复杂系统的自组织原理

复杂系统的自组织原理

20世纪80年代中期，国际科学学会开始发展复杂的复杂研究，主要研究对象是复杂性和复杂系统。Kauffman的研究使复杂理论开始受到世人的广泛关注。1984年在美国新墨西哥州成立的圣塔菲研究所(SantaFeInstitute)是以研究复杂性为宗旨的著名研究机构,其中Holland提出的复杂适应系统(complexadaptivesystem,CAS)受到了较为广泛的认同。CAS被用来作为研究物理、生物、经济社会等领域复杂系统的通用模型。我国学者钱学森等于1990年提出了开放的复杂巨系统的概念,认为复杂性问题实际上是开放复杂巨系统的动力学特性问题。复杂理论强调系统内部各部分之间的相互联系和作用决定系统的宏观性质,强调以还原论和整体论相结合来揭示客观事物构成的原因及其演化的历程,并力图尽可能准确地预测其未来的发展。它所具有的这些特征,使它非常适用于对企业组织进行研究。20世纪90年代以来,新兴的复杂理论在企业管理研究中的应用逐渐增多,主要集中于组织设计与组织变化、组织创造性与知识创造、战略管理等领域。我国学者也开始关注并取得一些进展:如成思危认为复杂理论可广泛应用于群体决策、技术创新、企业组织、经济发展等微观和宏观管理研究。刘洪认为企业系统是复杂系统,盛昭瀚认为管理系统具有复杂性,等等。本文的研究以I.Prigogine建立的耗散结构理论和系统层次原理为理论背景,但这两种理论都有各自的局限性,本文主要的创新性工作在于:(1)探讨了耗散结构理论中dS=diS+deS的缺陷,建立了新的复杂系统熵值变化公式;(2)探讨了既有的系统层次关系原理的不足,论述了新的系统层次关系原理;(3)将复杂系统熵值变化公式和系统层次关系原理结合为一个复杂系统的分析框架,对政府规制对上汽集团自主创新的影响历程进行了较深入的案例研究。1复杂系统的自组织原则的提出1.1系统外在系统内的熵值变化Prigogine耗散结构理论的熵值表达式为:式(1)中dS为系统总体的熵值变化(简称为熵流),diS为系统内部的熵流,它表示R.J.E.Clausius的热力学第二定律所描述的系统内部不可逆的熵增过程,永远大于零。deS为系统与环境进行能量、物质、信息交换时形成的熵流。该公式表明:系统必须是开放的,只有从外界输入负熵流deS使dS<0时,才可能形成耗散结构,当外界对系统输入的熵流deS>0、或物质、能量、信息的输入不利于系统时,则必有dS>0,系统将解体。然而在现实中,我们却能看到不少与此结论相矛盾的现象,比如:①当人体感染上疾病时,其免疫系统会抵御之,直到恢复健康;②当一个企业遇到外部的困难时,仍具有一定程度的抵抗能力;③当一个国家引进技术遇到障碍时,就会选择自主创新,等等。上述现象中,至少在某一时间段内,系统外界的能量、物质、信息的输入都不利于系统,都有可能使deS≥0,然而系统并没有立即解体,而是仍然在维持着,有一些系统甚至能够继续发展或进化。上述现实与理论之间的矛盾正是耗散结构理论的局限所在。顾文涛的研究发现Prigogine的公式隐含了一个一直被忽视的假设前提:系统和外界的物质、能量和信息的交换是连续且均匀的。事实上系统和外界进行能量、物质、信息交换的方式有多种,连续性交换仅是众多交换方式的一种,系统外界对系统的能量、物质、信息的输入与系统对外界的能量、物质、信息的需要之间存在着一个动态的平衡。Prigogine忽略了对交换方式和交换过程的研究。进一步研究发现:系统内部只要有自组织存在,就会产生负熵,产生负熵的物质、能量、信息来源既可来源于系统内部的储存或资源重组,也可来源于系统外部。文献建立了一个新的可反映开放系统不可逆熵增过程、自组织过程和他组织过程的熵值变化公式:其中:(2)式中dS为系统总体的熵流,diS描述了系统内部不可逆的熵增过程,永远大于零,dsS描述的是系统内部自组织过程产生的熵流,所需的物质、能量、信息来源有两种途径:①系统内部,用dsiS表示;②系统外部,用dseS表示。dhS表示外界对系统的他组织过程产生的熵流(h是hetero-organization的首字母)。该公式表示开放系统的总熵流包括不可逆熵增过程、自组织过程和他组织过程共三种过程产生的熵流。它更加准确地反映了系统内部某一层次的熵值变化以及该层次与外界进行物质、能量、信息交换时的熵值变化。其结论是:当一个系统的总熵流dS≤0且呈现负增长时,该系统就能维持其动态平衡并向有利于自己的方向发展,而系统的总熵流来源于不可逆熵增过程、自组织过程和他组织过程三个方面。1.2各因素之间的相互关系公式(2)只研究了系统中某一个层次的熵值变化,但对于多层次的复杂系统,系统的各层次之间存在着复杂的相互关系。已有的研究只考虑了同一个系统内部的层次关系,没有更深入地探讨各层次之间物质、能量、信息的交换关系,没有将熵值变化规律引入到层次关系的研究中,没有考虑到高层和低层的他组织——自组织之间的关系,更没有探讨系统和外界系统相应层次之间的关系。文献的研究表明,系统的各层次之间存在如下关系:(1)低频叠加—系统内部各层次之间关系①系统内低层是高层的物质基础,低层通过自创生涌现出低层没有的新特性——这就是高层的诞生,低层结构破坏则高层结构消亡。②系统最高层是系统的本质层次,其序参量是整个系统的序参量,高层具有低层没有的特性,高层的性质不能还原为低层性质的线性叠加。③高层对低层具有直接影响力,能控制低层结构重组——称为高层控制,这对低层系统而言属于他组织。此时高层对低层的输入主要是信息,通过信息——功能转换机制,低层在一定条件下也会发生自组织形成新的高一层结构,这就是自创生——称为低层自主。低层和高层的交流主要以信息为主,但也有一定的能量、物质交流。④高一层对更低一层的影响力则越来越小,越来越间接——这一性质称为逐层控制,其原因在于信息——功能转换机制的不同。⑤同层系统的局部能量、物质、信息的分布是不均匀的,同时存在着大量的自由能,这为高层协调低层进行结构重组提供了能量。⑥不同层次具有不同的熵概念,每一层次的熵值都遵循公式(2)所描述的熵值变化规律。(2)自维持、自发展的熵值变化①当系统某一层的基核形成之后,就可能和外界同层进行能量、物质、信息交流,系统内外的能量、物质、信息交换基本遵循同层对应原则。②尽管系统不同层次具有不同的熵概念,但各层和外界同层进行能量、物质、信息的交流都遵循公式(2)所描述的熵值变化规律。③如果系统某一低层受到来自外界同层的不利影响,则高层会运用其支配力量对低层进行结构调整,从而使低层能够自维持、自发展,最终实现低层对外界同层能量、物质、信息的选择性吸收或抵御。④如果系统某一低层受到来自外界同层的不利影响,高层可以直接向对方系统的高层输入能量、物质、信息,使对方高层对其低层进行调整,从而减少或消除对己方低层系统的不利影响。1.3复杂系统自组织原理与政府规制复杂系统熵值变化公式研究了系统中某一个层次的熵值变化,而系统层次关系原理探讨了系统内外不同层次之间的相互关系,两者结合起来,就成为一套较为完整的复杂系统自组织原理,该原理可作为一个一般的分析框架,对复杂系统进行有效的分析,以下我们以复杂系统自组织原理为分析框架,分析政府规制对上海汽车制造厂企业自主创新影响历程。路风、封凯栋认为汽车制造商的自主创新能力集中体现为自主开发能力,所以在本文中自主创新主要指自主开发。2总熵流的估计我们将企业系统分为三个层面(见图1):第一层为使命层,第二层为战略层(包括负责战略实施、分配资源的组织层),第三层为行为层(包括生产、研发、经营等)。我们研究的目标层为行为层,为了较准确地分析行为层的行为及其背后的原因,有必要对行为层有直接影响的战略层和使命层进行分析。企业系统每一层的熵值变化都可以用公式(2)表示,而企业系统是一个复杂系统,引起该系统熵值变化的因素往往有许多种,我们用公式(4)来描述由多种内外因素导致的系统熵值变化:式(4)中,dS表示总熵流,它包括使命层、战略层、行为层三个层面。diS表示企业系统因内耗等原因产生的熵流(为不可逆熵增过程,总为正),在上汽的发展历程中并未对上汽的发展产生过重大影响,也未发生过显著的变化,故在本文中暂不予考虑。dsS表示企业系统自组织产生的熵流,dhS表示他组织产生的熵流。更具体地,使命层、战略层、行为层的熵值变化公式如下(见图2,其中,各层之间的箭头表示相互之间有信息交流;同时,实线箭头表示上层对下层具有控制作用,虚线箭头表示下层对上层反作用)。第一层:使命层,主要考虑自主的使命和他组织(政府规制)的影响:(5)式中dS,表示上汽的使命,dsS1表示自主使命,dhS1表示他组织(主要为政府规制)的使命。第二层:战略层,主要考虑自主的战略和他组织(政府规制)的影响:(6)式中dS2表示上汽的战略,dsS2表示自主战略,dhS2表示他组织(主要为政府规制)的战略。第三层:行为层,本案例主要涉及三个变量:自有品牌开发、国产化、经营,每一个变量又分别包含自组织和他组织的影响:(7)式中,dS3表示行为层的熵流;dS31为自有品牌开发形成的熵流,dsS31表示自主开发形成的熵流,可进一步分为:①完全依靠内部力量自主开发形成的熵流(dsiS31),②引进技术形成的熵流(DseS31);dhS31表示外部强制力量引起的熵流;dS32为国产化形成的熵流,dsS32表示自我研发国产化形成的熵流,dhS32表示外部强制力量引起的熵流;dS33为经营形成的熵流,dsS33表示靠自己营销形成的熵流,dhS33表示外部市场格局对企业形成的熵流。3案例研究：政府法规对上汽独立创新的影响3.1上汽上汽上汽是中国三大汽车制造商之一,现有下属企业55家,员工总数约6万人,主要从事轿车、客车、载重车、拖拉机、摩托车等整车及配件的生产。上汽的前身是1955年12月成立的上海市内燃机配件制造公司,1958年试制出了上海市第一辆乘用车——凤凰牌轿车,1985年3月,上汽与德国合资成立了上海大众汽车有限公司,主要生产桑塔纳乘用车,1997年6月,上汽旗下的第二个整车合资企业上海通用汽车有限公司成立。2006年,上汽整车销量达到134万辆,并以180.10亿美元的年销售额列2007年《财富》500强第402位。2006年10月,上汽自主品牌的乘用车“荣威”上市。3.2上汽自主开发能力演进的阶段性(1)上汽乘用车自主开发能力的演进上汽乘用车自主开发能力大体可分为六个不同的历史阶段(见图3)。第一阶段(1955-1958年):初步形成阶段。1958年9月,上汽参考波兰华沙轿车的底盘和美国顺风轿车的车身造型,试制出了凤凰牌轿车,标志着上汽的乘用车自主开发能力初步形成,dS31从无到有,从零变为负值,但主要为上汽内部培育,故只有dsiS31一项。第二阶段(1959-1986年):缓慢提升阶段。1959—1963年,国家经济陷入困难,凤凰牌轿车在试制成功后未能投产,但开发设计力量仍然得到了保存。1964年,国家经济得到恢复,凤凰牌轿车更名为上海牌轿车,投入小批量生产,随着生产能力的不断提高、自主开发能力得到进一步提高。这一时期上汽乘用车自主开发能力dsiS31呈现一种低水平基础之上缓慢负增长的态势。第三阶段(1987-1990年):逐步减弱阶段。从1987年开始,上汽将工作重心转移到全力提高桑塔纳零部件国产化率这一战略目标上,自主开发乘用车的队伍逐步解散,资金投入停止,自主开发作为一项专门的技术职能工作逐步从上汽消失,dsiS31从负值向零移动。第四阶段(1991-1996年):基本丧失阶段。缺乏市场竞争力的上海牌轿车在1991年全面停产,上汽完全成为桑塔纳轿车的零部件制造厂和整车组装厂,dsiS31接近于零。第五阶段(1997-2001年):逐步恢复阶段。1997年与通用汽车公司共同组建50:50的泛亚汽车技术中心有限公司(引进dseS31),上汽的自主开发能力逐步得到恢复,同时,上海大众技术中心扩建,并被赋予一定的自主开发功能。这两个技术中心的建设,使上汽重新拥有了专门从事自主开发的部门及人员,并且参与了“别克”和“桑塔纳3000”轿车的改进(不享有最终方案决定权),dsS31恢复负增长;上汽还同国内多个高等院校建立了汽车整车设计、汽车模型风洞、汽车噪声与震动、汽车造型与内饰设计、汽车仿真设计、汽车传统、汽车金属材料研究等工程研究中心,引进了新的dseS31。总体来看,这一时期上汽自主开发能力只处于在新的基础之上不断学习和积累知识、技能及经验的初始阶段。此阶段dS31主要由dsiS31和dseS31组成,缓慢负增长。第六阶段(2002年至今):全面培育阶段。2002年8月,上汽成立了以开发自主品牌产品为主要职能的上汽汽车工程研究院;2003年,上汽组建了自主产品开发联合工作组;2004年,上汽收购双龙48.92%的股份,其目的就是以双龙领先的技术支持上汽自主品牌车的开发。另外,上汽出资6700万英镑购买了罗孚25型和罗孚75型轿车的知识产权。2006年,上汽的自主品牌项目正式得到国家发改委批准,同期,上汽组建了全面负责自主品牌乘用车体系建设的上海汽车制造公司。这一系列的举措使得上汽的自主开发能力获得显著提升,dS31(自身技术研发的dsiS31和从外部引进技术的dseS31)负增长加速。(2)政府规制在上汽乘用车自主开发能力演进中的作用改革开放前,国家实行高度统一的计划经济体制,上汽的所有重大生产经营决策都是由政府部门做出的,上汽使命层dS1和战略层的dS2都取决于政府规制形成的dhS1、dhS2,dsS1、dsS2都为0,政府通过加大自主开发的资金投入、大规模吸引创新型人才、形成有利于创新的制度安排、培育创新型文化等。使得自主开发的dsS31从零到有,呈现负增长。改革开放后,计划经济体制逐步向市场经济体制转变,政府规制的作用虽然在弱化,但依然对上汽自主开发能力的演进起到了十分重要的作用。1980年代至90年代初,上汽自主开发能力的弱化和完全放弃,直接受到政府规制dhS2的作用。在上汽与大众合资生产桑塔纳之初,上汽并没有放弃自主开发能力,只是把合资当作企业的新增长点和学习领先技术与管理的有效途径。当时上汽既要筹建新诞生的上海大众,又要在其边上新建一个上海汽车厂,用以生产上海牌轿车。然而,政府对桑塔纳国产化率的急切要求和对上汽工作不力的严厉批评,促使上汽使命层、战略层决定集中几乎全部资源用于桑塔纳配套零部件制造和整车组装工作,并停止几乎所有自主品牌车生产,政府不仅通过dhS1促使上汽的dsS2决策,同时直接向上汽战略层施加dhS2,推动dsS32巨幅负增长,由于资源的有限性,dsS32负增长必然导致d,S31负减少,使总的dS31负减少。1990年代最初六年间,上汽之所以能够以完全不考虑自主开发能力积累的方式获得长足发展,政府规制产生了很大的影响作用。首先,政府实行高关税政策和进口许可制度,有效地阻止了整车进口。其次,政府实行严格的外资进入审批制度,并要求外方在汽车合资企业的股权不得超过50%,抑制了合资车的供给。再次,政府实行严格的汽车投资项目审批制度,严控包括民营资本在内的国内新投资者进入这一领域,进一步抑制了市场供给的增加。另外,上海市政府大力推动将桑塔纳作为上海市出租车和政府公务车主导车型等措施,则在市场开拓与维护方面给上汽以直接的帮助。以上四个方面的政府行为导致了乘用车产业市场供不应求的局面,使上汽营销方面的dhS33巨幅负增长,致使dS33巨幅负增长。出色的业绩和良好的增长势头,使上汽战略层dsS2对舍弃自主开发、全力发展桑塔纳的正确性深信不疑,同时也直接导致了德方以极其傲慢的态度拒绝向上汽工程技术人员转移核心技术。在上汽战略层(dsS2)和德方技术封锁(dhS31)等因素的共同作用下,上汽此时自主开发的dS31负值减少,基本接近于零。近10年来上汽自主开发能力的恢复和逐步提升,同样和政府规制密切相关。过去10年间,中国汽车市场持续高速增长促使了dhS33的高速负增长,带动了dS33高速负增长,这种供不应求的市场格局恰恰减少了上汽提高自主开发能力的压力。上汽之所以开始着手恢复和培育自主开发能力,首先是因为,经调整的政府规制给上汽以很大的促动和帮助:①1996年后政府出台的汽车产业政策规定,新建的中外合资企业必须建立研发机构,必须具备换代产品的开发能力。该管制措施直接促成了1997年上汽与通用共同建立泛亚中心(引进dseS31),并促使大众公司不得不同意中方开发人员在上海大众的开发中心参与车型改进工作,使得dsiS31和dseS31都出现负增长。②政府在这一时期的管制政策已有所松动,吉利、奇瑞、比亚迪等新的汽车制造商通过自主开发自有品牌乘用车获得了快速发展,来自于竞争对手的dhS33负降低给上汽带来了巨大压力。③政府将自主创新提升到国家战略的高度之后,各级政府部门逐步推出一些具体的政策措施。上汽必须顺应政府的战略意图,主动吸收来自于政府的dhS2。④自主创新的理念在全国传播,全社会都在批评上汽等三大汽车制造商未能在自主开发取得显著成效,给上汽的使命层输入了负值的dhS1。其次,企业使命层和战略层在这段时期开始具有了自主性,S1和dsS2从无到有。上汽高层认识到,随着汽车ds市场全球竞争时代的到来,dhS33将逐渐负减少,如果不培育自主开发能力,没有dS31的负增长,将很难促使dsS33产生实质性的负增长,经营业绩dS33将逐渐负减少。通过促使dS31的负增长来促进dsS33的负增长已经成为无可回避的选择。3.3政府加大对下汽汽车进口政策支持,促使dss3负增长,从而降低了下汽自主开发的压力(1)直接方式。政府主要通过直接针对上汽发布行政指令(向战略层输入dhS2)、进行人员任免、批准或搁置重大投资项目(向行为层输入dhS3)等途径对上汽的自主开发能力演进施加影响。1980年代中期,中央政府有关部门明确提出,桑塔纳的国产化率必须在三年内达到40%,之后,上海市政府派出政府官员兼任上汽总经理,市政府给派出的官员下达了三年内达不到60%的国产化率就引咎辞职的军令状。同时,上海市政府从桑塔纳轿车销售利润中提出一定的份额作为横向配套基金,由市计委掌握,专款专用。这些措施直接促进了桑塔纳国产化率的提高,dhS32负增长,却抑制了自主开发的发展,dhS31负减少。近年来,政府对上汽未来发展自主品牌车给出了明确的指导意见,要求上汽切实落实中央提出的自主创新文件精神。2003年国家发改委同意上汽收购韩国双龙公司部分股权,2006年批准上汽上马自主品牌乘用车项目等,都是以非常直接的方式,通过向上汽战略层和行为层输入负dhS2和dhS31,推动上汽自主开发能力的恢复。(2)间接方式。政府通过对产业竞争结构力量等施加影响,从客观上促进了上汽经营业绩的提升(dhS33负增长),而dhS33又向上影响着战略层dsS2制定战略,促进其自主开发dsS31负增长。加入WTO之前,政府长期实行的汽车进口实行高关税和进口许可证制度、中外合资企业中外资所持股份不能超过50%、严格控制国内新投资者进入汽车业等政策,都不是直接针对上汽,但都在客观上缓解了上汽必须开展自主创新的压力,使dsS31负降低。加入WTO之后,政府逐步取消配额限制、大幅度降低整车和零部件关税、外资建立零部件合资企业不再有最高股份的限制、对外资开放汽车服务领域等规制措施的变化,都通过改变国内汽车产业市场的竞争格局,客观上使dhS33负降低,促使上汽战略层认识到只有使负dS31增长,才能促进dS33负增长。3.4从政府角度:企业自主开发的路径选择上汽自主开发能力的历史演进路径是多种力量共同作用的结果,政府只是其中的重要力量之一。利益相关者理论认为,