走近热力学,运用熵原理  ——对管理科学的思考

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  问:管理学经典、名着不少,但读完之后,要问问什么是管理学原理,总多少有些茫然;说清楚,似乎又不清楚,说不清楚,还真是难得说清楚,这是何故?
  答:出现这种情况,大致系如下原因:
  一是管理学学派很多,在所有管理学着作中都是逐一介绍;每个学派都有自己的说法,即使采用相同的语言和用词,含义也并非都相同;有多少学派,就有多少原理,当然就会让人感到无所适从。
  二是各个学派所阐述的原理,都是采用规定性的,或者叫规范性的叙述方式,边界条件没有、或者边界条件无法界定得很清楚,这和自然科学中对原理阐述的情况很不一样;因此,原理运用起来,就无法让人感到用得踏实!
  三是仅管管理学原理很多,却至今未形成基本原理。没有基本原理,学科就缺少根本,既然根本都不清楚,自然各学派就可自持一说,又何能让人从中正确分辨、选择、理解和运用呢?
  问:刚才提到的“边界条件没有、或者边界条件无法界定得很清楚”,可否说得清楚些?
  答:管理系统不同于其它系统、最根本最显着的一点,就是包含有人。人,理所当然的要成为管理的中心。在有的管理理论中,把管理系统作出社会系统和技术系统区分。所谓社会系统,是管理系统中由人组成的系统。我们对两个管理系统作出比较,说其技术系统相同,得到这个结论并不会太困难,但要说社会系统相同,那怕人员组成和结构完全相同,都难以论定。也就是说,完全相同的管理系统其实是不可能有的。就社会系统来说,心理作用、环境因素、人文背景等,其多样性、复杂性和交叉性,使往往要作出:什么是,什么不是,什么时候是,什么时候不是,属于社会系统本身?或是系统外界?实在是太不容易了。我们所说的边界条件没有,或无法界定得很清楚,主要就是从这个角度来讲。
  从另一个角度讲,若考虑到管理系统存在的外部环境和条件,则管理系统之间的差异性就更大,可许多管理理论的形成,均来自公司经理、厂长等自身的实践和探索,即使不去顾及他们个人的素质和学识水平,又如何能说,它们一定都具有普适性呢?即使期望能如此,又如何可以不去把系统本身及外部环境和条件界定清楚,叙说明白,以便让人全面认识、理解和运用呢?
  问:你在上面反复强调管理系统个体性很强,难道就没有共同性的东西吗?
  答:那当然不是!我们只从最基本的系统特征讲:
  (1)管理系统都包含有人,人的组合,不具有随意性; 人应成为管理系统的中心。
  (2)管理系统有其存在的时空域。空间域是指它应是有界的, 存在着周边环境和条件(尽管常常是难得界定清楚);时间域,是指系统有属于它自己的起始和终止的时间,它和系统关联在一起,而不是与其无关联的一个参量。管理系统的时间是不对称的,呈单向性。
  (3)管理系统从开始形成起,就是个有序或比较有序的系统, 它包括人员结构、组织结构、技术结构、功能结构等等的有序。即使需要时间去逐步完善有序的话,也必需是:①需完善的不够有序的部份,不致影响到对整个系统仍可作为有序系统的评估;②完善所需的时间,与管理系统存在的时间相比是短的,而且短得很多。
  (4)管理过程,无论是对人,还是对物,都是动态的, 而且显着的呈现着不可逆性。
  (5)理想的管理系统,应有线性的非平衡状态和稳定性。
  至于管理系统作为系统存在,具有系统的普遍特征,在此就不作繁列了。
  问:如此来谈管理系统共同性的东西,这与很少在管理学的论着中可读到的有关系统的论述也有很大不同。这是否意味着,应该特别注重从整体的角度来看待和研究管理系统的问题?
  答:当然是这样,因为只有共同性的东西,才有可能反映出的是更为本质的属性。而管理系统个体性又如此之强,那么要找到它们之间共同性的东西,自然应从系统所具有的最基本特征出发。而现有的管理理论和管理的研究思想,显然并未作到这一点。
  不过,我们这样作的更深一层的意义是,为了实现普里高津(I.Prigogine )就热力学第二定律的出现曾说过的:我们的兴趣正从“实体”转变到“关系”。普里高津这儿所说的“实体”,是指在牛顿力学中作为对象研究的孤立体,“关系”则是指在热力学中,系统的微观分布与宏观状态及其变化的对应,其间有着从决定论思想到不确定论思想一种非常深刻的跨越。
  我们确实需要有一种突破,在研究思想上和研究方法上!若继续沿袭过去,只会导致曾为孔茨(Harold kontz)教授所指示的,管理理论丛林越衍越烈。
  问:依照上面所说,恐怕从整体的角度来看待和研究管理系统的问题,并非是指仅仅停留在把整个系统作为研究对象这一点?
  答:是这样的!若是只停留在这一点上,管理科学已有自己的系统理论, 如强调协作和建立协作系统的以切·巴纳德(Chester ·J ·Barnard)为代表的社会系统理论学派, 强调从整体的角度来管理和考察企业的以卡斯特(F·E·Kast),罗森茨韦克(J·E·Rosenzweig)为代表的系统管理学派。系统科学家在管理学科中也作了许多有益的工作。但所有这一切,依个人所见,无非是印证了孔茨教授总结出的一句话:管理工作需要有一个系统方法。
  问:是不是可以这样说,这儿其实着意强调的是,要从研究管理系统(而不管它是什么样的管理系统)具有的最本质特征开始,上面对管理系统所提出的五点,就是这种体现。
  答:我们确实需要这样。对管理系统所提出的五点,既含有作为真实系统(它是非数学的,时间属性明显的系统)都存在的最本质特征,如:有存在的时空域;过程都是动态的,有不可逆性。也有管理系统(它当然也是真实系统)特有的最本质特征,如:人是系统的成员,并为系统的中心;系统的有序性特点;系统的线性非平衡状态的定位。
  问:人们对系统作出理性和成熟的研究,应该说是从研究热力学系统开始。它发现了熵,并用熵增大于等于零这个不等式,来表述系统状态变化的必然走势,它就是充分体显出不可逆性的热力学第二定律。不可逆性,被普里高津认定在自然界中起着根本性的作用,是否可认为,它对管理科学的研究也会产生深刻的影响?
  答:热力学第二定律的理论核心就是不可逆性!这种不可逆性,是指无论何种初始条件的系统,都将顺着熵越来越大、状态越来越混乱、越来越无序的方向走向终极平衡态。
  人们不难发现,这种不可逆现象,并不为热力学系统所独有;如管理系统,它存在的不可逆性,同样表现出与热力学系统相类似的性质。若考虑到混乱、无序和对物质、能量的无用耗散,恰恰与管理的初衷完全相背,那我们就无法不对不可逆性格外重视。
  不可逆性,应该是一切真实系统都存在有的最具本质的特征!从这个角度讲,在热力学系统中,用来描述与揭示不可逆性性质的熵,显然,也应存在于其它真实系统之中,包括管理系统。
  问:我们已在做着社会科学与自然科学的结合,它是否意味着在走近热力学?
  答:八十年代以来,随着控制论、信息论、系统论、耗散结构理论、突变论和协同学在管理科学中的运用,无疑对管理科学的研究思想和研究方法也有着深刻的影响。但这种融入和结合,也并非总是如人所愿。
  以系统论的运用为例,它有着太多生物科学观点的印痕,既不全面,有的也失根本;
  以耗散结构理论为例,它是存在的唯一宏观时空有序原理,对于与序有着格外亲缘的管理科学来说,原该会引起很大的兴趣。但由于管理系统自身,只能仿效生命系统定位在线性非平衡状态,而普里高津的耗散结构理论,却是非线性的非平衡理论,通常意义下的管理系统就不存在运用的条件。
  我们确实认为应该走近热力学,原因是:管理系统和热力学系统,从系统角度来说,有着太多的相像,如成员数的大量性(仅管数量级差别很大)、不确定性和不可逆性等等,它决定了系统与系统之间可以相通。
  理想的热力学系统,可以视为系统中最简单、最基本的系统。那么,它所具有的性质,无疑也就体现出简单性和基本性,它会包含在一切复杂系统(也包括管理系统)的性质之中,并成为其基础,正如机械运动成为一切复杂运动的基础一样,经典力学建立的规律和原理,在最复杂的力学现象中,同样得到遵守一样。
  我们走近热力学,还因为热力学系统是第一个被科学家从整体角度、放弃传统的决定论研究思想,把不确定性、偶然性和随机性作为研究重点的系统;这种研究思想的转变,不但使系统成为熵和熵理论的发源之地,而且在平衡态和线性非平衡态领域,已建立起完善的学科理论,可以为我们所借鉴。
  问:我们可以借鉴那些热力学理论呢?
  答:简单些说,我们将特别看重:
  熵增加原理(△S≥0,或diS≥0)
           diS  dp
  最小熵产生原理(p=─,─≤0)
            dt  dt
  若考虑到信息理论中的最大信息熵原理,我们觉得,这三个原理,将构成解决管理科学基本理论问题的理论框架。
  问:你所指的管理科学的基本理论问题是什么?
  答:一是至今没有形成的学科基本原理;
  二是几乎不曾被人提及的管理系统的稳定性问题;
  这两个问题的重要性是不言而喻的,正因为没有学科的基本原理,管理理论的丛林才会越衍越烈;管理系统失去稳定性,就意味着管理的彻底失败。
  问:结合对以上理论问题的解决,可以谈得更具体、更详细些吗?
  答:我们既然要借鉴热力学相关理论来解决管理科学的基本问题,当然首先得定义出管理系统的熵(简称为管理熵)。作为熵来说,至今只有热力学熵、统计物理熵、信息熵为人们所公认;所以定义管理熵属熵的泛化。但科学界对熵泛化的准则,尚未形成定论。我们是根据管理系统状态变化和热力学系统状态变化的相似性,根据统计物理熵对熵本质微观机理的揭示,根据信息熵被学者推崇为熵泛化的基础,认定管理熵是存在的,并有着和热力学熵大多相同的性质,如:成为系统混乱度和无序度的度量,可以成为管理系统时间之矢。
  前面说过,不可逆性是存在于真实系统最具普遍意义的本质特征;这种不可逆性,在热力学中,是由熵增加原理来描述它的。
  由于我们对管理系统所作的定位是:
  系统形成之后,就是个有序或比较有序的系统;
  是个开放的,处在线性非平衡态的系统;
  根据热力学理论,作这种定位的系统,根本不可能出现有序化结构;熵增加原理表明,系统自身的熵将不可避免地增加,系统初时具有的有序或比较有序,非但不可能保持,反会受到越来越大的破坏,物质和能量也会遭到越来越多的无用耗散,直至系统到达最大熵时的最无序状态。
  需要指出的是,熵增加原理所揭示的,与系统具有的初始条件,初始状态毫无关系,也不需要任何条件,在系统未进入到平衡态之前,熵不断增加是必然会发生的。
  由上可以看出,正是系统受制于熵增加原理这种原因,才需要管理存在。
  为了在管理系统存在的时空域内,能最大限度地避免高熵无序情况的出现,我们可作的只有:
  让系统自身熵增加的增幅,即熵产生保持最小,使系统在其所在时空域内,尽管熵在不断增加,但因增幅不大,仍可维持在一个低熵有序状态;
  让系统有引入负熵流的机制,通过负熵流的引入,降低系统的总熵值。
  (信息有着负熵效应,对管理系统而言,负熵流主要是指信息流)
  由于熵产生之后不会自行消失,所谓降低系统的总熵值,也只是将系统有的熵移置到了系统之外,从这个角度讲,我们尤其要注重让系统自身的熵产生最小。
  热力学理论表明,只要满足某些条件,处在线性非平衡态的系统,将有最小熵产生原理存在,它是被普里高津证明的。
  系统处在线性非平衡态,在热力学中是这样判定的:系统的不可逆过程为(物质或能量)扩散型,非(化学)反应型;参与熵产生的热力学力与热力学流(流是因力而产生),二者之间的关系(称作唯象关系)满足线性条件,其系数(称作唯象系数)与热力学力无关或关系很小。
  当系统同时存在着不止一个不可逆过程时,对唯象系数有强加的限制,除满足Onsager倒易关系外,还必须为常数。
  在满足上述条件时,最小熵产生原理成立,它的表达式为:
  dp    dis
  ─≤0;p=─≥0
  dt    dt
  P:熵产生;dis:系统熵改变量
  需要特别指出的是,处在线性非平衡态的系统,最小熵产生原理成立时,不但保证了系统自身熵只有最小的产出,同时还被证明,最小熵可作为判定系统处在稳定性状态的李雅普诺夫函数,也就是说,有最小熵产生原理成立的线性非平衡态系统,也一定是稳定的。
  问:如此说来,是不是可以这样讲,由熵增加原理,从本质上阐明了为什么需要管理,由最小熵产生原理,又从本质上回答了管理的实质和应如何进行管理。这都属于基本原理范畴!
  答:确实是如此,由于我们走近热力学,运用熵原理,就使我们有了可能,从理论上去解决管理科学存在着的这两大基本问题:管理科学基本原理的建立,和管理系统稳定性存在的判据。
  我们坚信自然科学和其它科学间有着相通性,也赞赏爱因斯坦所说:“熵理论对于整个自然科学来说是第一法则”。重要的是它是深刻地揭示了物质世界的演化规律。
  本文所作的仅仅是为解决管理科学基本问题和基本理论问题,提出了一个理论框架,真正让其在管理科学中具体化、系统化,如何和现有的管理科学学科理论及实际问题结合起来,会有许多工作要做,本文都不去论及了,有待日后再作讨论。
自然辩证法研究京35~38C3管理科学杨国政19981998本文通过对当今管理科学的思考,从新的视角,提出管理系统五种最基本的系统特征,并与势力学系统进行对比;走近热力学,从不可逆性出发,运用熵原理(熵增加原理和最小熵产生原理),建立起可解决管理科学基本问题的基本理论框架。杨国政,1938年生,现为中国科技大学管理学院副教授,物理教研室主任。邮编:北京101408 作者:自然辩证法研究京35~38C3管理科学杨国政19981998本文通过对当今管理科学的思考,从新的视角,提出管理系统五种最基本的系统特征,并与势力学系统进行对比;走近热力学,从不可逆性出发,运用熵原理(熵增加原理和最小熵产生原理),建立起可解决管理科学基本问题的基本理论框架。

网载 2013-09-10 21:39:33

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