浅析协同学理论在物流中的应用.ppt

浅析协同学理论在物流中的应用浅析协同学理论在物流中的应用 主要参考文献：主要参考文献：l[1]赫尔曼 哈肯. 协同学——自然成功的奥秘 . 上海科学普及出版社, 1988.l[2]赫尔曼 哈肯. 高等协同学 . 科学出版社,1989.l[3] 鄢飞,董千里.物流网络的协同效应分析.北京交通大学学报(社会科学版),2009(1):28-32.l[4]黄晓伟,何明升.供应链协同的自组织演化模型研究.南京理工大学学报(自然科学版),2010(2):116-119.本文结构：本文结构：l一、协同学基本原理l （1）协同学产生的历史背景l （2）协同学定义 l （3）协同学研究对象 l （4）协同学的基本思想l （5）协同学两种趋向l （6）协同学基本概念l （7）协同学发展趋势l二、协同学在物流领域中的应用l （1）协同学应用于物流研究的角度l （2）协同学模型一、一、协同学协同学基本原理基本原理（（synergetics）） （（1））协同学产生的历史背景协同学产生的历史背景l协同学是由原西德斯图加特大学理协同学是由原西德斯图加特大学理论物理学教授哈肯（论物理学教授哈肯（H.Haken）创）创立立。

l哈肯在哈肯在20世纪世纪60年代致力于激光研年代致力于激光研究，由于受到激光现象的启发，他究，由于受到激光现象的启发，他于于1969年开始转向协同学理论的创年开始转向协同学理论的创思和构建思和构建赫尔曼·哈肯l1971年，最初提出年，最初提出“协同学协同学”这一概念这一概念l1977年年，，出版出版《《协同学导论协同学导论》》l1988年，出版《高等协同学》，这标志着协同学作为年，出版《高等协同学》，这标志着协同学作为一门新兴横断学科的诞生一门新兴横断学科的诞生 这一理论提出后这一理论提出后立即立即引起了国际理论物理、理论生物、化工、医学、工程引起了国际理论物理、理论生物、化工、医学、工程应用，以及社会学界的极大兴趣应用，以及社会学界的极大兴趣l1981年美国富兰克林研究院鉴于他在协同学方面的开年美国富兰克林研究院鉴于他在协同学方面的开创性工作，授予他迈克尔逊奖章创性工作，授予他迈克尔逊奖章 l1984年他被授予联邦德国功勋科学家称号年他被授予联邦德国功勋科学家称号（（2）协同学）协同学定义定义l协同学是以现代最新的一些科学理论（如信协同学是以现代最新的一些科学理论（如信息论、控制论、突变论等）为基础，采用适息论、控制论、突变论等）为基础，采用适用范围很广的统计学和动力学相结合的方法，用范围很广的统计学和动力学相结合的方法，通过分析类比，建立了一整套数学模型和处通过分析类比，建立了一整套数学模型和处理方案，来描述各种系统和运动现象中从无理方案，来描述各种系统和运动现象中从无序到有序转变的共同规律的一门新兴学科。

序到有序转变的共同规律的一门新兴学科（（3）协同学）协同学研究对象研究对象l协同学是研究由不同性质的协同学是研究由不同性质的大量子系统大量子系统（诸如（诸如电子、原子、分子、细胞、神经元、力学元、电子、原子、分子、细胞、神经元、力学元、光子、器官、动物乃至人类）所构成的各种系光子、器官、动物乃至人类）所构成的各种系统统（（4））协同学的基本思想协同学的基本思想Ø从系统内部寻找有序源泉从系统内部寻找有序源泉Ø系统的行为并不是其子系统行为的迭加，而是系统的行为并不是其子系统行为的迭加，而是由子系统的相互作用调节和组织起来的由子系统的相互作用调节和组织起来的Ø涨落导致有序涨落导致有序Ø自组织是系统有序化的内在根据自组织是系统有序化的内在根据（（5）协同学）协同学两种趋向两种趋向l我们所研究的系统，总是朝着相反的两个方向我们所研究的系统，总是朝着相反的两个方向发展或演化：发展或演化：l一种趋向一种趋向是从有序状态自发的向无序状是从有序状态自发的向无序状态变化态变化（（孤立系统的热力学第二定律指明了这种趋向孤立系统的热力学第二定律指明了这种趋向））l另一种趋向是另一种趋向是在一定的条件下系统可以从无序在一定的条件下系统可以从无序突变到有序状突变到有序状态（态（平衡相变和非平衡相变就描平衡相变和非平衡相变就描述了这种趋向述了这种趋向））（（6）协同学）协同学基本概念基本概念l非平衡相变：我们把远离平衡时系统从无序向非平衡相变：我们把远离平衡时系统从无序向有序结构的转变过程称为有序结构的转变过程称为“非平衡相变非平衡相变”。

l非平衡相变的实质非平衡相变的实质——耗散结构理论耗散结构理论l耗散结构理论：是指一个远离平衡态的开放系统（力耗散结构理论：是指一个远离平衡态的开放系统（力学的、物理的、化学的、生物的、社会的等等）通过学的、物理的、化学的、生物的、社会的等等）通过不断地与外界交换物质和能量，在外界条件的变化达不断地与外界交换物质和能量，在外界条件的变化达到一定阈值时，就可能从原有的混沌无序状态过渡到到一定阈值时，就可能从原有的混沌无序状态过渡到一种在时间上，空间上或功能上有序的规范状态一种在时间上，空间上或功能上有序的规范状态6.1、涨落、涨落l系统系统自发地偏自发地偏离某一平衡态（点）的现象，称为涨离某一平衡态（点）的现象，称为涨落l当系统处当系统处于稳定状态时于稳定状态时，这种涨落的幅度与宏观量，这种涨落的幅度与宏观量相比是很小的，并且衰减又快，因此常常可以把它相比是很小的，并且衰减又快，因此常常可以把它忽略l当系统当系统刚刚进入临界点时，子系统间的各种可能的刚刚进入临界点时，子系统间的各种可能的耦合相当活跃，而且这些局部耦合所形耦合相当活跃，而且这些局部耦合所形成的涨落不成的涨落不断冲击这系统，由于系统的无序和混乱就使涨落相断冲击这系统，由于系统的无序和混乱就使涨落相对的变大。

对的变大6.2、快弛豫参量与慢弛豫参量、快弛豫参量与慢弛豫参量l很多涨落得不到其它大多数子系统的响应便表很多涨落得不到其它大多数子系统的响应便表现为阻尼大而很快衰减下去，这种涨落的内容现为阻尼大而很快衰减下去，这种涨落的内容就是就是快弛豫参量快弛豫参量l那个得到大多数子系统很快响应的涨落，由局那个得到大多数子系统很快响应的涨落，由局部波及系统，得到放大，成为推动系统进入新部波及系统，得到放大，成为推动系统进入新的有序状态的巨的有序状态的巨涨落涨落，这种涨落的内容就是出，这种涨落的内容就是出现临界无阻尼的现临界无阻尼的慢弛豫参量慢弛豫参量l慢弛豫参量是主宰系统最终慢弛豫参量是主宰系统最终结构和功能的有序结构和功能的有序度的序参量度的序参量6.3、序参量、序参量 怎样才能有效地描述系统怎样才能有效地描述系统的实际状态和结的实际状态和结构并进行研究系统演化中的共同性特征呢？构并进行研究系统演化中的共同性特征呢？ 首要问题就是要在各种微观变量或宏观首要问题就是要在各种微观变量或宏观变变量中进行选择，找到描述系统宏观状态、结构量中进行选择，找到描述系统宏观状态、结构和行为的最主要、最有效、最后决定性的参量。

和行为的最主要、最有效、最后决定性的参量 为此哈肯采用了兰道在平衡相变理论中所为此哈肯采用了兰道在平衡相变理论中所使用的序参量概念使用的序参量概念 序参量序参量——是描述系统宏观是描述系统宏观有序度有序度或宏观模或宏观模式的参量式的参量 它旨在描述系统在时间的进程中会处于什么它旨在描述系统在时间的进程中会处于什么样的有序状态，具有什么样的有序结构和性能，样的有序状态，具有什么样的有序结构和性能，运行于什么样的模式之中，以什么模式存在和变运行于什么样的模式之中，以什么模式存在和变化等待 序参量一旦通过综合研究被找到，它不但序参量一旦通过综合研究被找到，它不但对对把握系统的宏观秩序有决定性作用把握系统的宏观秩序有决定性作用，而且可以通，而且可以通过它去了解微观层次上各种子系统的行为或运动过它去了解微观层次上各种子系统的行为或运动状态6.4、自组织、自组织l所谓自组织就是系统在所谓自组织就是系统在一定外界条件下一定外界条件下（控制（控制参量），当其达到某一临界值时，系统中子系参量），当其达到某一临界值时，系统中子系统，便能克服独立运动而统，便能克服独立运动而自发产生协同自发产生协同的现象。

的现象l从无序状态转变为具有一定结构的有序状态，从无序状态转变为具有一定结构的有序状态，或从有序状态转变为新的有序状态，首先需要或从有序状态转变为新的有序状态，首先需要环境提供能量流和物质流作保证，也就是说控环境提供能量流和物质流作保证，也就是说控制参量需要达到阈值时，这种转变才成为可能制参量需要达到阈值时，这种转变才成为可能开放系统开放系统））一般的处理方案：一般的处理方案：l对于临界过程的理论处理对于临界过程的理论处理 ,首先要根据具体情况首先要根据具体情况列出参量方程列出参量方程 ,然后根据然后根据 “绝热消去原理绝热消去原理”去掉去掉快弛豫参量快弛豫参量 ,这样便这样便 得到了无阻尼的慢参量得到了无阻尼的慢参量 （即（即序参量）的方程序参量）的方程 ,也就是说序参量主宰着系统的也就是说序参量主宰着系统的进程进程 ,子系统的阻尼模式必然要跟随着序参量而子系统的阻尼模式必然要跟随着序参量而演演 变变 （（7））协同学发展趋势协同学发展趋势 协同学的建立和发展虽只有二十多年的历史协同学的建立和发展虽只有二十多年的历史, 但它但它在建立与发展过程中不断渗透和融人新的领域和学科在建立与发展过程中不断渗透和融人新的领域和学科, 使其研究的领域越来越广使其研究的领域越来越广. 它已被推广应用于理化、它已被推广应用于理化、生地及社会科学领域生地及社会科学领域, 斯普林格的协同学丛书也已逾斯普林格的协同学丛书也已逾四十卷。

四十卷 至今至今, 已系统地用协同学的观点对复杂系统作了已系统地用协同学的观点对复杂系统作了实验和理论的研究实验和理论的研究. 近年近年, 协同学的重要进展是研究自协同学的重要进展是研究自组织系统从有序到混沌的演化系列组织系统从有序到混沌的演化系列, 研究混沌现象研究混沌现象, 使使协同学深人到了更为广阔和复杂的领域协同学深人到了更为广阔和复杂的领域.二，协同学在物流领域的研究概述二，协同学在物流领域的研究概述（一）协同学应用于物流研究的角度（一）协同学应用于物流研究的角度l1.研究协同性，探寻更有利于协同的方法和策略比如研究供应链企业间的协同，研究区域物流与区域经济的协同，研究生产性服务业与制造业的协同代表论文如下：l[1] 鄢飞,董千里.物流网络的协同效应分析.北京交通大学学报(社会科学版),2009(1):28-32.l[2] 黄晓伟,何明升.供应链资源协同程度测度模型的构建与应用.哈尔滨工业大学学报(社会科学版),2010(1):110-115.l2.研究系统的自组织演化过程，以为系统发展提供理论依据代表论文如下：l[1]黄晓伟,何明升.供应链协同的自组织演化模型研究.南京理工大学学报(自然科学版),2010(2):116-119.l[2]胡建东,平海.基于自组织理论的供应链协同管理.物流科技,2010(6):117-119.l3.研究序参量，通过序参量评价系统现状以及为系统优化发展提供方案与思路。

代表论文如下：l[1]楼颐,穆东.基于协同学的供应链伙伴关系评价指标的选择.物流技术,2009(12):196-199.l[2]肖生苓,王泽蘅.基于协同学的原木供应链体系的协调度.林业科学,2011(8):168-175.（二）协同学模型（二）协同学模型l（1）协同效应模型l模型来源：鄢飞,董千里.物流网络的协同效应分析.北京交通大学学报(社会科学版),2009(1):28-32.l一般来说, 系统的各要素、各子系统在运作过程中, 由于协同行为会产生出不同于各要素及各子系统的单独作用, 所产生的系统整体效用就可以理解为协同效应(SE)其中其中: SE表示协同效应表示协同效应; F(xi)表示要素表示要素xi 产生的效用产生的效用; F(S)表示系统表示系统S 产生的效用协同效应通常有以下产生的效用协同效应通常有以下3种情种情况况:l 1. 协同正效应: SE> 0l 协同正效应指系统各要素之间通过相互作用而产生整体效应的增值, 即超过各个组成部分的效应之和, 通常理解为1+ 1> 2或2+ 2= 5l 此时, f 是一个非线性 函数这种增值主要表现为资源整合和优化基础上资源利用率的增大、系统运作效率的提高、系统整体成本的节约、效益的增加等。

l2. 协同负效应: SE< 0l协同负效应指系统各要素之间的相互作用而产生整体效应的贬值,即低于各个组成部分的效应之和l此时, f 是一个非线性函数这种贬值主要体现为系统运作效率的降低、资源的浪费或由于协调不当引起协调成本高于协同效益等l3. 无协同效应: SE= 0l无协同效应指系统整体效应与各个组成部分分散运作产生的效应之和相同l无协同效应的产生主要有两种情况: 第一, 系统只是各个子系统简单的迭加, 子系统之间并不存在任何相互作用, 此时, f 是一个线性函数, 即S= x1+ x2+ …+ xn第二, 由于系统整合或协同的复杂性, 协调成本等的增加刚好抵消了协同增值效益l因此, 协同所产生的效应既可以是正的也可以是负的, 具有不确定性, 毫无疑问, 协同正效应是我们所追求的目标, 也是研究的重点（（2）供应链资源协同的自组织演化模型）供应链资源协同的自组织演化模型l模型来源：黄晓伟,何明升.供应链协同的自组织演化模型研究.南京理工大学学报(自然科学版),2010(2):116-119.l下面的方程描述了供应链系统的演化:式中: qi 表示供应链中相互联系、相互协同的各子系统的状态变量, yi 表示阻尼系数, Gi 是协同作用函数, Fi(t)是随机涨落力。

l方程(2)就表明了供应链中的各个子系统之间存在非线性协同作用l随机涨落力的存在表明, 在临界点一个微小的随机涨落力就会使系统发生结构性的变化, 出现更加稳定的新结构, 呈现一种自组织的现象l供应链系统自组织程度受其协同能力和盈利能力的驱动这两个序参量通过协同的运行机制, 使得供应链系统各子系统之间相互制约、相互耦合, 产生协同效应, 将供应链系统内原来的有序度低的系统变成有序度高的自组织动态系统l供应链系统建立的根本目的在于取得竞争优势,盈利能力和协同能力这两个序参量始终是供应链优化的的持续驱动力, 主宰着整个供应链系统成长的进程和方向l供应链系统由物流、资金流、信息流、市场流和管理流五个子系统组成, 并且每个子系统包含了所有的节点企业l用q1 表示供应链系统的盈利能力, q2表示供应链系统的协同能力, s表示任意一个供应链的资源子系统, 根据方程(2)可得, 微分方程(3)就表示了供应链协同能力和盈利能力两个序参量如何影响子系统的自组织演化式中式中: α是获利增益系数是获利增益系数, γ1、、γ2是阻尼系数是阻尼系数, β1表示表示q1和和q2之间之间相互作用力系数相互作用力系数, β2 表示盈利能力与协同能力之间的关系表示盈利能力与协同能力之间的关系, λ1表表示随着时间的推移示随着时间的推移,供应链系统盈利能力的衰减系数供应链系统盈利能力的衰减系数; α1 表示序表示序参量盈利能力对于子系统自组织演化的影响参量盈利能力对于子系统自组织演化的影响, α2表示序参量协同表示序参量协同能力对于子系统自组织演化的影响能力对于子系统自组织演化的影响, α3表示子系统的自反馈系数表示子系统的自反馈系数, α4 表示盈利能力与协同能力之间的作用对于子系统自组织演化表示盈利能力与协同能力之间的作用对于子系统自组织演化的影响的影响;F(t)表示供应链资源系统的随机涨落。

因此表示供应链资源系统的随机涨落因此, 前两个方程前两个方程描述了序参量盈利能力和协同能力支配系统自组织的演化描述了序参量盈利能力和协同能力支配系统自组织的演化, 引入引入最后一个方程是为了考察两个序参量如何具体作用于子系统最后一个方程是为了考察两个序参量如何具体作用于子系统。