基于熵的供应链系统的自组织性与混沌性分析

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  摘要:文章以熵为切入点,熵变为测度,分析了供应链系统的自组织性与混沌性。指出降低供应系统正熵值,增加有序性,使整个系统达到可持续发展状态是供应链的竞争力所在。
  关键词:熵:供应链系统:自组织性:混沌性:可持续性
  
  一、熵概述
  
  熵(Entropy)一词是在1865年由德国物理学家克劳修斯(K.Clausis)创立。他是在《热之唯动说》一书中为了将热力学第二定律格式化而引入这个概念的。克劳修斯对熵的定义是dS=dQ/TodS为微小过程中系统的熵变,r为某个系统,dQr为微小过程中系统吸收的热量,T为微小可逆过程中的该系统的温度。用熵表示的热力学第二定律常写成ds≥dQ/T的形式。热力学第二定律指出:热量不能自动地--从低温热源传到高温热源而不引起其它的变化,说明了自然界的实际过程是按一定的方向进行的,相反方向的过程不能自动发生;或者说,如果可以发生,则必然引起其它后果。它所揭示的客观规律向人们指出了实际宏观过程进行的条件和方向。即有序——无序,无序——有序。有序到无序,能量转化过程可逆;无序到有序,能量转化过程不可逆,一部分能量不作有用功,以转化“成本”的形式支出,熵是对这种能量不可用程度的量度。在与外界无热量交换的封闭系统中只存在系统熵,以deS表示,它是由内部不可逆过程引起的熵变,因此恒为正。对于开放系统,除了系统熵之外还有与外界交换能量和物质引起的熵流,以deS表示。由于与外界交换热量的不确定性。因此deS可为正、可为负、可为零。因此开放系统总熵变为:dS=deS diS。伴随开放系统物质与能量交换的同时还存在信息的交换。1948年,维纳(N.Wiener)和申农(C.E.Shannon)创立了信息论,申农把通信过程中信息源的信号的不确定性称为信息熵并将其量化为对某种事物做出完全判断所缺少的信息量。申农给出的信息熵的公式为H=-k∑PilogPioH表示信息熵,常数k仅等于度量单位的选择,Pi表示一个系统处在向量空间中的第i个元的概率。信息熵是利用概率理论衡量信息不确定性的一种测度,它表明数据分布越分散,其不确定性也越大。信息的获得意味着各种可能性的概率分布的集中。
  
  二、供应链系统的自组织性分析
  
  供应链(Supply Chain,简称SC)的概念在20世纪80年代末由美国管理学者提出。早期的观点认为供应链是制造企业中的一个内部过程。如供应链管理是对从原材料到最终产品全部过程进行计划和控制的集成化方法(Jones,1985)。后期的供应链概念注重了企业之间的联系,认为供应链是通过原材料流、产品流和信息流连接成的包括供应商、物流服务商、生产商、分销商和零售商的一系列经济实体(Kopezak,1997)。最近,学者们更加注重供应链的系统性。运用系统论分析解决供应链问题。如马士华等认为,供应链是围绕核心企业,通过对信息流、物流、资金流的控制。从采购原材料开始。制成中间产品,最后由销售网络把产品送到消费者手中的将供应商、制造商、分销商、零售商直到最终用户连成一个整体的系统性功能网链结构模式。系统科学是从事物的部分与整体,局部与全局以及层次关系的角度来研究客观世界的(钱学森,2001),组成系统的各部分之间的影响和作用是通过物质流、能量流和信息流的传输来实现的,这恰恰反映了现代供应链的特性。正如系统结构是受系统内外部环境影响的,由供应链的定义的演变过程可知,供应链系统是随环境变化而改变的,从注重内部过程的机械系统到注重外部环境的有机系统,使供应链能够像生物那样适应外界的变化。然而,生物对环境的适应能力是有限的,有机系统已经不能适应现代全球化竞争环境。现在是供应链从有机系统向自组织系统发展的时候了,即,供应链系统能够根据外界的变化进行重组,系统内部具有自发地由无序向有序转化的能力。供应链是企业在特定环境下为增加企业适应性而采取的战略措施,供应链的自组织性体现了其适应环境的能力,其主要表现在以下方面。
  
  1 供应链系统的开放性。供应链是一个开放系统,同外界存在物质和能量的交换。一方面,作为一个完整的系统供应链必须从外部输入各种有形的或无形的要素,因而供应链的存在和发展必然受外部的顾客、技术、竞争者、行业乃至经济社会环境的制约;另一方面,经过供应链系统的运行,产生新的物质与能量输出给外部并使产出大于投入。开放性表明。供应链系统既有对环境适应性的一面,又有能动地影响和改造环境的一面。因此将供应链系统的总熵变表示为dS=deS diS。供应链本身在物质生产与物质消费过程中不断地释放能量。造成系统熵值的增加;同时,在与外界进行物质与信息交换。能量代谢,技术更新的过程中,引入负熵流。开放性是供应链具有自组织性的前提条件,只有保持供应链系统的开放性,使外界成为促进系统内部协调发展的力量;同时,改变系统的内部结构,降低系统内部的正熵流,增大内外系统的势能差,才能使系统能够从无序向有序方向发展。
  
  2 供应链系统的相对稳定性。供应链系统只存在相对的稳定性。首先,供应链是一个具有多样性的系统,系统内部存在各种不同要素的集成,如不同功能的节点企业,每一节点企业又包括人员、设备、原材料、资金、技术、信息等,这些要素之间存在着动态非线性关系,这就决定了供应链系统必定存在涨落机制和具有自组织特性。同时。市场的多变性、不确定性及不可预测性也使得供应链表现出随时间不断变化的动态行为模式。有供应商、制造商、分销商及零售商退出供应链,也有新的供应商、制造商、分销商及零售商加入进来形成新的供应链。随着供应链系统的优化,使系统熵(deS)减小;或者将会不断地有节点企业加入供应链注入负熵流(deS<0)。这样,内在的推动力辅之外在的拉动力,系统的总熵变为负,这时供应链系统处于生长阶段,有序度增加,从一种有序走向更高的有序,从而供应链的自组织性得以发挥。但是,在相反的情况下,供应链运转不畅,效率下降,外部环境也会注入消极因素,系统正熵流增大(dS>0),这说明在错误的管理决策和管理行为下,系统的自组织作用遭到破坏。尽管供应链处在不断的发展变化过程中,但是,这种变化是持续的微调及间断的裂变,供应链存在的必要性及其功能的发挥客观上要求它具有相对的稳定性。供应链成员的相对稳定性有助于信任与信用机制的建立,降低获取信息的成本;供应链结构的相对稳定保证物流的平滑运行,相对的稳定性为供应链进一步发展奠定了条件。
  3 供应链系统的共赢性。供应链及供应链管理的目的 是要达到整个供应链系统的理论最优或实践上的次优,即获得1 1>2的系统整体性优势。虽然供应链系统是由若干子系统组成且通常存在核心企业,但是每个节点企业无论大小都拥有独特的优势,并不存在控制与被控制的关系,每一个经济主体都从事产品制造和提供过程所必须的一部分活动,在相互支持、配合和协调中实现整体利益最大化,使每一个参与者从中获益。供应链的协同发展,需要供应商、制造商、分销商、零售商制定协同一致的契约、计划、管理和控制机制,通过供应链的组织结构和管理优势增强企业的适应能力,降低不确定因素,实现快速响应,提高顾客服务水平。信息共享是供应链实行整体运作的基本前提。供应链的运作不但是物料的投人与产出过程同时也是一个不断消耗信息并产生信息的过程(如图2所示)。有效的信息不但有利于准确地制定计划,而且将计划作为信息的载体指导有形产品的生产,降低了生产过程的不确定性,提高了生产效率。信息是事物肯定程度的量度,熵增等于信息的减少,信息与负熵等效。在整个供应链内部实行信息共享,能够统一规划供应链的资源,消除不必要的浪费,无形中增加了供应链系统内部能量转化过程的可逆
  
  三、供应链系统的混沌性分析
  
  混沌普遍存在于经济系统中,导致混沌行为的机制是共振间的非线性藕合相互作用,以及当藕合超过确定的临界值时共振域间的重叠。供应链是非线性系统模式,供应链的集成不是简单的企业兼并式集团化,而是一种松散的藕合集成。在这种弱藕合的系统中,具备导致供应链系统呈现混沌状态的一些特性。
  1 供应链系统的结构复杂性。虽然被称之为供应链,但是供应链多为网状的复合结构,很少呈现为直线的链状或串行结构。在这个网络中存在着两种结构维度:横向的以及纵向结构。横向结构指的是供应链中存在大量层级,其中有些也许是冗长的,而有些也许是较短的。纵向的结构是指在每级层内有多阶的供应商、制造商、分销商以及零售商。在这个网络结构中,物流、资金流、信息流都是有向流动的,即从一个节点流向另一个节点。而这种输入点或输出点不仅存在供应链的两端,而且也存在于供应链系统的中间,即从系统论的角度出发,它足一个在大系统内包含着多个子系统的复杂网络结构。此外,交错在网络的各个节点上的企业的地理分布、成员类型、运作模式、业务口标等存在差异化,使供应链的结构更加复杂。不同的供应链并非平行排列的,而是存在相互交叉的关系,同一个企业往往在不同的供应链中扮演着不同的角色。随着电子信息技术的发展,供应链的分销渠道呈多样化,多渠道供应链不但增加了供应链结构的复杂性而且增强了,供应链管理的难度。
  2 供应链节点企业利益的非协同性。供应链的组成是基于共赢的战略目标,但是供应链是由不同利益主体所构成的合作型系统,因此每一节点都有自己的目标、决策控制权、能源及信息,需要根据各自的局部利益进行优化决策,在供应链成员追求利润最大化的同时,往往与供应链整体最优相冲突。如果各企业更注重各自的子系统的规划,忽略其在供应链系统中的定位,那么供应链系统无序度增强,渐进地呈现出混沌状态。混沌系统输入端的细微差异,能够通过分岔,锁定而放大,为系统输出端的巨大差别,导致长鞭效应。如果各子系统长期追求自身利益最大化,必然使其中的某个子系统在多方的竞争中处于最薄弱的环节导致子系统的崩溃,子系统崩溃产生的木桶效应造成供应链脱节进而导致供应链系统崩溃,整个系统熵值达到无穷,此时供应链成为混沌系统。
  3 供应链运作的不确定性。供应链是随时间、空间、内部环境、外部环境不断变化的。供应链管
  
  
  四、发挥自组织性。降低混沌性。构建可持续供应链
  
  供应链系统是具有自组织性与混沌性矛盾的统一体。自组织性使供应链系统内部的负熵流减弱同时对系统外部施加良性影响,产生“内部,外部经济”的双赢效果,因此是以有序为方向的:混沌性使供应链向系统内外注入正熵流,使之朝向无序状态发展。如何优化协调从而使供应链的自组织性占优是企业界与学术界关注的问题。传统供应链管理目标单一,注重追求核心企业的经济绩效,缺乏对资源和环境问题的关注,其实现过程往往造成资源的过度消耗和环境污染等问题,从而面临着来自各个方面的多重压力而缺乏进一步发展的动力。越来越多的企业已经充分认识到。企业的可持续发展能力与环境、社会的关系密不可分。企业承担起必要的社会责任是为自己赢得未来更大主动的必要手段。人类可持续发展战略在现代企业管理中的体现要求供应链具有可持续性。在运作过程中综合考虑资源,环境和企业发展三者之间的关系,力求达到社会效益与经济效益双赢。供应链系统并非一成不变的,它也有自己的生命周期,只有充分发挥其自组织性,保持系统的开放性、多样性、共赢性、提升其有序度,促进其生长,尽量延长其成熟阶段并形成一种可持续性发展结构,才能使整个系统达到和谐的效果。而不是趋向于混沌。
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