耗散结构理论
读书报告
2012/11/19
管理科学与工程
赵斯惠
22012070432
目 录
耗散结构理论读书报告 ........................................................................................................... 3
一、 概论 ................................................................................................................... 3
二、 自组织现象引例 ............................................................................................... 3
三、 耗散理论的基本概念 ....................................................................................... 4
耗散结构——座城市的耗散结构 .................................................................... 4
熵/负熵——系统有序度量的量度 ................................................................. 4
远离平衡态——非平衡态是有序之源 ........................................................... 5
开放系统——开放系统是产生耗散结构的前提 ........................................... 6
耗散结构
耗散结构
dissipative structures
比利时的普里戈金（I. Prigogine）从研究偏离平衡态热力学系统的输送过程入手，深入讨论离开平衡态不远的非平衡状态的热力学系统的物质、能量输送过程，即流动的过程，以及驱动此过程的热力学力，并对这些流和力的线性关系做出了定量描述，指出非平衡系统（线性区）演化的基本特征是趋向平衡状态，即熵增最小的定态。这就是关于线性非平衡系统的“最小熵产生定理”，它否定了线性区存在突变的可能性。
普里戈金在非平衡热力学系统的线性区的研究的基础上，又开始探索非平衡热力学系统在非线性区的演化特征。在研究偏离平衡态热力学系统时发现，当系统离开平衡态的参数达到一定阈值时，系统将会出现“行为临界点”，在越过这种临界点后系统将离开原来的热力学无序分支，发生突变而进入到一个全新的稳定有序状态；若将系统推向离平衡态更远的地方，系统可能演化出更多新的稳定有序结构。普里戈金将这类稳定的有序结构称作“耗散结构”。从而提出了关于远离平衡状态的非平衡热力学系统的耗散结构理论（1969年）。
耗散结构理论指出，系统从无序状态过渡到这种耗散结构有几个必要条件，一是系统必须是开放的，即系统必须与外界进行物质、能量的交换；二是系统必须是远离平衡状态的，系统中物质、能量流和热力学力的关系是非线性的；三是系统内部不同元素之间存在着非线性相互作用，并且需要不断输入能量来维持。
在平衡态和近平衡态，涨落是一种破坏稳定有序的干扰，但在远离平衡态条件下，非线性作用使涨落放大而达到有序。偏离平衡态的开放系统通过涨落，在越过临界点后“自组织”成耗散结构，耗散结构由突变而涌现，其状态是稳定的。耗散结构理论指出，开放系统在远离平衡状态的情况下可以涌现出新的结构。地球上的生命体都是远离平衡状态的不平衡的开放系统，它们通过与外界不断地进行物质和能量交换，经自组织而形成一系列的有序结构。可以认为这就是解释生命过程的热力学现象和生物的进化的热力学理论基础之一。
普里高津：耗散结构理论
学习笔记（来自网络）
伊里亚·普利高津（Ilya Prigogine或译普里戈金）于1969年在国际“理论物理与生物学会议”上发表研究报告《结构、耗散和生命》，正式提出了耗散结构理论。
这是布鲁塞尔学派20多年从事非平衡热力学和非平衡统计物理学研究的重大成果。普利高津和他的同事在建立“耗散结构”理论时准确地抓住了如贝纳对流、B-Z化学波和化学振荡反应以及生物学演化周期等自发出现有序结构的本质，使用“自组织”概念描述了那些自发出现或形成有序结构的过程，从而在“存在”和“演化”之间构架了一座科学的桥梁。普利高津由于这一重大贡献，荣获1977年诺贝尔化学奖。
早在1945年，普利高津证明了最小熵定理，此原理和昂萨格倒易关系一起为近平衡态线性区热力学奠定了理论基础。他又试图把最小熵产生原理延拓到远离平衡的非线性区去，但以失败告终。在研究了诸多远离平衡现象后，普里高津意识到系统在远离平衡态时其热力学性质可能与平衡态、近平衡态有重大原则差别。1960年代，他们探讨适用于不可逆过程整个范围内的一般发展判据，并发展了非线性不可逆过程热力学的稳定性理论，终于建立起一种新的关于非平衡系统自组织的理论──耗散结构理论。
普利高津指出，以牛顿力学为代表的近代科学，描述的是一个钟表式的自然界，一个轨道的、永无发展的静态世界，一个相对静止和存在绝对化的世界。在以牛顿为代表的经典物理学中，作为参数的时间t换为-t有相同的结果，时间可逆、未来和过去看来没有实质性的区别。而近代的热力学成果正如热力学第二定律指出的，一个封闭系统只会自发地熵增、走向无规无序。这揭示的是一个不断演化的、时间有方向的世界。生物进化论也告诉人们，生命世界处于不断向上发展之中，时间之矢不可逆地指向未来，形态越高，变化越快。
在普利高津看来，科学和文化是带着深刻的矛盾和难题告别19世纪而步入20世纪的，即使20世纪初建立了相对论和量子理论，问题基本上仍然没有得到解决。两类时间，前者给出的是静止的存在的世界图景，后者传递了动态的演化的世界图景。正是这两种时间箭头，前者导致了克劳修斯"热寂说"，描述了一幅宇宙自发走向死亡的退化论自然图景；后者却是一个从低级向高级、由简单到复杂直至产生人类的进化过程，达尔文进化论向我们呈现了这幅自然图景。普利高津认为，需要重新认识大自然、认识时间，从而在新的高度上把克劳修斯退化论与达尔文进化论统一起来。
供应链管理 物流技术２００９年第２８卷第１期（总第１９６期） 供应链中耗散结构理论应用探索 何国建，穆东 （北京交通大学，北京１０００４４） 【摘要】阐述了耗散结构形成的必要条件，并分析说明供应链系统就是一个耗散结构；对供应链系统中的熵流情况进行分析 并提出不同于其他一些学者的看法；应用熵值对供应链绩效进行评价，包括纵向和横向的比较，纵向比较是重点，横向比较是难 点。 【关键词１供应链；耗散结构；熵；系统评价 ［中图分类号】Ｆ２２４．０；Ｆ２７３．７ ［文献标识码ｌＡ 【文章编号】１００５—１５２Ｘ（２００９）Ｏｌ一０ｌ１２—０３ Ｈｏｗ ｔｏ Ａｐｐｌｙ Ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｔｈｅｏｒｙ ｉｎ ＳＣ ＨＥ Ｇｕｏ—ｊｉａｎ，ＭＵ Ｄｏｎｇ ＯＲｅｉｊｉｎｇ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００４４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ ｔｈｅ ｎｅｃｅｓｓａｒｙ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｆｏｒｍｉｎｇ ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｅｎｔｒｏｐｙ ｆｌｏｗ ｉｎ ｓｕｐｐｌｙ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ａｐｐｌｉｅｓ ｔｈｅ ｅｎｔｒｏｐｙ ｖａｌｕｅ ｔｏ ｅｖａｌｕａｔｅ ｓｕｐｐｌｙ ｃｈａｉｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｖｅｒｔｉｃａｌ ａｎｄ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｕｐｐｌｙ ｃｈａｉｎ；ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｅｎｔｒｏｐｙ；ｓｙｓｔｅｍ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ １ 引言 系统科学和供应链的研究在我国越来越引起学者的兴 趣，有不少人开始将系统科学理论中的耗散结构理论引入到 供应链管理的研究中，并取得了不错的成绩。有人提出了管理 熵的概念，利用熵的原理来研究管理；对熵流进行分析从而为 组织的管理提出新思路；也有人利用熵对组织管理的复杂程 度进行评估。本文将在他们研究的基础上进一步探索。对一个 供应链在不同时期的绩效进行评价时，可以对熵流进行分析， 或者观察熵值的变化情况，但是要对两个供应链进行比较时 就很困难，需要选定一些共同指标，并且采用一定原则算出供 应链的熵值，本文将重点对此进行研究。 ２对供应链进行耗散结构分析 ２．１ 耗散结构理论概述 普里高津教授针对平衡结构提出了耗散结构概念，他指 出一个远离平衡结构的开放系统不断与外界交换能量可产生 自组织系统。该系统中各子系统之间产生非线性作用，从而由 原来的无序状态转变为一种有序结构，该结构即为耗散结构。 该结构与平衡结构的不同之处在于它不是一种静止的平衡状 态，它需要与外界进行能量和物质的交换，是一种动态的平衡 结构，也只有同外界进行交换才可能保持这种平衡。如果没有 同外界的交换，该结构将趋于静止状态（死寂），没有生机，任 何一个组织都要避免这种状态的出现。 耗散结构形成的ｉ个必要条件：（１）必须是开放系统；（２） 系统处于远离平衡态的非线性区；（３）必须要有涨落。耗散结 构理论中的一个重要概念就是熵，它是衡量结构有序度的量， 该值越大结构越混乱，熵值越小结构越有序，对一个组织而言 应该尽量从外部引入负熵以保持组织管理结构的有序。玻尔 兹曼函数式，即ｓ：Ｋｌｌｌｎｗ可以衡量一个系统的熵值大小，ｓ为 系统的熵值，ＫＲ为玻尔兹曼常量，ｗ为宏观状态对应的系统的 微观状态数。熵是个状态量，与演化过程无关。 ２．２供应链系统符合耗散结构形成的条件 首先，一条供应链必然是处于社会系统中，并不断地与外 界进行信息、材料、产品、资金等的交流，这些是必不可少的， 缺少任何一个，该供应链都无法运行。 其次，供应链不是平衡的，一条供应链内部的供应商、生 产商、零售商以及消费者之间是竞争和合作的关系，永远都存 在着博弈。他们之间的平衡是一种动态的平衡，随时都在变 化，小到合作方式和利润分配，大到合作成员的变更，这些都 是不断变化的，而且成员之间不是简单的线性关系，他们的合 作方式往往是非线性的，多方合作、多方监督甚至合作方互持 股票等等都是非线性的关系。 最后，供应链内部和外部随时都存在着涨落，如内部生产 成本、利润、成员变更、外部原材料紧缺、产品市场变化以及一 些突发事件等。而这种涨落往往会引起供应链的巨大变化，比 如，５．１２地震这一突发自然灾害就是一个外部涨落，它导致救 灾帐篷的需求激增，使原来的一些生产相关产品的供应链改 变生产计划，或者彻底新建一条供应链。涨落对于耗散结构的 形成至关重要。 ３对供应链进行纵向对比——熵流分析 【收稿日期】２ｏｏ８—１０—１６ 【作者简介】何国建，男，四川成都人，北京交通大学经济管理学院物流管理与工程专业研究生，研究方向为物流系统分析；穆东，女，北京交 通大学经济管理学院教授，博士生导师。 －
