制造业转型下企业两化融合熵流动力机制及规划启示

吴 丁 娟

(华南理工大学 工商管理学院，广东 广州 510641)

制造业转型下企业两化融合熵流动力机制及规划启示

吴 丁 娟

(华南理工大学 工商管理学院，广东 广州 510641)

制造业转型升级迫切要求制造企业推行两化深度融合。制造企业两化融合熵流动力机制研究表明了形成稳定有序的耗散结构是两化融合健康发展的必然归宿，对应有效的两化融合建设的逻辑思路是：企业首先需要打破两化融合平衡束缚，勇于变革，吐故纳新，然后积极主动地开放系统，与环境选择性地进行物质交互与信息交互，充分吸取外界利好因素提升自身竞争力，同时，要充分调动企业内在积极性，将外部动力内化于自身的内部驱动力，实现企业的可持续发展。

两化融合；耗散结构理论；熵流；不确定性

《中国制造2025》明确指出制造业是“国民经济的主体，是立国之本、兴国之器、强国之基”[1]，然而随着低成本优势的逐渐消退，依赖于人口红利和自然资源的中国制造业已经迎来了发展的寒冬，从2012年开始经济增速明显放缓，经济下行压力日益增大[2]。美国的“再工业化”战略和“先进制造”战略的先后推出成为美国经济复苏的亮点，德国的“工业4.0”战略也稳步实施，更使得我国制造业面临前所未有的挑战和发展前景的极大不确定性。2012年，Vivek Wadhwa在《华盛顿邮报》曾发文宣称中国的制造业将会遭遇重创，其原因就是信息产业的迅猛突起，先进信息技术的应用包括人工智能(Artificial Intelligence)、机器人技术(Robotics)、数字制造技术(Digital Manufacturing)，对制造业发展极具冲击力，将引发制造业的一次深度变革[3]。而所谓的“高端信息技术”与“先进制造技术”恰恰是低端制造为主的发展中国家短缺之处，掌握技术前沿的发达国家将重获制造业领导权。机遇与挑战并存，发达国家的制造业改革给我国经济带来沉重打击的同时也提供了宝贵的经验借鉴，我国传统制造业亟需快速反应，迅速稳定地实现制造业深层次变革与转型升级。

一、国内制造企业两化融合现状与问题的提出

制造企业工业化与信息化在更广阔层面上深度融合的重要性已不言自明。2014年9月，国家工信部苗圩部长曾指出德国“工业4.0”战略与我国“两化融合”战略具有很高的契合度[4]。两个战略的发布动因、发展理念、推进方式以及战略导向都极其相近，都是贴合制造业发展滞后于信息技术发展的国情，立足于提升本国制造业的国际竞争力，其最终端的作用都归汇于制造企业，作用方式都以信息化与工业化的深度融合与协同发展作为主线，重点关注技术与产品创新的智能制造。

然而，相较于中国，德国拥有更完善的市场机制与更成熟的制造业领军企业[5]，其市场自身调控作用和企业创新研发能力都强大很多，企业在“工业4.0”实施开展中具有更积极的自主性与自发性，展现出不容忽视的推动力。而我国制造业的实体经济力量相对薄弱，实施两化融合战略的主要动力源于政府带头牵引和财政扶持补贴，多数企业充当政策学习者和执行者的角色[4-6]。目前国内两化融合初始建设已经在各种行业逐渐普及，并大大提升了制造业的竞争力，但制造企业整体现状依然不容乐观。其一，虽然政府贯标的示范制造企业很多已经迈入两化融合良性循环，但仍有不少企业特别是中小企业管理者对于两化融合的必要性和紧迫性认识不足，传统制造观念未能及时扭转[7]，企业的主动性积极性仍需提高；其二，资金问题仍是阻碍两化融合推进的重要原因，高端IT设备的高额运营成本和快速更新速度仍然让多数中小制造企业望而却步[8]；其三，部分企业甚至大型制造企业对两化融合的认识尚存在极大局限性，对两化融合理念存有方向上的困惑。这导致了企业两化融合局限于初级信息化配置，信息技术剥离于企业管理之外，子信息系统的兼容性没有及时沟通，信息编码不统一，子系统接口对接不顺畅等等，这些不当投入无法正常实现信息技术对制造效益的提升力，严重影响企业管理者对信息技术应用的信心和再投资。可想而知，智能制造依然任重道远，两化融合推行效果亟需提高，迫切要求制造企业在政府引领和财政扶持下从内至外地实现突破。

那么，新型制造背景下面临挑战的制造企业个体该如何认识两化融合的本质作用？如何理解企业自主自发地从内突破的重要性？如何踏入健康良性发展路径？针对这一系列问题，本文结合耗散结构的熵理论的研究框架进行分析，以期能为制造企业两化融合建设提供思路。

二、制造企业两化融合系统熵的分析框架

(一)熵理论

耗散结构理论创始人伊里亚·普里高津(Ilya Prigogine)教授早期致力于化学热力学领域的研究，研究发现许多远离平衡的系统，其热力学性质会发生巨大变化[9]。历经多年努力，1969年普里高津正式提出关于非平衡系统自组织的新理论──耗散结构理论，并因此获得1977年诺贝尔化学奖的殊荣。耗散结构是指一个远离平衡的开放系统，在外界条件或系统的某些参量变化到某个阈值后，如果系统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，所形成的结构称为“耗散结构”[10]。耗散结构理论的热力学第二定律表明一切不可逆过程都倾向于驱使系统的最小几率状态趋于一种几率最大状态，无序度趋向于最大化。耗散结构理论引用“熵”来表示系统的混乱程度即无序度，熵越大无序程度越高[10]。克劳修斯最先提出“熵”的概念，当时仅仅是采用这个名词描述热流动过程的不可逆性[11]，后来随着认识的深入，热流动过程总是伴随着无序和混乱的最大化，因此人们开始用“熵”来测度系统的有序程度。如今，关于“熵”的较确切定义是：熵是一个用以表征系统内部，各微观个体因子的随机变化所引起的无序性与混乱程度的量度[12]。如此定义的“熵”，将“熵理论”从热力学领域扩展开，和系统论完美结合成为普适性的定律，其重要性不言而喻。J. Rifkin和T. Howard甚至曾一度认为，今后一段历史时期，将由熵定律取代牛顿定律作为主要规范而占统治地位[13]。

依据熵的来源，系统的总熵可以表示为：ds=dsi+dse其中，dsi是假设系统孤立时系统内部产生的“内熵”，依据热力学第二定律，自发过程是不可逆的，脱离外界作用的系统内部因素自发地趋于无序最大化，因此恒有dsi≥0。是外部环境输入系统的“外熵”，不同状况下外熵可正可负，dse>0表征系统从外界吸取正熵或输出负熵，加剧无序度的增加速度，此时系统会愈发混乱；dse<0表征系统向外界输出正熵或者引入负熵，系统引入的负熵越多，其有序性越高[14]，当整个系统有序度增加量超过无序度增加量时，新的结构和新的组织在一定条件下将会自发形成；当dse=0时，系统为孤立系统，熵最大化时的系统状态即是系统“平衡态”，是系统的最无序状态，是一种“死状态”，系统在平衡态附近有被平衡态吸引的趋态，保持近平衡态状态。

(二)“融合熵”及其研究方法构思

制造企业两化融合是指利用信息技术要素实现生产函数优化、产业结构升级、资源配置改善和社会关系形态提升的过程[15]。对于制造企业个体来讲，两化融合就是将信息技术广泛应用于制造企业的管理、客服、采购、设计、生产、产品、销售、售后等各个环节的过程。结合两化融合过程特征及系统论观点，制造企业两化融合系统可以定义为参与两化融合活动的各主体以及主体之间的所有交互活动的集合。两化融合系统构建的目的和任务是提升制造技术与信息技术的融合水平，鉴于此，本文引入“融合熵”反向表征工业化与信息化的融合程度，融合熵越大融合程度越低。依据耗散结构理论，融合熵由系统内部因素产生的内熵和外部环境输入的外熵构成。

融合熵如何度量呢？信息论创始人申农在思索信息度量问题时，鉴于信息与热力学在传导方面的相通之处，采用热力学名词“熵”表征信息量[10]。申农赋给信息的定义为“不确定性之差”，可以用概率进行度量。如果事物或事情的发展只有一种可能性，就不存在不确定性，信息量为0。事实上，信息熵的来源和随机现象的特征也正相符，于是很自然地，信息定量化问题可以用概率实现。经济学家同样认为，仅在不确定性状况下，信息获得可以减少不确定性，信息方能体现量的变化，所以信息是不确定性负度量[16]。由此，“熵”作为信息的代名词，可以认为“熵”即是不确定性负度量。依据这样的思路，本文以内外部“不确定性”为切入点分析两化融合系统内熵及外熵。

(三)企业不确定性来源

不确定性是现象发展在未来呈现的多样性,以及这些现象间存在的非对称性的因果关系[17]。奈特将不确定性的概念引入企业理论有深远意义，由此启动了企业组织问题的讨论[18]。以奈特为首，把企业不确定性起因归于知识的不完全性，认为不确定性是完全内生的，取决于经济决策人的主观认识，为之后西蒙的有限理性假设的提出奠定了基础。进一步地，西蒙从两个角度在企业组织理论研究中引入人类认知结构，一个是“有限理性”的主观理性，一个是完全理性的客观理性，即理想理性。西蒙的“有限理性假设”认为：经济行为主体在主观上追求理性，但只能在有限程度上做到这一点[19]。由此我们可以这样理解，人类的认知不完全性带来不确定性，但人类通过优化决策、信息搜集追求信息的完全性。应是基于此种考虑，Stigler又深入一步将企业不确定性的因由归于信息不完全,采用不确定性表征信息获取成本[20]。

基于已有研究，毛道维认为可以根据知识和信息缺陷特性，将企业不确定性依来源分为两类，由信息不完全引发的不确定性和信息不对称引发的不确定性[21]。关于信息不完全，通常的理解是信息成本导致的经济主体有关决策相关信息的缺乏，而信息不对称则是经济主体未能完全掌控或观测另一方所拥有已有信息。

综上所述，企业系统不确定性主要由信息不完全或信息不对称导致，结合熵的度量方法可知熵表征信息量，而信息是不确定性的减少，由此将熵、信息和不确定性三者有机统一起来。因此，制造企业两化融合不确定性可以这样定义：由于主观原因和客观原因，经济主体对制造企业两化融合的各种因素及其作用结果的信息不完全性和不对称性。

三、制造企业两化融合系统的熵流动力机制

(一)制造企业两化融合系统内熵

制造企业两化融合系统有其普遍性和特殊性，涉及制造企业管理者理念转变、制造模式转型和制造路径创新等方面，是一个战略性、全局性、系统性的变革过程。企业诸多要素参与进来，引发的不确定性错综复杂。基于已有研究，结合所在实验室合作制造企业专家访谈，并考虑科研机构专家意见，综合制造企业的有形要素和无形要素，可能引发两化融合系统熵变的主要内部不确定性因素如下表所示。

表1 制造企业两化融合系统内部不确定性

如前所述，不确定性源于信息不完全和信息不对称，上述八个方面的信息不完全与不对称都将带来系统融合熵的熵变。这里称两化融合系统内部熵流分别为：管理熵，人力熵，财物熵，技术熵，信息熵，结构熵，制度熵，文化熵。

伴随着两化融合系统内部因素的相互促进和相互制约，熵流之间相应地发生相互作用。管理熵关系到决策不确定性，决策影响人财物配置、企业结构、技术范式与创新、信息流动、制度制定与企业文化塑造，另一方面，所有内部不确定性因素都是决策相关因素，反过来管理熵亦受其他熵流影响与控制。除此之外，人财物资源、信息资源、制度资源、文化资源和信息资源的不确定性都会带来技术更替及创新的随机性和未知性，因此，技术本质上是两化融合最终目标实现的载体，技术熵受其他所有熵流约束和影响。因此管理熵和技术熵是内部熵流的核心。

人力熵、信息熵和技术熵受管理熵影响的同时存在内生不确定性。人力配置有其个体随机性，同时由外部人力资源约束，人力资源是否能合理利用也会被企业结构、企业制度与文化左右；信息熵涉及因素众多，包括参与者的知识结构、企业结构、企业制度与文化、技术自主程度等内部因素和外部信息输入都会导致信息不完全和信息不对称；制度是否能严格实施和企业内部结构及文化也密切相关。

依据耗散结构理论，离开外界环境的孤立系统的内熵将不断增多，量变最终导致质变的结局是企业自生自灭。外熵是系统走向有序的必然介质，而环境是外熵输入的主体，由此，本文采用“环境不确定性理论”探讨两化融合系统外熵。

(二)制造企业两化融合系统外熵

环境不确定性的提出源自经济学理论，本质上依然是信息不完全与信息不对称的讨论。奈特认为不确定性是知识不完全致使经济主体的理论或经验不足以进行预测和分析[21]。将此概念对应于企业的环境不确定性，Duncan从三个方面进行了阐述：其一，决策相关信息的缺失；其二，决策结果无法获知；其三，环境对决策的影响无法预测[22]。同样的，Thompson认为不确定性很大程度上影响着组织的管理决策、战略规划，环境不确定表明经济主体难以获取充分信息支持决策与预测[23]。

梳理文献，总体上企业环境不确定性的相关研究可以归为两类，一是依据环境的主体分类，如经济环境、政治环境、技术环境、文化环境与自然环境等[24]；一是依据环境的特点分类，如环境具备动态性、复杂性、竞争性等[22,25,26,27]。由于主体的个性化和多样性，按主体分类的研究成果并不多见。按照特点分类的研究成果的普适性更受学者青睐，但也同时缺失具体性和针对性。本文研究的组织为两化融合系统，自身就具有复杂系统的动态性、复杂性与协同竞争性，为了更加具体化，有的放矢，本文采用第一种思路，使用环境主体对不确定性分类。

制造企业两化融合系统环境有哪些主体呢？有学者指出两化融合的外界动力要素是两化融合发展的重要推动力，包括政府推动、市场因素、中介组织、信息技术进步、产业链协同发展要求、创新氛围等因素[28]。我们来分析各因素所对应主体，采用前述第一种不确定性研究思路，可以将影响制造企业两化融合进程的环境分为经济环境、技术环境与政治环境三个维度。其中市场因素、产业链协同发展因素、中介组织的市场要素属于经济环境因素，政府推动属于政府环境因素，信息技术进步、创新氛围及中介组织的技术要素属于技术环境。三个维度的不确定性表现都会通过输入熵流作用于系统的内部因素。

一方面，政府积极致力于工业企业两化融合建设，涉及方针制定、出台规范文件、试点企业贯标、面向企业的学习培训、财政专项拨款、财政补贴等方面，并且政府环境所涵括的政策信息与扶持信息起到重要的引导作用，其随机性与不确定性所附带的信息不完全与信息不对称都将在很大程度上影响企业两化融合的物质性进展以及坚持两化融合建设的预期与信心；另一方面，制造企业作为产品生产者的经济主体，与外围经济环境密不可分，经济环境下的市场供求关系、经济稳定性状况、经济发展预期等方面都将对企业发展两化融合起关键作用。经济环境信息包括产品调研反馈信息、产品价值实现信息、产业需求信息、供应链稳定性信息、中介咨询服务信息及信息技术服务信息、市场竞争压力信息等，这些信息毋庸置疑都影响着企业各类决策，其作用通过决策映射到企业的人力配置、财务与管理、技术发展，甚至影响企业制度和文化；再者，信息技术与制造技术的融合是两化融合的主旨，以信息技术进步、技术创新氛围和信息技术中介组织共同构造的外部技术环境可以直接反映于两化融合系统的技术水平，技术环境的不确定性影响企业技术发展前景与发展潜力，也决定了企业当前两化融合最高水准。

(三)制造企业两化融合系统熵流动力路径

制造系统两化融合演变是各类熵流的共同作用结果。依照耗散结构理论，内熵恒为正熵，外熵在不同状态下可正可负，其正负性是通过内熵的增减体现出来的。只有外熵为负熵并且可以抵消系统内部正熵时，系统融合熵方能步入熵减状态，走向有序；反之若外熵难以消减内部正熵，将难以实现有序程度的增加。熵流是动态变化的，两化融合系统伴随熵流动力而演化。

综上所述，内外熵共同动力驱动下，制造企业处于不稳定状态，无序程度动态变化。系统能量达到阈值时，形成有序的耗散结构或者进入高度不稳定的混沌分支。由于企业愿望是持久稳定的发展，所以两化融合系统演化的主观目标是持续熵减形成耗散结构，借助耗散结构的抗干扰特性保障企业稳定有序的可持续发展。

四、启示

本文通过剖析两化融合系统的熵流动力，揭示了系统演化的融合熵作用。基于此，提出制造企业两化融合建设的策略选择。

1.勇于变革打破平衡。依据熵理论，平衡态是系统最无序状态，平衡态附近的状态有自发趋于平衡态的倾向，只有突破束缚并远离平衡态才能促使耗散结构的形成。两化融合的实质就是产业变革，变革生产方式、变革经营管理方式，目的是改变目前中国制造大而不强的现状，挣脱当前制造企业的“死状态”。因此，制造企业应坚定正确的两化融合理念，坚持正确的改革方向，吐故纳新,选择性地摒弃传统制造的固化思维方式，引入新型工业化“活力”，才能在挑战中激活企业生命力，实现真正意义上的可持续发展。所以，打破平衡是两化融合的战略实施基础和必然选择。

2.积极主动开放系统引入外熵。熵理论指出，孤立封闭系统将越来越混乱无序。而形成有序的耗散结构是两化融合顺利实施的保证，耗散结构是系统熵减的最终结局，因此外界输入系统的外熵在系统演化中发挥的作用也显而易见了。只有开放系统并积极引入外熵，才能使形成耗散结构成为可能。应当注意的是，现今制造企业被动的角色定位极大限制了外熵的引入，亟需制造企业积极主动地与外界环境进行交互，利用政府激励与市场竞争动力，跟进先进制造技术与信息技术发展，为企业走上健康的良性发展路径奠定基础。

3.主动吸收负熵提升有序度。依据熵理论，外熵的引入使系统走向有序或更加无序，并在特定条件下突破结构变化临界点，使系统形成稳定有序的耗散结构或是陷入混乱无序的混沌状态。对于制造企业来说，如果政治环境叠加经济环境、技术环境输入总熵值为正，而企业又没有其他渠道获取正确指引，必将导致系统与技术混乱加剧，不合理性积累到一定时刻时甚至引起信息系统和制造系统瘫痪，陷入混沌状态。但值得乐观的是，外熵输入并非完全强制性的，即使不是特别友好的外界环境，企业若能基于环境并充分利用环境，筛选吸取有利于自身发展的能量，利用政府的正向引领政策与财政扶持加强自身建设，积极准确地收集有效的市场信息与技术信息，提升决策质量，及时应对两化融合建设中各类干扰，就能使良性能量量变引起质变，使系统形成稳健性较强的耗散结构。很多成功实施两化融合建设的制造企业受益于信息技术与制造技术的逐步融合，紧跟市场形势，进入稳定发展的良性循环。

4.内在动力驱动创新发展。熵理论肯定了外部因素对演化的重要作用，但必须注意的是，作为耗散结构理论最重要的理论贡献之一，自组织演化观进一步指出外界环境对系统的作用是通过系统内部机制实现的，外部因素是系统演化的条件，内部原因是根本[10]。就如贝纳德(Benard)水花的呈现，外界热量的输入是水花结构形成的条件，而形成新结构是水分子自行协同实现的；物种进化是自然选择的结果，但同样环境下物种的形态却千差万别，根源就是内部机制的差异。负熵输入利于系统更加有序，但负熵起效的媒介是系统内部因素和因素之间的协同合作，通过内熵的减少实现的，系统行为和新结构呈现都出于系统内部的自发行为，与外界环境没有直接关系。因此，内在驱动力是系统演化的关键。制造企业只有不过度依赖外界环境，充分利用外界有利因素，培育企业自学习、自适应和自组织的能力，发挥系统内力的重要作用，才能实现从内到外的自我突破和发展。

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[责任编辑 海 林]

10.16366/j.cnki.1000-2359.2017.01.017

吴丁娟(1980-)，女，河南新乡人，华南理工大学工商管理学院博士研究生，讲师，主要从事管理信息系统、复杂系统与复杂科学研究。

国家自然科学基金资助项目 (71571072)

F273.7

A

1000-2359(2017)01-0135-06

2016-04-01