协同学理论与应用研究综述

付燕荣，邓 念，彭其渊，张雪芹

（1.天津职业技术师范大学汽车与交通学院，天津 300222；2.西南交通大学交通运输与物流学院，成都610031；3.兰州工业学院管理学院，兰州 730050）

协同学理论与应用研究综述

付燕荣1，邓 念2，彭其渊2，张雪芹3

（1.天津职业技术师范大学汽车与交通学院，天津 300222；2.西南交通大学交通运输与物流学院，成都610031；3.兰州工业学院管理学院，兰州 730050）

协同学理论是通过一整套数学模型和处理方案描述各种系统和运动现象中从无序到有序转变的共同规律的一门新兴学科。通过介绍协同学理论在国内外的发展情况及应用现状，重点阐述其在我国教育教学、社会管理、企业管理、交通运输以及其他领域的应用情况。

协同学；序参量；自组织

协同学（synergetics）亦称“协同论”或“协和学”，是一门关于共同协作或合作的科学，也称为协同工作之学，是在多学科研究基础上逐渐形成和发展起来的一门新兴学科，由德国斯图加特大学理论物理学教授赫尔曼·哈肯（Hermann Haken）创立。协同学理论主要研究远离平衡态的开放系统在与外界有物质或能量交换的情况下，如何通过自己内部协同作用，自发地出现时间、空间和功能上的有序结构[1-4]。从哲学的高度看，协同学回答了物质世界诸系统从简单到复杂、从低级到高级发展进化的真正终极原因。协同学理论研究不同事物的共同特征及其协同机理，具有普遍适用性，因此近年来被认为是新兴的综合性学科，并广泛应用于不同的领域。本文介绍协同学理论及其在国内外的研究发展情况及应用现状，重点阐述了协同学理论在我国教育教学、社会管理、企业管理、交通运输以及其他领域的应用情况。

1 协同学理论研究

系统内部协同作用的本质是一个系统不断实现有序的分化过程。从微观上看，子系统实现了某种联系和统一；从宏观上看，系统离开了某种均匀分布的平衡态，形成了步调、格局、时空结构的某种稳定的区分和有序。协同学的思想精髓主要体现在以下方面。

1.1 子系统间的非线性协同性是有序结构产生的直接原因

协同学认为，系统开放性只是产生有序结构的必要条件。系统的非线性是产生有序结构的基础，而只有子系统间的协同性才是产生有序结构的直接原因。系统是由大量子系统组成的，即系统自由度的总数往往相当庞大。子系统间既相互独立，又有关联。当子系统之间的独立性占据主导地位时，子系统间的关联很弱，系统便不能形成一个整体，也就显现不出某种性质，这样的系统整体是无序的。当子系统间的相互关联足以束缚子系统的独立运动，使系统在宏观上显示出一定的结构特征时，被称为有序。

1.2 序参量在系统演化中起关键作用

描述状态有序程度的变量叫做序参量。在系统无序时，序参量为零；当系统达到临界点时，序参量急剧增长，从而形成有序结构。序参量通过自组织过程发挥作用，当序参量不是一个时，要通过序参量之间的合作与竞争来确定系统的有序结构。

1.3 快、慢变量的协同运动表现为自组织现象

协同学认为系统的稳定性受快变量和慢变量两类变量的影响。当系统受到某种干扰而出现不稳定状态时，快变量总是运动变化最快，企图使系统重新回到稳定状态，而慢变量总是使系统离开稳定状态走向非稳定状态。快变量阻尼大、衰减得快，在系统从稳定态向非稳定态过渡的过程中不起明显作用，代表了系统的稳定模；慢变量衰减得慢，并且表现为临界无阻尼，所以在系统的演化过程中起决定作用，代表不稳定模，是系统演化的方向。当系统从稳定态向非稳定态过渡时，只有慢变量才能打破原有状态，而当系统达到不稳定状态时，快变量将使系统达到一个新的平衡位置。自组织现象就是在此过程中快变量与慢变量相互联系、相互制约，从而表现出来的协同运动的宏观反应[4-5]。

1.4 绝热消去原理是寻找慢变量的基本方法

当系统处在阈值（或称相变或临界点）时，有序结构形成的速度很快，外界对系统的影响可以忽略；而在系统内部，忽略快变量的变化，可以令快变量的时间微商等于零，使方程大大简化，从而得到序参量方程。这种消减快变量的方法一般称为绝热消去原理。序参量的变化支配着系统的行动，它主宰着演化的进程，是主动参量，同时子系统参量的变化也通过耦合和反馈牵制着序参量。

2 国外协同学理论应用研究现状

德国教授哈肯于20世纪70年代初开始研究协同学，1977年出版专著《协同学》标志着协同学作为学科正式创立[6]。之后，又相继出版《协同学：最新趋势与发展》、《20世纪80年代的物理思想》、《高等协同学》以及《信息与自组织》等专著。自协同学创立后，各国学者纷纷加入到协同学及其应用研究的队伍。

俄罗斯学术界对协同学有不同的理解[6-8]：大多数学者认为协同学就是广义的自组织理论，是新的总结式的研究复杂系统自组织基本规律的科学；有部分学者认为协同学是对复杂行为的科学思想、方法及模式进行跨学科分析，其实也是科学哲学的一个研究方向，开拓了思维中关于人和世界的潜力；还有一部分学者认为协同学是关于意想不到现象的科学，是对前两种的补充。协同学在俄罗斯国内的应用领域很广，从生物学、物理学、化学等自然科学领域到社会学、经济学、心理学等人文社会科学领域，以及全球化问题、人才教育和培养问题等也属于其研究范畴。

到20世纪80年代，协同学理论有了新的突破，迈克尔·波特[9]等首次提出价值链的概念，运用价值链概念来解释协同，更加关注内部管理对价值创造的影响，认为企业可以通过构建内部业务单元之间的关联和企业之间的关联而获取竞争优势。Gajda[10]将协同理论应用到策略联盟（strategic alliances）研究中，策略联盟指跨组织之合作，而创造商业伙伴与其最终顾客之效益。Stank和Keller[11]指出协同是成员之间作决策的流程，共同分配成果，即两个或两个以上成员或组织共同工作，拥有共同愿景、分享资源以达到共同的目标。Tyan等[12]认为协同运输管理是一个新的货主与运送人的伙伴策略，也是一个新的商业模式，是将运送人纳入供应链中，使之成为信息分享与协同的策略性伙伴，当运送人提高设备使用率时，将可使零售商与其上游供货商减少运输时间与总成本。Khang等[13]将协同统计方法应用在管道运输研究中，确定多个特殊参数作为管理混合管道运输的方法。Cremer[14]等运用协同学理论研究道路基础设施以及信息控制系统的建设。Olemskoi等[15]应用协同论进行了交通流自组织现象分析研究。他们论证了交通流中存在自组织现象，对交通流中的耗散、相变和协同进行了数学描述，利用小波分析对交通流中的分形进行了初步的实证研究；最后，提出了一种以序参量优化为主导管控、以输入信息为诱导管控并相互集成的、基于自组织理论的交通流管控模式[16]。

3 国内协同学理论应用研究现状

国内对协同学理论的了解开始于20世纪80年代初期。国内最早对协同学理论进行研究的是王雨田教授，在1986年出版著作有《控制论信息论系统科学与哲学》，书中第十五章系统科学与系统方法中介绍了协同学理论。在20世纪80年代，王雨田、金观涛、沈小峰在新三论、老三论方面的研究影响很大。20世纪90年代以后对于协同学理论的研究逐渐增多。

在中国知网中搜索全文包含“协同学”的研究成果，共找到2 487条结果，时间跨度从1981年到2014年，1995年之前的14年共有138篇论文，相关研究较少。从1995年1月1日到2014年10月9日，近20年我国关于协同学的研究成果统计如图1所示。从图中可以看出，在我国，协同学也是一门新兴学科，是近10年快速发展起来的。

图1 近20年关于协同学的研究成果统计

从应用领域来看，协同学理论广泛应用于不同学科领域，其中包括生物学、力学、物理学、化学、教育学、经济学、管理学、社会学、地球科学、计算机科学、交通运输工程、机械工程、医学、电气工程、土木建筑工程、图书馆、情报与文献学以及体育科学等十几个学科领域。如今学科交叉融合，相互渗透，很难描述问题的单一学科归属，例如经济学往往渗透到社会学、管理学中。总的来看，在我国协同学理论主要集中应用于教育教学、社会管理、企业管理以及交通运输领域。近几年关于体育科学、地质勘探、土木建筑工程、计算机科学等方面的协同学研究也越来越多。

3.1 教育教学领域

教育教学领域是我国协同学应用最多的领域之一，这不仅与该行业从业人员息息相关，又与其社会属性和国家政策相关，同时协同学方法也更易于分析相关问题。协同学方法主要应用于各阶段各类型各学科课程教学组织、大学生思想政治教育及心理健康教育、研究生培养、师资培养及教学团队合作、高校学科建设、专业群构建及人才培养、高校协同创新及产学研协同发展、高校图情工作、远程教育、数字化校园构建、高校管理工作、高等教育及职业教育的区域优化、成人教育教学、各阶段教育家校合作等方面。

3.2 社会管理领域

社会问题是涉及国计民生的大问题，同时也是范围很广的一类问题。因此，社会问题（尤其是社会热点问题）的探索和解决方案是协同学在我国应用最多的另一个领域。社会学的研究人员主要研究协同学视角下的乡村治理模式、公立医院改革、大型活动组织、官德与廉政文化建设、政府部门间关系构建及政府跨域治理、旅游产业协同发展问题、电子政务、“三化”同步发展、生态安全、社会组织公共服务供给、社区管理、公共危机治理、区域产业配置及经济协同、行政监督系统、城市联盟、大型基础设施建设项目协同管理、高新技术产业与传统产业协同发展、和谐社会的构建等问题。

3.3 企业管理领域

企业管理涉及不同类型企业的各项管理工作。协同学理论主要应用于企业管理机制的研究，包括企业组织结构、企业管理系统、企业文化系统、人力资源管理、金融监管系统、民营科技企业成长机制、校园招聘策略、母子公司财务协同、企业创新及变革管理、信息安全、企业战略协同、多项目协同管理、跨国兼并企业的整合、企业孵化器协同发展等。

3.4 交通运输领域

交通运输领域是近年来协同学理论研究较多的领域，但是主要集中在新兴的交叉学科物流管理和供应链研究方面，包括诸多产品的供给机制、供应链协同管理、区域物流系统、城市共同配送、第三方物流战略联盟、协同运输组织系统、集装箱多式联运、物联网环境下多维度协同物流管理等。其他方面研究比较少，也比较零散，只有少数高校进行了较为深入的研究。吉林大学杨兆升[17-19]所带领的团队对智能交通系统ITS做了较详细的研究，从交通控制和交通流诱导系统的协同入手，将其作为序参量，将车流量作为交通系统的控制参量，利用协同学理论，基于其役使原理建立序参量方程，用于研究如何整合交通资源实现交通管理网络化、信息化、集成化、智能化。北京交通大学、西南交通大学、中南大学、武汉理工大学、长安大学等高校的部分教授及所带领的团队也将协同学理论应用于关于高速铁路、重载铁路、公路运输以及综合交通运输的不同级别纵向课题研究中。

3.5 其他领域

协同学理论与计算机科学相结合用来进行模式识别、数字指纹技术、人脸识别、数字水印检测、分布式信息资源协同配置等方面的研究。应用于地质方面，主要有岩体累积损伤研究、协同滑坡预测预报模型、灾害系统与灾变动力学研究、隧道开挖引起地面沉陷的协同演化机理、岩体损伤演化的协同效应及其热弹性不稳定性等方面的研究。将协同学应用于计算机技术、管理策略领域还可以在国防方面大显身手，包括作战指挥系统研究、编队协同空战任务决策、联合作战力量协同、竞争情报联盟构建、舰艇CGF反潜态势识别等方面的研究。在体育科学及管理方面，研究主要关注于集体球类项目竞争力的提升、专业运动训练系统、高水平运动队管理、体育产业协同发展、体育公共服务、赛事群演化以及我国竞技球类运动后备人才的培养问题等。协同学还用于城市规划问题，如城市色彩规划、土地利用规划、区域城镇空间结构及优化等方面的问题。

4 研究展望

虽然协同学理论被视为创新理论和方法广泛应用于各领域，但是，协同学理论仅仅发展了40多年，其应用尚需完善，今后的研究可以针对以下问题进一步丰富。一是有人参与的组织、机构或团队之间的协同问题。协同是诸系统发展的必然要求，协同学理论强调的是包含子系统的整体结构的有序性，这取决于各子系统之间的相互协同作用。作为人类社会的整体，只要各组织、结构以及团队之间的协同问题处理好，各领域即可共同推进社会的发展。二是工程技术系统内部及系统间的协同问题。工程技术系统不同层次、不同结构以及不同系统间通过信息、能量和物质之间的相互作用、相互联系直到实现协同运作，从而体现系统整体的优势和效率。

在未来发展的各个领域，只要所研究的系统满足协同学研究系统所具备的共同特征，就可以应用协同学理论来解决实际问题，尤其是开放系统的管理问题。

［1］ 赫尔曼·哈肯.高等协同学［M］.郭治安，译.北京：科学出版社，1989.

［2］ 赫尔曼·哈肯.协同学及其最新应用领域［J］.自然杂志，1983，6（6）：403-410.

［3］ 白列湖.协同论与管理协同理论［J］.甘肃社会科学，2007（5）：228-230.

［4］ 潘开灵，白列湖.管理协同机制研究［J］.系统科学学报，2006（1）：45-48.

［5］ 刘喜文.多组织企业信息协同服务系统模型研究［D］.成都：西华大学，2011.

［6］ 孙玲.协同学理论方法及应用研究［D］.哈尔滨：哈尔滨工程大学，2009.

［7］ ［苏］T.H.鲁札文.协同学和系统方法［J］.哲学科学（苏联），1985（5）：16-21.

［8］ 刘程岩，颜泽贤.俄罗斯关于协同学研究概况探析［J］.系统科学学报，2007（2）：77-81.

［9］ 迈克尔·波特．竞争优势［M］.北京：华夏出版社，1997.

［10］GAJDA R.Utilizing collaboration theory to evaluate strategic alliances［J］.American Journal of Evaluation，2004，25（1）：65-77.

［11］STANK T P，KELLER S B，DAUGHERTY P J.Supply chain collaboration and logistics service performance［J］.Journal of Business Logistics，2001，22（1）：29-48.

［12］TYAN J C，WANG F K，DU T.Appling collaborative transportation management models in global third-art logistics［J］. International Journal of Computer Integrated Manufacturing. 2003，16（4/5）：283-291.

［13］KHANG N T，VAN BICH H，SON T C.A new approach for regime optimization of oil and gas mixture pipeline transportation［C］//2004 APOGCE.SPE Asia Pacific Oil and Gas Conference and Exhibition，APOGCE.Australia：Society of Petroleum Engineers，2004：1187-1193.

［14］CREMER M.Analysis of roadside equipment and central facilities for innovative driver information and traffic control systems［C］//Proceedings of the 2nd International Conference on Applications of Advanced Technologies in Transportation Engineering.1991：21-25.

［15］OLEMSKOI A I，K HOMENKO A V.Synergetic theory for jamming transition in traffic flow［J］.Physical Review E，2001，63（3）：1-10.

［16］郑璐.公路客运与城际铁路协同发展研究［D］.长春：吉林大学，2008.

［17］陈昕，杨兆升，王海洋，等.城市交通控制与诱导系统协同研究［J］.公路交通科技，2007（4）：121-125.

［18］杨兆升，陈昕，王海洋，等.协同学理论应用于ITS研究［J］.辽宁工业大学学报，2008，28（1）：48-51.

［19］陈昕.基于协同学的城市交通控制与诱导系统协同的理论与方法研究［D］.长春：吉林大学，2006.

［20］高轩.当代中国政府组织协同问题研究［D］.北京：中共中央党校，2011.

［21］徐晔，陶长琪.IT企业的自组织协同机制研究［J］.当代财经，2010（10）：68-76.

［22］林涛.基于协同学理论的高校协同创新机理研究［J］.研究生教育研究，2013，14（2）：9-11.

［23］郑荣，刘永涛，彭玉芳.协同学视角下的竞争情报联盟构建研究［J］.情报科学，2013，31（8）：27-31.

Review of synergetic theory and application

FU Yan-rong1，DENG Nian2，PENG Qi-yuan2，ZHANG Xue-qin3
（1.School of Vehicle and Transportation，Tianjin University of Technology and Education，Tianjin 300222，China；2.School of Transportation and Logistics，Southwest Jiaotong University，Chengdu 610031，China；3.School of Management，Lanzhou Institute of Technology，Lanzhou 730050，China）

Synergetic theory is a new subject，which describes the common rules that change from disorder to order in various systems and kinetic aspects motion through a set of mathematical models and processing schemes.The development of synergetic theory and the application at home and abroad are introduced，elaborated with the application in education，social management，enterprise management，transportation and other areas in China.

synergetic；order parameter；self-organization

U292

A

2095－0926（2015）01－0044－04

2014-12-08

国家自然科学基金资助项目（U1234206）.

付燕荣（1985—），女，讲师，硕士，研究方向为轨道交通规划与管理.