梁培培,宋志婷,孫延明

(1.華南理工大學(xué) 工商管理學(xué)院，廣東廣州，510640；2.安慶師范大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，安徽 安慶 246133)

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服務(wù)型制造企業(yè)復(fù)雜信息系統(tǒng)的演化機(jī)理研究

梁培培1,2,宋志婷1,孫延明1

(1.華南理工大學(xué) 工商管理學(xué)院，廣東廣州，510640；2.安慶師范大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，安徽 安慶 246133)

基于復(fù)雜系統(tǒng)動(dòng)態(tài)演化視角，本文分析了推動(dòng)信息系統(tǒng)演化的動(dòng)力因素，構(gòu)建了系統(tǒng)演化的動(dòng)力學(xué)模型，以理想度考察系統(tǒng)的演化規(guī)律和特性，探討了信息系統(tǒng)演化的方向和速率、系統(tǒng)演化進(jìn)入混沌區(qū)域的條件以及隨機(jī)漲落力對(duì)系統(tǒng)演化過(guò)程的影響。復(fù)雜性科學(xué)方法和系統(tǒng)動(dòng)態(tài)演化的切入為研究信息系統(tǒng)提供了全新的視角，也為企業(yè)信息化的成功實(shí)施和IT資源的理性投資提供一定理論的參考框架。

服務(wù)型制造; 信息系統(tǒng); 理想度; 演化機(jī)理

服務(wù)型制造是當(dāng)前學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界廣泛探索的新的制造模式，是制造與服務(wù)相融合的新的產(chǎn)業(yè)形態(tài)。它強(qiáng)調(diào)客戶、上下游企業(yè)的參與，注重服務(wù)與產(chǎn)品的融合，基于產(chǎn)品為需求市場(chǎng)提供高滿意度的綜合服務(wù)。世界典型的制造型企業(yè)如GE、IBM等公司已逐漸從制造提供商向服務(wù)提供商轉(zhuǎn)型，公司超過(guò)50%的銷售收入來(lái)源于服務(wù)業(yè)務(wù)的提供。在國(guó)內(nèi)如富士康、陜鼓、海爾等制造企業(yè)也開(kāi)始了服務(wù)化轉(zhuǎn)型的步伐，為我國(guó)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)樹(shù)立了標(biāo)桿。服務(wù)型制造是世界制造業(yè)轉(zhuǎn)型的必然趨勢(shì)，服務(wù)型制造的內(nèi)涵與外延、價(jià)值增值機(jī)理、協(xié)同框架、實(shí)施策略、價(jià)值鏈體系構(gòu)造與運(yùn)行機(jī)制等方面是目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的重點(diǎn)[1-4]。這種新制造模式的實(shí)現(xiàn)需要信息化與制造業(yè)的深度融合[5]，企業(yè)與客戶的互動(dòng)、產(chǎn)品與服務(wù)的融合、服務(wù)的全程化、制造網(wǎng)絡(luò)的高度協(xié)同等都離不開(kāi)高水平的信息化支持。工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)信息系統(tǒng)與IT技術(shù)對(duì)企業(yè)組織運(yùn)營(yíng)績(jī)效、組織創(chuàng)新的作用機(jī)制已經(jīng)得到學(xué)者們的關(guān)注[6-7]，一個(gè)對(duì)環(huán)境具有很好適應(yīng)性的信息系統(tǒng)是服務(wù)型制造模式實(shí)現(xiàn)的良好保證和前提條件。

現(xiàn)實(shí)中業(yè)界更側(cè)重于將信息系統(tǒng)作為技術(shù)系統(tǒng)來(lái)設(shè)計(jì)和實(shí)施，對(duì)信息化和信息系統(tǒng)的研究大多基于靜態(tài)環(huán)境這個(gè)研究前提，很難形成對(duì)信息系統(tǒng)全生命周期的演化規(guī)律的認(rèn)識(shí)。企業(yè)信息系統(tǒng)的演化表現(xiàn)在系統(tǒng)從無(wú)到有、由小到大、由弱到強(qiáng)、由簡(jiǎn)單到復(fù)雜直至消亡的發(fā)展變化過(guò)程；軟硬設(shè)施的升級(jí)和淘汰、子系統(tǒng)的交互關(guān)系變化、系統(tǒng)的移植和集成等皆屬于系統(tǒng)演化的一個(gè)階段性表現(xiàn)，體現(xiàn)了組織對(duì)信息處理存儲(chǔ)傳輸能力需求的描述。在制造業(yè)服務(wù)轉(zhuǎn)型升級(jí)中，信息系統(tǒng)的運(yùn)行難以適應(yīng)復(fù)雜多變的外部運(yùn)行環(huán)境的形勢(shì)已經(jīng)越來(lái)越嚴(yán)峻。若能用包含演化理論在內(nèi)的復(fù)雜性科學(xué)方法去把握信息系統(tǒng)演化的基本規(guī)律和特性，將會(huì)使得企業(yè)信息化的實(shí)施以及IT資源的投資更加成功。目前關(guān)于服務(wù)型制造模式信息系統(tǒng)的研究，國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要集中在架構(gòu)構(gòu)建、概念模型、部分功能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及方法等方面。例如Shen等[8]提出了一個(gè)基于Agent的面向服務(wù)的集成架構(gòu)，可用于建立一個(gè)協(xié)作的環(huán)境并能提供制造服務(wù)的動(dòng)態(tài)資源調(diào)度；Shin等[9]為了解決建筑供應(yīng)鏈中資源準(zhǔn)時(shí)交付，基于RFID/WSN提出了一個(gè)面向服務(wù)的無(wú)縫集成的信息管理框架，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該框架具有較好的應(yīng)用價(jià)值；金青等[10]為了解決資源整合和業(yè)務(wù)流程協(xié)同問(wèn)題，提出了服務(wù)型制造模式以能力知識(shí)為中心的業(yè)務(wù)處理信息概念模型以及基于本體的能力知識(shí)體系架構(gòu)；Omid等[11]為了實(shí)現(xiàn)分布式制造系統(tǒng)的集成與協(xié)同，基于云計(jì)算范式的面向服務(wù)的方法。開(kāi)發(fā)了一個(gè)協(xié)同制造平臺(tái)，該平臺(tái)可以支持分布式制造系統(tǒng)的協(xié)作以及數(shù)據(jù)集成，能較好地滿足分布式協(xié)作的要求。上述文獻(xiàn)豐富了服務(wù)型制造模式中信息管理領(lǐng)域的研究方法，為服務(wù)型制造模式的實(shí)現(xiàn)提供了較好的理論指導(dǎo)，然而基于演化和復(fù)雜系統(tǒng)視角研究信息系統(tǒng)的文獻(xiàn)相對(duì)缺乏。近年來(lái)軟件系統(tǒng)的演化、學(xué)習(xí)型信息系統(tǒng)以及信息系統(tǒng)柔性的探索和實(shí)踐，表明從演化的視角研究信息系統(tǒng)會(huì)是未來(lái)研究的主要方法，特別在我國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)過(guò)程中企業(yè)對(duì)信息化發(fā)展的重視程度越來(lái)越高，必然會(huì)使得組織信息系統(tǒng)為適應(yīng)外界環(huán)境變化和運(yùn)營(yíng)要求而時(shí)刻處于動(dòng)態(tài)的演化過(guò)程中。因此把控組織系統(tǒng)動(dòng)態(tài)演化的方向和方式對(duì)企業(yè)的信息化實(shí)踐至關(guān)重要。

本文的研究對(duì)象服務(wù)型制造企業(yè)，主要指的是產(chǎn)品制造價(jià)值鏈中核心的，強(qiáng)調(diào)協(xié)同生產(chǎn)和服務(wù)的、實(shí)施制造-服務(wù)模式的制造企業(yè)。由于這一類企業(yè)在價(jià)值鏈中處于核心和主導(dǎo)的地位，相比鏈中其他的節(jié)點(diǎn)企業(yè)，其信息系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，對(duì)信息化發(fā)展的要求也更高。服務(wù)型制造企業(yè)信息系統(tǒng)(service-oriented manufacturing enterprise information system，SMEIS)是由組織內(nèi)能支持客戶全程化參與、物流、金融等生產(chǎn)性服務(wù)的系統(tǒng)，以及零配件、原材料及裝配制造等服務(wù)性生產(chǎn)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)構(gòu)成。它滿足復(fù)雜系統(tǒng)的開(kāi)放性、遠(yuǎn)離平衡態(tài)、非線性相互作用以及巨漲落等主要特征[12]，屬于復(fù)雜系統(tǒng)范疇。復(fù)雜系統(tǒng)建模的任務(wù)是構(gòu)建系統(tǒng)的模型，以便描述系統(tǒng)的自組織、混沌，突變等復(fù)雜性屬性。而傳統(tǒng)的建模方法如還原論、結(jié)構(gòu)化分析等，不適合現(xiàn)代制造企業(yè)復(fù)雜信息系統(tǒng)的建模，其存在的缺點(diǎn)導(dǎo)致其難以去描述系統(tǒng)的演化過(guò)程。因此對(duì)服務(wù)型制造企業(yè)信息系統(tǒng)的演化應(yīng)采用復(fù)雜性科學(xué)方法?；趶?fù)雜信息系統(tǒng)這個(gè)研究前提，本文將首先闡述支撐信息系統(tǒng)演化的動(dòng)力因素，采用協(xié)同學(xué)方法構(gòu)建以系統(tǒng)理想度為考察變量的動(dòng)力學(xué)模型，探討系統(tǒng)演化的方式、系統(tǒng)進(jìn)入演化混沌的條件以及隨機(jī)漲落力對(duì)演化過(guò)程的影響。本文的研究在一定程度上是復(fù)雜性科學(xué)方法在管理領(lǐng)域應(yīng)用上的推廣，是對(duì)信息系統(tǒng)研究的一個(gè)補(bǔ)充；同時(shí)也為企業(yè)信息化的實(shí)踐和IT資源的理性投資提供可參考的理論框架。

1　系統(tǒng)的演化機(jī)理

1.1系統(tǒng)演化的動(dòng)力因素分析

相比于以往的各類制造模式，服務(wù)型制造模式在價(jià)值增值、運(yùn)作方式、組織模式和運(yùn)作模式上存在較大差異[13]，而且企業(yè)對(duì)信息系統(tǒng)的重視程度、組織所處外部環(huán)境(需求市場(chǎng)、技術(shù)市場(chǎng))也不盡相同。因此信息系統(tǒng)演化的方向和速度必然也存在較大的差異。服務(wù)型制造企業(yè)信息系統(tǒng)的演化是一個(gè)持續(xù)的動(dòng)態(tài)過(guò)程，是各種動(dòng)力因素相互作用的結(jié)果，不論是局部系統(tǒng)功能的改進(jìn)、子系統(tǒng)信息交互關(guān)系的變化，還是整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及數(shù)量的優(yōu)化，都體現(xiàn)了演化過(guò)程中一個(gè)階段性結(jié)果的獲得，是系統(tǒng)不斷提高自身能力去適應(yīng)組織運(yùn)營(yíng)戰(zhàn)略的過(guò)程。本文認(rèn)為推動(dòng)服務(wù)型制造企業(yè)信息系統(tǒng)不斷演化的因素很多，支撐系統(tǒng)演化的主要因素來(lái)源于需求拉動(dòng)、技術(shù)推動(dòng)、資源投入以及慣例變化4個(gè)關(guān)鍵要素。

1)需求拉動(dòng)。需求拉動(dòng)是服務(wù)型制造企業(yè)信息系統(tǒng)演化的根本力量，又是由企業(yè)外部市場(chǎng)環(huán)境和企業(yè)經(jīng)營(yíng)戰(zhàn)略需求所決定的。與傳統(tǒng)制造企業(yè)的經(jīng)營(yíng)理念和其所處的市場(chǎng)環(huán)境相比較，服務(wù)型制造企業(yè)的經(jīng)營(yíng)理念以服務(wù)顧客為導(dǎo)向，為客戶提供高滿意度的增值服務(wù)，其所面臨的市場(chǎng)環(huán)境具有很大的不確定性。信息系統(tǒng)作為企業(yè)組織在信息域的映像，隱含了組織對(duì)外部市場(chǎng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程以及經(jīng)營(yíng)戰(zhàn)略的轉(zhuǎn)變過(guò)程。需求的變化將直接導(dǎo)致信息系統(tǒng)規(guī)模，結(jié)構(gòu)以及行為的變化。在信息系統(tǒng)演化過(guò)程中，每個(gè)階段的管理重點(diǎn)實(shí)際上都是與當(dāng)時(shí)組織的經(jīng)營(yíng)管理理念和所處市場(chǎng)環(huán)境的特點(diǎn)相適應(yīng)的。

2)技術(shù)推動(dòng)。企業(yè)信息化過(guò)程中被組織掌握和運(yùn)用于信息化的各種技術(shù)，是推動(dòng)企業(yè)信息系統(tǒng)發(fā)展的技術(shù)驅(qū)動(dòng)力，是企業(yè)信息系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的技術(shù)保證。技術(shù)在信息系統(tǒng)演化中屬于較活躍的因素，技術(shù)革新將直接對(duì)整個(gè)系統(tǒng)體系造成重大沖擊，從而導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)和行為發(fā)生變化。結(jié)合各時(shí)期計(jì)算領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步，分析MRP到MRP II、ERP、ERP II的演變歷程，也可以進(jìn)一步印證技術(shù)是推動(dòng)企業(yè)信息系統(tǒng)演化的驅(qū)動(dòng)力之一。

3)資源投入。企業(yè)信息系統(tǒng)屬于開(kāi)放系統(tǒng)，在其演化過(guò)程中必然將與環(huán)境產(chǎn)生物質(zhì)交換。而資源的投入對(duì)信息系統(tǒng)演化的結(jié)果有著重大影響，是信息系統(tǒng)存在的物質(zhì)基礎(chǔ)。服務(wù)型制造企業(yè)為了更好地響應(yīng)市場(chǎng)需求以及提高系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性，必然需要外部資源的投入；同時(shí)組織對(duì)資源的投入水平還須進(jìn)行合理的決策。這是由于同一制造企業(yè)不同的資源投入，不同規(guī)模的制造企業(yè)同樣的資源投入，其信息系統(tǒng)演化的方式(速率、方向等)和最終的演化結(jié)果均會(huì)有較大的差異。

4)慣例變化。所謂慣例就是組織受到一定的刺激后，由多個(gè)參與者對(duì)可識(shí)別的重復(fù)的一系列行為模式進(jìn)行積累、改進(jìn)和學(xué)習(xí)的演變過(guò)程，是企業(yè)在不確定環(huán)境中指導(dǎo)企業(yè)執(zhí)行習(xí)慣和經(jīng)驗(yàn)型行為的知識(shí)，并為企業(yè)所記憶和存儲(chǔ)，是幫助企業(yè)減少不確定性的規(guī)則[14]。慣例是企業(yè)組織在信息系統(tǒng)演化過(guò)程中的行為規(guī)則。通常企業(yè)慣例在一定時(shí)期內(nèi)能夠保持穩(wěn)定性，但有時(shí)為了適應(yīng)外部市場(chǎng)環(huán)境的變化，也可以進(jìn)行修正。企業(yè)慣例修正的過(guò)程實(shí)際上也伴隨著企業(yè)信息系統(tǒng)的演化過(guò)程。慣例的演化變遷影響和決定著企業(yè)信息系統(tǒng)演化的路徑特征，企業(yè)不同的管理模式、企業(yè)文化、規(guī)章制度、信息化戰(zhàn)略等，其信息系統(tǒng)的演化過(guò)程也是截然不同的。

1.2信息系統(tǒng)演化機(jī)理描述

系統(tǒng)演化一般有兩種典型的途徑：一是經(jīng)過(guò)臨界點(diǎn)的性質(zhì)突變的相變，簡(jiǎn)稱突變；二是臨界點(diǎn)以下的狀態(tài)突變的相變，稱為漸變式相變，發(fā)生相變的原因主要來(lái)自于外部力量和內(nèi)部的擾動(dòng)。信息系統(tǒng)內(nèi)局部系統(tǒng)的功能、性能升級(jí)、改進(jìn)和更新等，屬于漸進(jìn)式相變；突變主要體現(xiàn)在信息系統(tǒng)整體功能或性能的一次大的改變。信息系統(tǒng)內(nèi)部的非線性相互作用是系統(tǒng)形成有序結(jié)構(gòu)的內(nèi)在原因，也是系統(tǒng)能夠形成耗散結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵，主要體現(xiàn)在技術(shù)、人員、企業(yè)慣例之間的相互作用。結(jié)合上節(jié)演化動(dòng)力因素分析，系統(tǒng)演化機(jī)理見(jiàn)圖1。

圖1　服務(wù)型制造企業(yè)信息系統(tǒng)演化過(guò)程示意圖

2　SMEIS自組織演化機(jī)制模型的構(gòu)建

2.1狀態(tài)變量的選取——理想度

理想度被譽(yù)為T(mén)RIZ的4大理論支柱之一。它的提出源于技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化過(guò)程中存在的機(jī)制，反映了技術(shù)系統(tǒng)在進(jìn)化過(guò)程中對(duì)于社會(huì)需求的適應(yīng)程度[15]。它是衡量現(xiàn)有系統(tǒng)與理想系統(tǒng)(或最終理想解)接近程度的一個(gè)參考變量。通常，系統(tǒng)的理想度[15]定義為

在服務(wù)型制造企業(yè)信息系統(tǒng)中，有用功能是指系統(tǒng)存在的目的，包括系統(tǒng)的總功能和輔助功能，例如系統(tǒng)的預(yù)期輸出、穩(wěn)定性、響應(yīng)性、決策支持性、可擴(kuò)展性及可移植性等；有害影響是指系統(tǒng)非預(yù)期的輸出或阻礙系統(tǒng)正常運(yùn)行的功能，例如系統(tǒng)脆弱性、故障頻率等。

在此需要注意的是，TRIZ中的相關(guān)概念是否適用于非完全技術(shù)系統(tǒng)SMEIS；理想度是否能夠刻畫(huà)SMEIS的演化過(guò)程。首先，TRIZ的主要概念如理想度、矛盾和系統(tǒng)法的應(yīng)用范圍已經(jīng)拓展到非技術(shù)系統(tǒng)的研究，并取得了較好的應(yīng)用效果[16-17]；其次，構(gòu)成SMEIS微觀層面的系統(tǒng)元素包含管理系統(tǒng)和技術(shù)系統(tǒng)兩部分，理想度的概念同樣適用于管理系統(tǒng)的功能及結(jié)構(gòu)演化的分析；再者，增加系統(tǒng)理想度(或向最終理想解靠近)是TRIZ一個(gè)重要的目標(biāo)，也是制造服務(wù)轉(zhuǎn)型過(guò)程中進(jìn)行信息化發(fā)展重點(diǎn)考察的參量，并當(dāng)系統(tǒng)的控制變量達(dá)到閾值時(shí)，該參數(shù)往往在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)支配著系統(tǒng)的發(fā)展，符合序參量的特征；因此本文選取理想度(記為x)作為狀態(tài)變量來(lái)觀察系統(tǒng)的演化過(guò)程，通過(guò)動(dòng)力學(xué)方程的構(gòu)建，觀察x的演化曲線來(lái)揭示SMEIS的演化過(guò)程，用dx/dt來(lái)描述系統(tǒng)演化的速度。

2.2演化模型的構(gòu)建

協(xié)同學(xué)一般使用非線性動(dòng)力學(xué)方程來(lái)描述系統(tǒng)的自組織演化機(jī)制。依據(jù)協(xié)同學(xué)理論的支配原理，狀態(tài)變量的數(shù)目不一定選取很多，而是要抓住主要的狀態(tài)變量。這樣既有利于降低系統(tǒng)的復(fù)雜性維度又有利于將信息系統(tǒng)演化過(guò)程中的本質(zhì)特征體現(xiàn)出來(lái)。

針對(duì)系統(tǒng)理想度x，首先依據(jù)推動(dòng)服務(wù)型制造信息系統(tǒng)演化的關(guān)鍵要素分析。需求拉動(dòng)、技術(shù)推動(dòng)、資源投入以及系統(tǒng)慣例的影響對(duì)信息系統(tǒng)理想度的增加起著正反饋?zhàn)饔?，本文用k1x表示，k1表示系統(tǒng)演化動(dòng)力要素對(duì)系統(tǒng)理想度的影響系數(shù)。然而在實(shí)際中投入信息系統(tǒng)的資源和組織所掌握的技術(shù)能力是有限的，當(dāng)系統(tǒng)理想度發(fā)展到一定水平時(shí)，必然要受到有限資源和技術(shù)發(fā)展的限制，這種限制作用隨著系統(tǒng)的演化趨于明顯，達(dá)到所謂的飽和效應(yīng)?？梢哉J(rèn)為這種飽和效應(yīng)與系統(tǒng)的理想度之間存在線性關(guān)系。因此綜合上述的正負(fù)反饋機(jī)制，可以將k1改寫(xiě)為k1-k2x，k2為有限資源和技術(shù)發(fā)展限制下的飽和系數(shù)。同時(shí)系統(tǒng)演化過(guò)程中存在阻礙系統(tǒng)理想度提高的限制性因素作用，包括主管企業(yè)信息化領(lǐng)導(dǎo)的認(rèn)知能力限制、組織對(duì)市場(chǎng)環(huán)境變化的感知和轉(zhuǎn)化能力限制、信息系統(tǒng)不能瞬間適應(yīng)企業(yè)組織架構(gòu)和管理模式調(diào)整的過(guò)程限制等。本文用-k3x表示限制系統(tǒng)理想度提高的阻尼作用，k3為阻尼系數(shù)。因此基于理想度的系統(tǒng)演化機(jī)制的動(dòng)力學(xué)方程為

(1)

其中，k1-k3表示系統(tǒng)內(nèi)在的增長(zhǎng)率，(k1-k3)/k2表示有限的資源投入和現(xiàn)有的技術(shù)市場(chǎng)條件下僅允許最大的系統(tǒng)理想度。從式(1)可以看出系統(tǒng)理想度越大，系統(tǒng)的增長(zhǎng)率因?yàn)槭艿劫Y源和現(xiàn)有技術(shù)的限制而越來(lái)越低，(k1-k3)/k2為理想度x的定態(tài)，此時(shí)系統(tǒng)理想度不再增長(zhǎng)，增長(zhǎng)率為0。記t=0時(shí)系統(tǒng)初始理想度為x0=γ，并令α=k1-k3，β=(k1-k3)/k2，則方程(1)可寫(xiě)為

(2)

解微分方程(2)，可得解析解：

(3)

3　SMEIS演化過(guò)程分析

3.1演化的方向及速率

式(2)和式(3)分別代表系統(tǒng)理想度的演化速率與方向。顯然，當(dāng)α>0時(shí)，dx/dt>0；當(dāng)α<0時(shí)dx/dt<0。因此，α=0為系統(tǒng)的一個(gè)演化分岔點(diǎn)。圖2描述了3種不同內(nèi)在增長(zhǎng)率的情形下系統(tǒng)理想度的演化軌跡示意圖。當(dāng)α從負(fù)值增大并跨越零點(diǎn)時(shí)，表明隨著正反饋?zhàn)饔玫募哟?，系統(tǒng)理想度演化速率會(huì)從初始的負(fù)增長(zhǎng)速率逐漸演化歸預(yù)期的正增長(zhǎng)速率，從而使得系統(tǒng)發(fā)生新的改變，是一個(gè)由舊結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性喪失到新結(jié)構(gòu)確立的有序演化過(guò)程。由于服務(wù)型制造企業(yè)對(duì)信息化重視程度很高，所以不妨假設(shè)α>0以表示系統(tǒng)的演化處于預(yù)想的發(fā)展方向，此時(shí)對(duì)式(2)進(jìn)一步求導(dǎo)，可得

(4)

(5)

圖2　α不同取值下的x演化軌跡

圖3　系統(tǒng)的演化速率與方向曲線

3.2演化混沌分析

混沌現(xiàn)象是非線性動(dòng)力系統(tǒng)中某些關(guān)鍵的控制參數(shù)變化引起的，盡管混沌運(yùn)動(dòng)也已應(yīng)用于許多工程，例如混沌序列預(yù)測(cè)、混沌保密通信等，然而對(duì)許多系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，混沌會(huì)對(duì)系統(tǒng)的正常運(yùn)行產(chǎn)生危害，它能使系統(tǒng)失穩(wěn)、失控甚至徹底的崩潰[18]。通過(guò)對(duì)關(guān)鍵控制參數(shù)的改變，系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生分岔并走向混沌，組織信息化的重視、資源投入的理性、環(huán)境的正確感知等會(huì)使得信息系統(tǒng)的理想度躍升至更高層次；相反資金短缺、盲目投資、高管能力限制等也會(huì)導(dǎo)致預(yù)期的系統(tǒng)功能無(wú)法實(shí)現(xiàn)，向著更低層次的方向演化。識(shí)別信息系統(tǒng)演化過(guò)程中的分岔行為，有利于管理者調(diào)控系統(tǒng)的正常演化狀態(tài)。將式(2)離散化，可以得到n時(shí)刻系統(tǒng)理想度的狀態(tài)方程為

(6)

其中，un的變化即一維Logistic映射。費(fèi)根鮑姆指出Logistic映射會(huì)隨著控制參數(shù)的增大將經(jīng)歷倍周期分岔，當(dāng)r∈(0,3)時(shí)，系統(tǒng)演化收斂于一個(gè)均衡點(diǎn)x=β；當(dāng)r∈(3,3.449)時(shí)，系統(tǒng)演化會(huì)出現(xiàn)2點(diǎn)周期；當(dāng)r∈[3.449,3.544)時(shí)會(huì)出現(xiàn)4點(diǎn)周期……，并當(dāng)r取極限值r∞=3.570時(shí)(此時(shí)α=2.570)，系統(tǒng)演化會(huì)進(jìn)入混沌區(qū)域。這時(shí)不論系統(tǒng)理想度初值如何，系統(tǒng)都將趨向于該混沌吸引子。

假設(shè)系統(tǒng)理想度初值γ=0.8,k2=0.2,β=(k1-k3)/k2=3，利用Matlab編程可得到SMEIS理想度x隨α值變化的過(guò)程仿真如圖4所示。從x演化軌跡圖可以看出，α在區(qū)間(0,2)任意取值時(shí)，x=0總是系統(tǒng)的不穩(wěn)定點(diǎn)并演化收斂于x=3這個(gè)穩(wěn)態(tài)點(diǎn)；當(dāng)2≤α≤2.449時(shí)，出現(xiàn)2倍周期；隨著α增大會(huì)逐漸出現(xiàn)4點(diǎn)、8點(diǎn)乃至更高的偶數(shù)倍周期分岔并進(jìn)入混沌狀態(tài)如圖4所示，此時(shí)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)形態(tài)非常復(fù)雜，其演化規(guī)律也很難進(jìn)行動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)。進(jìn)一步地考察參數(shù)α，α為系統(tǒng)演化正反饋?zhàn)饔孟禂?shù)k1與系統(tǒng)阻尼系數(shù)k3之差。一般阻尼系數(shù)k3短時(shí)間內(nèi)難以發(fā)生改變，在組織所處固有的市場(chǎng)環(huán)境(包括技術(shù)市場(chǎng))下，企業(yè)可以通過(guò)控制資源的投入來(lái)影響系數(shù)k1的變化。然而通過(guò)對(duì)系統(tǒng)演化的混沌分析，一味加大資源的投入也未必能取得良好的效果，也可能使得信息系統(tǒng)更難適應(yīng)現(xiàn)有的組織運(yùn)營(yíng)過(guò)程，甚至被淘汰。

圖4　x隨α值的變化圖

圖5　隨機(jī)力變化下x的穩(wěn)定性分布圖

3.3漲落對(duì)系統(tǒng)演化的影響

(7)

在此條件下，方程(7)等價(jià)于斯特拉多諾維奇的FPE(福克-普朗克方程)：

(8)

(9)

(10)

(11)

4　案例分析

N公司是國(guó)內(nèi)專門(mén)從事電梯設(shè)計(jì)制造的龍頭企業(yè)，企業(yè)信息化建設(shè)已有一定基礎(chǔ)。該企業(yè)于2012年開(kāi)始了制造向服務(wù)轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略化步伐，實(shí)際運(yùn)營(yíng)過(guò)程中現(xiàn)有系統(tǒng)的不足導(dǎo)致產(chǎn)品服務(wù)質(zhì)量下降的案例屢見(jiàn)不鮮，使得企業(yè)對(duì)IT/IS進(jìn)行有效規(guī)劃的需求顯得日益迫切。2013年公司通過(guò)合作進(jìn)行了較為全面的IT/IS的診斷和規(guī)劃，調(diào)研結(jié)果顯示企業(yè)對(duì)信息系統(tǒng)在集團(tuán)管控、產(chǎn)品全生命周期管理、知識(shí)管理、供應(yīng)鏈集成等方面的應(yīng)用需求較為強(qiáng)烈。

圖6　N企業(yè)信息系統(tǒng)演化過(guò)程示意圖

圖7　N企業(yè)制造平臺(tái)架構(gòu)及功能的階段性演化

基于上述描述，2013年之前N公司的信息化發(fā)展水平較為穩(wěn)定，如圖6區(qū)間[t1,t2]所對(duì)應(yīng)的理想度水平；然而實(shí)際運(yùn)營(yíng)中由于企業(yè)戰(zhàn)略的轉(zhuǎn)型和實(shí)際市場(chǎng)環(huán)境的變化，在現(xiàn)有信息系統(tǒng)的架構(gòu)不作改變的前提下，其理想度值將呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)，在圖中系統(tǒng)將演化至Y區(qū)域，并非預(yù)想的B路徑。維持或提高系統(tǒng)理想度沿著B(niǎo)路徑或X區(qū)域演化，需要進(jìn)行合理的IT資源投入、技術(shù)創(chuàng)新以及優(yōu)化管理流程等措施。為匹配企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略，滿足企業(yè)服務(wù)運(yùn)營(yíng)需求，N公司基于前期項(xiàng)目組的實(shí)際調(diào)研診斷結(jié)論，對(duì)IT部門(mén)進(jìn)行了重新定位；通過(guò)整合現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)和信息資源，優(yōu)化了部分管理流程；進(jìn)一步加大IT資源的投入，對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)充和完善。此時(shí)N公司信息系統(tǒng)的演化正進(jìn)入t2時(shí)間段沿著X區(qū)域演化，在現(xiàn)有技術(shù)市場(chǎng)較為穩(wěn)定的前提下系統(tǒng)演化進(jìn)程的快慢取決于IT資源的投入水平。然而系統(tǒng)繼續(xù)沿著Y區(qū)域演化的概率同樣存在，高管能力限制、環(huán)境感知誤解、盲目資源投入都有可能使得系統(tǒng)演化至該區(qū)域，這與系統(tǒng)演化至惡性混沌區(qū)域的仿真結(jié)論是相吻合的。當(dāng)然N公司在企業(yè)信息化發(fā)展進(jìn)程中，需考慮一些未預(yù)期的變化，例如技術(shù)市場(chǎng)革新、組織高管人事調(diào)整等，即隨機(jī)漲落對(duì)系統(tǒng)演化過(guò)程的影響。系統(tǒng)功能的完善、系統(tǒng)的集成、新信息系統(tǒng)的引入以及架構(gòu)優(yōu)化，皆屬于系統(tǒng)演化過(guò)程中的一個(gè)階段性表現(xiàn)。以網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)制造平臺(tái)為例，暫不考慮設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，N公司傳統(tǒng)制造平臺(tái)的應(yīng)用系統(tǒng)主要以ERP為主、MES為輔，且系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立未對(duì)接，新的制造服務(wù)模式催生了向上下游節(jié)點(diǎn)資源整合以及系統(tǒng)功能改進(jìn)的需求。圖7給出了N企業(yè)生產(chǎn)制造平臺(tái)結(jié)構(gòu)與功能的階段性演化過(guò)程。

5　結(jié)論和展望

基于對(duì)服務(wù)型制造信息系統(tǒng)演化動(dòng)力的分析，本文構(gòu)建了以理想度為狀態(tài)變量的動(dòng)力學(xué)方程來(lái)描述SMEIS的演化過(guò)程，從系統(tǒng)演化的方向和速度、演化的混沌、漲落對(duì)演化的穩(wěn)定性3個(gè)方面對(duì)模型進(jìn)行了探討。研究結(jié)果表明：1)系統(tǒng)的演化軌跡說(shuō)明絕大時(shí)間內(nèi)信息系統(tǒng)的演化屬于漸變過(guò)程，分岔及系統(tǒng)演化速度的驟然變化提示系統(tǒng)演化過(guò)程中也存在突變現(xiàn)象，系統(tǒng)會(huì)在某一時(shí)點(diǎn)上頃刻突破，系統(tǒng)理想度得以大幅度提高，從而能更快地適應(yīng)組織的運(yùn)營(yíng)需求；2)系統(tǒng)的演化混沌現(xiàn)象表明演化混沌存在良性和惡性2個(gè)區(qū)域，組織對(duì)關(guān)鍵參數(shù)的理性控制有利于系統(tǒng)演化至良性混沌區(qū)域，例如IT資源投入、技術(shù)創(chuàng)新以及管理流程優(yōu)化等，相反盲目的IT投資、高管能力的限制、環(huán)境感知的誤解也可能使得系統(tǒng)演化進(jìn)入惡性混沌區(qū)域，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)理想度迅速下降甚至系統(tǒng)被淘汰，因此組織在認(rèn)識(shí)和了解混沌的同時(shí)更有必要加強(qiáng)對(duì)混沌的利用和控制；3)系統(tǒng)演化過(guò)程中隨機(jī)漲落力的存在是較常見(jiàn)的，它會(huì)使得系統(tǒng)在演化分岔點(diǎn)上不能以確定的形式實(shí)現(xiàn)新舊狀態(tài)的更替，系統(tǒng)演化的過(guò)程變得難以預(yù)測(cè)；而且絕大多數(shù)情形下噪聲對(duì)系統(tǒng)新序的產(chǎn)生是起著消極的破壞作用。此外本研究在一定程度上是復(fù)雜性科學(xué)方法在管理領(lǐng)域應(yīng)用上的推廣，是對(duì)信息系統(tǒng)研究的一個(gè)補(bǔ)充，本文還可作進(jìn)一步拓展，例如系統(tǒng)穩(wěn)定性影響因素分析，信息系統(tǒng)魯棒性以及魯棒控制研究等，這將是后續(xù)研究的重點(diǎn)。

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A Research on Complex Information System′s Evolution Mechanism of Service-oriented Manufacturing Enterprise

LIANG Peipei1,2, SONG Zhiting1, SUN Yanming1

(1. Institute of Business Management, South China University of Technology, Guangzhou 510641, China;2. School of Economics and Mangement Anqing Normal University,Anqing 246133,China)

Service-oriented manufacturing mode relies upon the support of high-level information, and the conscious guide for information construction requires us to know the basic rules and characteristics of enterprise information system′s evolution. From the perspective of dynamic evolution of the complex system, a dynamic model for information system evolution is constructed and analyzed. System ideality is proposed to examine the basic rules and characteristics of enterprise information systems evolution. The directions and velocity of information system evolution are also discussed. Conditions for system evolution to enter the chaotic region and the influence of stochastic fluctuation strength are also inquired. Complexity science method and dynamic evolution provide us a novel perspective for information system research, and the conclusions also provide us a valuable reference framework for the successful informatization and rational investment of IT resource.

service-oriented manufacturing; information system; ideality; evolution mechanism

2015- 10- 19

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(71571072, 71071059,51208454)

梁培培(1983-)，男，安徽省人，博士研究生，主要研究方向?yàn)榉?wù)型制造、復(fù)雜系統(tǒng)建模仿真.

10.3969/j.issn.1007- 7375.2016.04.009

N949;C931.6

A

1007-7375(2016)04- 0055- 08