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走近熱力學,運用熵原理  ——對管理科學的思考
走近熱力學,運用熵原理  ——對管理科學的思考
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  問:管理學經典、名著不少,但讀完之后,要問問什么是管理學原理,總多少有些茫然;說清楚,似乎又不清楚,說不清楚,還真是難得說清楚,這是何故?
  答:出現這種情況,大致系如下原因:
  一是管理學學派很多,在所有管理學著作中都是逐一介紹;每個學派都有自己的說法,即使采用相同的語言和用詞,含義也并非都相同;有多少學派,就有多少原理,當然就會讓人感到無所適從。
  二是各個學派所闡述的原理,都是采用規定性的,或者叫規范性的敘述方式,邊界條件沒有、或者邊界條件無法界定得很清楚,這和自然科學中對原理闡述的情況很不一樣;因此,原理運用起來,就無法讓人感到用得踏實!
  三是僅管管理學原理很多,卻至今未形成基本原理。沒有基本原理,學科就缺少根本,既然根本都不清楚,自然各學派就可自持一說,又何能讓人從中正確分辨、選擇、理解和運用呢?
  問:剛才提到的“邊界條件沒有、或者邊界條件無法界定得很清楚”,可否說得清楚些?
  答:管理系統不同于其它系統、最根本最顯著的一點,就是包含有人。人,理所當然的要成為管理的中心。在有的管理理論中,把管理系統作出社會系統和技術系統區分。所謂社會系統,是管理系統中由人組成的系統。我們對兩個管理系統作出比較,說其技術系統相同,得到這個結論并不會太困難,但要說社會系統相同,那怕人員組成和結構完全相同,都難以論定。也就是說,完全相同的管理系統其實是不可能有的。就社會系統來說,心理作用、環境因素、人文背景等,其多樣性、復雜性和交叉性,使往往要作出:什么是,什么不是,什么時候是,什么時候不是,屬于社會系統本身?或是系統外界?實在是太不容易了。我們所說的邊界條件沒有,或無法界定得很清楚,主要就是從這個角度來講。
  從另一個角度講,若考慮到管理系統存在的外部環境和條件,則管理系統之間的差異性就更大,可許多管理理論的形成,均來自公司經理、廠長等自身的實踐和探索,即使不去顧及他們個人的素質和學識水平,又如何能說,它們一定都具有普適性呢?即使期望能如此,又如何可以不去把系統本身及外部環境和條件界定清楚,敘說明白,以便讓人全面認識、理解和運用呢?
  問:你在上面反復強調管理系統個體性很強,難道就沒有共同性的東西嗎?
  答:那當然不是!我們只從最基本的系統特征講:
  (1)管理系統都包含有人,人的組合,不具有隨意性; 人應成為管理系統的中心。
  (2)管理系統有其存在的時空域。空間域是指它應是有界的, 存在著周邊環境和條件(盡管常常是難得界定清楚);時間域,是指系統有屬于它自己的起始和終止的時間,它和系統關聯在一起,而不是與其無關聯的一個參量。管理系統的時間是不對稱的,呈單向性。
  (3)管理系統從開始形成起,就是個有序或比較有序的系統, 它包括人員結構、組織結構、技術結構、功能結構等等的有序。即使需要時間去逐步完善有序的話,也必需是:①需完善的不夠有序的部份,不致影響到對整個系統仍可作為有序系統的評估;②完善所需的時間,與管理系統存在的時間相比是短的,而且短得很多。
  (4)管理過程,無論是對人,還是對物,都是動態的, 而且顯著的呈現著不可逆性。
  (5)理想的管理系統,應有線性的非平衡狀態和穩定性。
  至于管理系統作為系統存在,具有系統的普遍特征,在此就不作繁列了。
  問:如此來談管理系統共同性的東西,這與很少在管理學的論著中可讀到的有關系統的論述也有很大不同。這是否意味著,應該特別注重從整體的角度來看待和研究管理系統的問題?
  答:當然是這樣,因為只有共同性的東西,才有可能反映出的是更為本質的屬性。而管理系統個體性又如此之強,那么要找到它們之間共同性的東西,自然應從系統所具有的最基本特征出發。而現有的管理理論和管理的研究思想,顯然并未作到這一點。
  不過,我們這樣作的更深一層的意義是,為了實現普里高津(I.Prigogine )就熱力學第二定律的出現曾說過的:我們的興趣正從“實體”轉變到“關系”。普里高津這兒所說的“實體”,是指在牛頓力學中作為對象研究的孤立體,“關系”則是指在熱力學中,系統的微觀分布與宏觀狀態及其變化的對應,其間有著從決定論思想到不確定論思想一種非常深刻的跨越。
  我們確實需要有一種突破,在研究思想上和研究方法上!若繼續沿襲過去,只會導致曾為孔茨(Harold kontz)教授所指示的,管理理論叢林越衍越烈。
  問:依照上面所說,恐怕從整體的角度來看待和研究管理系統的問題,并非是指僅僅停留在把整個系統作為研究對象這一點?
  答:是這樣的!若是只停留在這一點上,管理科學已有自己的系統理論, 如強調協作和建立協作系統的以切·巴納德(Chester ·J ·Barnard)為代表的社會系統理論學派, 強調從整體的角度來管理和考察企業的以卡斯特(F·E·Kast),羅森茨韋克(J·E·Rosenzweig)為代表的系統管理學派。系統科學家在管理學科中也作了許多有益的工作。但所有這一切,依個人所見,無非是印證了孔茨教授總結出的一句話:管理工作需要有一個系統方法。
  問:是不是可以這樣說,這兒其實著意強調的是,要從研究管理系統(而不管它是什么樣的管理系統)具有的最本質特征開始,上面對管理系統所提出的五點,就是這種體現。
  答:我們確實需要這樣。對管理系統所提出的五點,既含有作為真實系統(它是非數學的,時間屬性明顯的系統)都存在的最本質特征,如:有存在的時空域;過程都是動態的,有不可逆性。也有管理系統(它當然也是真實系統)特有的最本質特征,如:人是系統的成員,并為系統的中心;系統的有序性特點;系統的線性非平衡狀態的定位。
  問:人們對系統作出理性和成熟的研究,應該說是從研究熱力學系統開始。它發現了熵,并用熵增大于等于零這個不等式,來表述系統狀態變化的必然走勢,它就是充分體顯出不可逆性的熱力學第二定律。不可逆性,被普里高津認定在自然界中起著根本性的作用,是否可認為,它對管理科學的研究也會產生深刻的影響?
  答:熱力學第二定律的理論核心就是不可逆性!這種不可逆性,是指無論何種初始條件的系統,都將順著熵越來越大、狀態越來越混亂、越來越無序的方向走向終極平衡態。
  人們不難發現,這種不可逆現象,并不為熱力學系統所獨有;如管理系統,它存在的不可逆性,同樣表現出與熱力學系統相類似的性質。若考慮到混亂、無序和對物質、能量的無用耗散,恰恰與管理的初衷完全相背,那我們就無法不對不可逆性格外重視。
  不可逆性,應該是一切真實系統都存在有的最具本質的特征!從這個角度講,在熱力學系統中,用來描述與揭示不可逆性性質的熵,顯然,也應存在于其它真實系統之中,包括管理系統。
  問:我們已在做著社會科學與自然科學的結合,它是否意味著在走近熱力學?
  答:八十年代以來,隨著控制論、信息論、系統論、耗散結構理論、突變論和協同學在管理科學中的運用,無疑對管理科學的研究思想和研究方法也有著深刻的影響。但這種融入和結合,也并非總是如人所愿。
  以系統論的運用為例,它有著太多生物科學觀點的印痕,既不全面,有的也失根本;
  以耗散結構理論為例,它是存在的唯一宏觀時空有序原理,對于與序有著格外親緣的管理科學來說,原該會引起很大的興趣。但由于管理系統自身,只能仿效生命系統定位在線性非平衡狀態,而普里高津的耗散結構理論,卻是非線性的非平衡理論,通常意義下的管理系統就不存在運用的條件。
  我們確實認為應該走近熱力學,原因是:管理系統和熱力學系統,從系統角度來說,有著太多的相像,如成員數的大量性(僅管數量級差別很大)、不確定性和不可逆性等等,它決定了系統與系統之間可以相通。
  理想的熱力學系統,可以視為系統中最簡單、最基本的系統。那么,它所具有的性質,無疑也就體現出簡單性和基本性,它會包含在一切復雜系統(也包括管理系統)的性質之中,并成為其基礎,正如機械運動成為一切復雜運動的基礎一樣,經典力學建立的規律和原理,在最復雜的力學現象中,同樣得到遵守一樣。
  我們走近熱力學,還因為熱力學系統是第一個被科學家從整體角度、放棄傳統的決定論研究思想,把不確定性、偶然性和隨機性作為研究重點的系統;這種研究思想的轉變,不但使系統成為熵和熵理論的發源之地,而且在平衡態和線性非平衡態領域,已建立起完善的學科理論,可以為我們所借鑒。
  問:我們可以借鑒那些熱力學理論呢?
  答:簡單些說,我們將特別看重:
  熵增加原理(△S≥0,或diS≥0)
           diS  dp
  最小熵產生原理(p=─,─≤0)
            dt  dt
  若考慮到信息理論中的最大信息熵原理,我們覺得,這三個原理,將構成解決管理科學基本理論問題的理論框架。
  問:你所指的管理科學的基本理論問題是什么?
  答:一是至今沒有形成的學科基本原理;
  二是幾乎不曾被人提及的管理系統的穩定性問題;
  這兩個問題的重要性是不言而喻的,正因為沒有學科的基本原理,管理理論的叢林才會越衍越烈;管理系統失去穩定性,就意味著管理的徹底失敗。
  問:結合對以上理論問題的解決,可以談得更具體、更詳細些嗎?
  答:我們既然要借鑒熱力學相關理論來解決管理科學的基本問題,當然首先得定義出管理系統的熵(簡稱為管理熵)。作為熵來說,至今只有熱力學熵、統計物理熵、信息熵為人們所公認;所以定義管理熵屬熵的泛化。但科學界對熵泛化的準則,尚未形成定論。我們是根據管理系統狀態變化和熱力學系統狀態變化的相似性,根據統計物理熵對熵本質微觀機理的揭示,根據信息熵被學者推崇為熵泛化的基礎,認定管理熵是存在的,并有著和熱力學熵大多相同的性質,如:成為系統混亂度和無序度的度量,可以成為管理系統時間之矢。
  前面說過,不可逆性是存在于真實系統最具普遍意義的本質特征;這種不可逆性,在熱力學中,是由熵增加原理來描述它的。
  由于我們對管理系統所作的定位是:
  系統形成之后,就是個有序或比較有序的系統;
  是個開放的,處在線性非平衡態的系統;
  根據熱力學理論,作這種定位的系統,根本不可能出現有序化結構;熵增加原理表明,系統自身的熵將不可避免地增加,系統初時具有的有序或比較有序,非但不可能保持,反會受到越來越大的破壞,物質和能量也會遭到越來越多的無用耗散,直至系統到達最大熵時的最無序狀態。
  需要指出的是,熵增加原理所揭示的,與系統具有的初始條件,初始狀態毫無關系,也不需要任何條件,在系統未進入到平衡態之前,熵不斷增加是必然會發生的。
  由上可以看出,正是系統受制于熵增加原理這種原因,才需要管理存在。
  為了在管理系統存在的時空域內,能最大限度地避免高熵無序情況的出現,我們可作的只有:
  讓系統自身熵增加的增幅,即熵產生保持最小,使系統在其所在時空域內,盡管熵在不斷增加,但因增幅不大,仍可維持在一個低熵有序狀態;
  讓系統有引入負熵流的機制,通過負熵流的引入,降低系統的總熵值。
  (信息有著負熵效應,對管理系統而言,負熵流主要是指信息流)
  由于熵產生之后不會自行消失,所謂降低系統的總熵值,也只是將系統有的熵移置到了系統之外,從這個角度講,我們尤其要注重讓系統自身的熵產生最小。
  熱力學理論表明,只要滿足某些條件,處在線性非平衡態的系統,將有最小熵產生原理存在,它是被普里高津證明的。
  系統處在線性非平衡態,在熱力學中是這樣判定的:系統的不可逆過程為(物質或能量)擴散型,非(化學)反應型;參與熵產生的熱力學力與熱力學流(流是因力而產生),二者之間的關系(稱作唯象關系)滿足線性條件,其系數(稱作唯象系數)與熱力學力無關或關系很小。
  當系統同時存在著不止一個不可逆過程時,對唯象系數有強加的限制,除滿足Onsager倒易關系外,還必須為常數。
  在滿足上述條件時,最小熵產生原理成立,它的表達式為:
  dp    dis
  ─≤0;p=─≥0
  dt    dt
  P:熵產生;dis:系統熵改變量
  需要特別指出的是,處在線性非平衡態的系統,最小熵產生原理成立時,不但保證了系統自身熵只有最小的產出,同時還被證明,最小熵可作為判定系統處在穩定性狀態的李雅普諾夫函數,也就是說,有最小熵產生原理成立的線性非平衡態系統,也一定是穩定的。
  問:如此說來,是不是可以這樣講,由熵增加原理,從本質上闡明了為什么需要管理,由最小熵產生原理,又從本質上回答了管理的實質和應如何進行管理。這都屬于基本原理范疇!
  答:確實是如此,由于我們走近熱力學,運用熵原理,就使我們有了可能,從理論上去解決管理科學存在著的這兩大基本問題:管理科學基本原理的建立,和管理系統穩定性存在的判據。
  我們堅信自然科學和其它科學間有著相通性,也贊賞愛因斯坦所說:“熵理論對于整個自然科學來說是第一法則”。重要的是它是深刻地揭示了物質世界的演化規律。
  本文所作的僅僅是為解決管理科學基本問題和基本理論問題,提出了一個理論框架,真正讓其在管理科學中具體化、系統化,如何和現有的管理科學學科理論及實際問題結合起來,會有許多工作要做,本文都不去論及了,有待日后再作討論。
自然辯證法研究京35~38C3管理科學楊國政19981998本文通過對當今管理科學的思考,從新的視角,提出管理系統五種最基本的系統特征,并與勢力學系統進行對比;走近熱力學,從不可逆性出發,運用熵原理(熵增加原理和最小熵產生原理),建立起可解決管理科學基本問題的基本理論框架。楊國政,1938年生,現為中國科技大學管理學院副教授,物理教研室主任。郵編:北京101408 作者:自然辯證法研究京35~38C3管理科學楊國政19981998本文通過對當今管理科學的思考,從新的視角,提出管理系統五種最基本的系統特征,并與勢力學系統進行對比;走近熱力學,從不可逆性出發,運用熵原理(熵增加原理和最小熵產生原理),建立起可解決管理科學基本問題的基本理論框架。
2013-09-10 21:39

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