的聚集态达到某种临界值时,子系统之间就会产生协同作用。这种协同作用能使系统在临界点发生质变产生协同效应,使系统从无序变为有序,从混沌中产生某种稳定结构。协同效应说明了系统自组织现象的观点。 

(4) 伺服原理 

伺服原理用一句话来概括,即快变量服从慢变量,序参量支配子系统行为。它从系统内部稳定因素和不稳定因素间的相互作用方面描述了系统的自组织的过程。其实质在于规定了临界点上系统的简化原则——“快速衰减组态被迫跟随于缓慢增长的组态”,即系统在接近不稳定点或临界点时,系统的动力学和突现结构通常由少数几个集体变量即序参量

决定,而系统其他变量的行为则由这些序参量支配或规定,正如协同学的创始人哈肯所说,序参量以“雪崩”之势席卷整个系统,掌握全局,主宰系统演化的整个过程。

(5) 自组织原理 

自组织是相对于他组织而言的。他组织是指组织指令和组织能力来自系统外部,而自组织则指系统在没有外部指令的条件下,其内部子系统之间能够按照某种规则自动形成一定的结构或功能,具有内在性和自生性特点。自组织原理解释了在一定的外部能量流、信息流和物质流输入的条件下,系统会通过大量子系统之间的协同作用而形成新的时间、空间或功能有序结构。运作方式是在系统从稳定态向非稳定态过渡的过程中,慢变量起了决定的作用,而当系统达到不稳定状态时,只有在快变量的作用下才能使系统达到一个新的稳定状态。如果原来的稳定状态是一个无序状态,那么这个新的稳定状态就意味着有序的产生和形成;如果原来的稳定状态已经是一个有序状态,那么新的稳定状态就意味着更新的有序状态的出现,意味着系统的进化。伴随着这种有序结构的产生、发展,两类变量相互联系、相互制约,表现出一种协同运动,这种协同运动在宏观上则表现为系统的自组织现象。

编者按:本期视点刊发了鲍剑勇教授拜访哈肯教授之后撰写的文章,哈肯教授是协同论的创建人之一,为了让读者更好地了解协同论的相关内容,我们特地在此编发这篇概述文章,以供参考。

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