系统工程与科学耗散理论课件

1、系统科学与工程耗散结构理论1945年普利高津在平衡态动力学的基础上，首次把熵增加原理扩展到近平衡态情况下的最小熵原理。他创建了远离平衡态情况下的耗散结构理论，这是热力学发展史上重大的创新和突破，也是20世纪70年代科学上辉煌的成就之一。普利高津在自组织基础上，概括了物理的、生物的、化学的等等各种远离平衡态的系统，在一定条件下经过演化出现的有序结构及其共同规律，创立了耗散结构理论，实现了生命和无生命界的大统一。创 始 chuang shi 目录页耗散结构理论基本概念耗散结构理论的运用耗散理论的简单意义1 12 23 3contents page 1.耗散结构理论基本概念耗散结构理论可概括为：一个

2、远离平衡态的非线性的开放系统(不管是物理的、化学的、生物的乃至社会的、经济的系统),在外界条件变化达到某一特定阈值时，通过涨落，量变可能引起质变，系统通过不断地与外界交换能量与物质，就可能从原来的无序状态转变为一种时间、空间或功能的有序状态，这种远离平衡态的、稳定的、有序的结构被称为“耗散结构”（dissipative structure）。开放系统涨落非平衡态非平衡态是有序之源开放系统是产生耗散结构的必要前提涨落导致有序耗散理论形成与维持要具备基本条件此外还有非线性作用和突变热力学第二定律告诉我们，一个孤立系统的熵一定会随时间增大，熵达到极大值，系统达到最无序的平衡态，所以孤立系统绝不会出现

3、耗散结构。封闭系统只与外界有能量交换，只能在低温下形成“死”的分子有序排列的晶体，温度逐渐超过一地的那个的阈值后，又变为无序，所以也不会出现耗散结构。只有在开放系统中，才能与外界物质、能量和信息的交换过程不断获得负熵流，是系统有序化发展。 开放系统 开放系统不仅是耗散结构形成的前提，同时也是耗散结构得以维持和存在的基础。第三章 为啥要做文化n非平衡态是指系统远离平衡态的状态，是相对于平衡态和近平衡态而言的。n耗散结构是一种动态的稳定结构，只有在开放和非平衡条件下才能形成，只有系统与外界条件保持不断的物质、能量、信息交换的过程中才能维持，它的存在强烈的依赖于外部条件。所以，耗散结构是系统的一种非

4、平衡态。非平衡态n非平衡态体现在企业发展的过程中了，比如，中国各地推行“裁员增效”，提出“竞争上岗机制”，那么这种“竞争”就是一种非平衡态，具体体现在企业内部，它也是存在的，工作人员为了获得更高的工资或使自己级别职称得到提升，会更加积极地努力，扩充自己的知识，提高自己的业绩。最终会使企业的整体生产效率得到提高。n另外，企业对其生产产品的定价管理也是一种非平衡态，当受外界市场的影响，产品价格相对过高而不占优势时，企业就不得不将其价格降低，并达到一种临时性的相对稳定。涨落，是指系统的某个变量或某种行为自发偏离某种平衡的现象，它是系统离开原来的状态和轨迹。涨落是偶然的、随机的、杂乱无章的，在不同的状

5、态有不同的作用。涨落是耗散结构的触发器，为耗散的形成提供了良好的条件。当系统处于远离平衡状态时，随机的小涨落可以通过非线性的相关作用和连锁效应被迅速放大，形成系统总体的“巨涨落”，从而导致系统发生突变，形成一种新的稳定有序状态。功能涨落结构普利高津认为，结构通过涨落，规定和主导着功能；而功能通过涨落 ，又影响和改变着结构，在系统物质世界的发展过程中，结构和功能通过涨落，形成结构决定功能、功能改变结构的无限动态序列。系统的结构、功能和涨落之间相互联系而又相互作用。涨落a ab b系统产生耗散结构的内部动力学机制，正是子系统间的非线性相互作用，在临界点处，非线性机制放大微涨落为巨涨落，使热力学分支

6、失稳，在控制参数越过临界点时，非线性机制对涨落产生抑制作用，使系统稳定到新的耗散结构分支上。阈值即临界值对系统性质的变化有着根本的意义。在控制参数越过临界值时，原来的热力学分支失去了稳定性，同时产生了新的稳定的耗散结构分支，在这一过程中系统从热力学混沌状态转变为有序的耗散结构状态，其间微小的涨落起到了关键的作用。这种在临界点附近控制参数的微小改变导致系统状态明显的大幅度变化的现象，叫做突变。耗散结构的出现都是以这种临界点附近的突变方式实现的。非线性和突变城市旅游的耗散结构城市旅游是一个完整的系统，城市旅游具备形成耗散结构的理论基础：u 开放性。城市旅游发展必须以旅游流的形式（包括物质流、资金流

7、、游客流、信息流等）不断与外界发生各种联系。 u 远离平衡性。旅游是需求拉动型经济，城市旅游系统必须随着需求结构与需求形式的不断更新而发展。u 内部自催化作用的非线性。城市旅游系统所包含的衣、食、住、行、游、购、娱六大基本要素的相互作用是非线性的，如城市中不同旅游景区之间的竞合关系式混沌的，客流增加可能弥补旅游餐饮市场的缺口，也可能导致该市场的超负荷甚至混乱。u 具有持久的涨落动力。作为一种典型的社会经济系统，城市旅游系统会不断遭受人为因素的干扰，从而使系统运行偏离常态或理想状态，即形成涨落。 2.耗散结构理论的运用有学者基于耗散理论的城市边缘区土地利用的弹性管理，依据耗散结构理论中的熵变模型,剖析了城市边缘区土地利用的弹性管研究了理方法,利用实例论述了城市边缘区的弹性确立方法,并基于熵的视角提出了实现弹性管理的策略。1998年2007年2009年有学者研究了基于耗散理论的土地利用与生态环境系统分析，提出从过程调控、熵值互换的动态平衡、规范涨落机制三个方向进行土地利用与生态环境关系的优化调整,促进和谐共生有学者研究了耗散结构理论与土地报酬规律，并得知土地报酬不是递减状态,而是呈“递增一递减一递增”耗散结构理论是综合性理论，具有普遍科学方法论的性质，是科学、技术、经济、管理等领域用以解决一系列综合问题的