基于协同演化的物流业与国民经济发展决策研究

2018-03-16彭会萍曹晓军石褚巍兰州财经大学甘肃兰州730020

物流科技 2018年2期

彭会萍，曹晓军，石褚巍（兰州财经大学，甘肃兰州 730020）

协同学是自组织理论中的分支学科，主要研究系统内部各要素之间的协同机制，其基本观点是[1-2]：系统各要素之间的协同是自组织过程的基础，系统内各要素之间的竞争和协同作用使系统产生新结构。在这之中，涨落作为系统协同发展的必要条件，是系统要素的运动或在局部产生的各种协同运动以及环境因素的随机干扰，这种干扰会促使系统的实际状态值偏离平均值，这种偏离就叫涨落。而当系统的发展到达新旧结构交替的临界点时，系统要素间的独立运动和协同运动便会进入均势阶段时，此时这种涨落会得到系统的响应而迅速被放大，形成波及整个系统的巨涨落，最终推动系统向有序发展。近年，协同学的研究范围涵盖了社会科学的各个方面，如被用来研究文化、制度、管理、经济、物流等领域的协同发展[3-12]。协同学视角下，可将物流业和国民经济看作需要协同工作的两个子系统，影响物流产业和国民经济发展的原因除了各自子系统内部因素外，与二者之间能否产生协同效应也有极大的关系，用协同学的方法研究物流产业和国民经济的协同发展，是在系统层面从宏观的角度动态看待物流和经济之间的演化发展关系，分析这种发展关系，不但可以把握当中所蕴含的协同含义，还可以找出制约物流产业和国民经济发展的因素。

物流产业和国民经济协同发展方面的研究，已有许多研究成果[13-19]，研究的切入点也较多，有基于某一特定区域开展研究的，也有从宏观整体上把握二者之间协同发展关系的，这些研究中定性研究方面[13-14]主要分析协同的概念及发展模式，定量研究方面[15-19]则主要以分析特定时间、特定区域的协同发展水平为主，侧重于对两个子系统间的协同现状进行评价分析。现有成果缺少基于协同演化的系统发展预测及决策方面的研究成果，本文认为，在物流产业和国民经济的协同发展研究时，如果将其放在一个动态、发展的视角下进行协同演化研究，通过准确测度系统协同发展水平，在把握系统协同演化规律的基础上，就可预测系统下一个阶段的协同状态，进而通过干预子系统的参量，促进物流产业和国民经济协同发展，使系统达到协同发展的更高阶段及达到管理和产业规划的目标。本文根据系统协同演化logistic曲线的特点，依据协同演化的阶段模型，从协同演化的角度对物流产业和国民经济的短期发展进行了决策研究，以期从另外一个视角给管理层提供决策思路。

1 协同发展决策模型的基本假定

与生物种群间的协同演化过程相似，物流产业和国民经济之间的演化也从诞生，到二者发展到一定的程度达到相互产生积极的影响，再到双方之间能够相互支撑相互促进，最终达到二者的共生融合。其演进过程呈现三个方面的特征：一方面，物流产业和国民经济作为社会系统中的两个重要自组织系统，二者之间的协同演化，会在各子系统自组织的特性下，通过与外界的物质、能量、信息的交换，实现各子系统内部的有序演化，这种有序演化将促进物流产业和国民经济之间的协同演化发展。另一方面，物流产业和国民经济的协同发展演进动因在于物流产业和国民经济内部各个参量在系统自组织特性的影响下，改变自身内部的有序结构，从而达到各自内部的有序发展，进而促进二者的协同发展。因此物流产业和国民经济的协同发展程度是通过各自系统内部序参量的发展而逐渐演进的。最后，由于各子系统的自组织特性，序参量的变化使子系统的协同发展过程并非一帆风顺，两系统从不协同到低级协同再到高级协同的演化阶段中，每个子系统能达到某一阶段的时间长短是不确定的。因此，利用协同发展的特性，通过引导序参量的取值，实现系统的协同发展水平向更高协同阶段发展即具有现实意义，也具有可操作性。

经过上述分析，提出建立协同演化决策模型的三个假设：

假设1：系统间的协同演化遵循式（1）所示的logistic曲线，因此，根据logistic曲线的特性和二者协同发展的实际情况，可将协同度划分为[0,0.21]、（0.21,0.50]、（0.50,0.79]和（0.79,1]等四个区间，对应的有协同演化的四个阶段，表1给出每个阶段的演化模型。

表1 协同演化阶段及阶段演化模型

假设2：物流产业和国民经济的协同发展会经历从不协同到低级协同，从低级协同到高级协同的发展过程，这种发展过程呈现阶梯型演进特征，即只有达到了较低水平的协同，二者的发展才可能向更高水平的协同发展。

假设3：物流产业和国民经济的协同发展水平是受到二者内部的序参量的发展而改变的，也即系统内部的序参量是主导物流产业和国民经济协同发展的主导因素。

基于以上三个假设，如果物流产业和国民经济的协同发展达到了某一水平，为使二者的协同演化向下一阶段发展，可通过改变两系统内部的序参量的发展方向、速度、大小，在遵循协同学对系统发展要求的前提下，可使二者的发展达到目标协同水平。在这一改变序参量发展形态的过程中，可通过建立非线性数学规划模型，寻得达到二者协同演化下一发展阶段的序参量最优解，建立的数学模型应需遵守物流产业和国民经济本身发展的规律，这些规律形成模型的约束条件。

2 基于系统协同发展的决策

2.1 基于序参量最优解的协同演化决策模型

构建达到系统协同水平目标值的基于序参量最优解的协同演化决策模型，其目标值为系统间协同发展水平到达更高阶段的区间端点值。定义X和Y分别代表物流产业和国民经济，uXi和uYi分别是物流产业和国民经济子系统内部的序参量取值，是协同发展决策模型的序参量最优取值。建如下数学模型：

一般约束：

特殊约束：

式（2）中，T为目标值，代表系统协同发展到下一演化阶段的区间起始值，wXi,wYj分别代表物流产业和国民经济各个序参量的权重。是系统协同发展水平达到阶段目标的序参量最优解，代表系统发展到下一阶段的最优有序度取值。α为物流产业和国民经济的协同度，α和β权重。

式（3）和式（4）两个不等式是对物流产业和国民经济中的序参量做的统一约束，保证了物流产业和国民经济的各个序参量的发展均是正向有意义的发展，且不会超过某个预定的上限，其中maxuXi和maxuYi是物流产业和国民经济相应序参量的上限。

式（5）约束物流产业和国民经济均正向递增发展。

式（6）和式（7）是对序参量和系统有序度的等式约束，也即求得的序参量最优解加权之和应该与最优系统有序度相等。

针对具体问题求解时，物流产业和国民经济的序参量之间可能存在相互制约，这种制约关系也应被考虑到约束条件中。

2.2 基于阶段演化方程的序参量目标值确立

对于上述模型，可求解得到物流产业和国民经济协同发展的序参量最优解，但它仅仅代表协同发展水平到达目标阶段时的序参量取值，是一个中长期目标值，该最优解可能无法在短期内达到。因此在序参量最优解的基础上，应根据协同演化所处的阶段，利用阶段协同演化模型，确定物流产业和国民经济达到最优解需要的时间，从而决策出近期目标值。

具体求解过程分两种情况：首先，如果系统协同水平测度结果处于独立阶段，此时，由于二者的协同发展水平很低，无法给出具体的协同演化方程，但其协同发展的轨迹还是会依据logistic曲线在系统发展之初的线型，因此，若系统处在独立阶段，就采用式（1）所示的logistic曲线进行预测和决策，其中A和b为待拟合的参数。

其次，当系统协同水平处于扰动阶段、互助阶段或者共生阶段时，由于每个阶段均有独立的阶段协同演化模型，按如下步骤计算：（1）依据当前的协同度确立系统的协同演化阶段模型。（2）基于协同演化阶段模型，通过历史有序度、协同度拟合出协同演化阶段模型，并预测系统达到目标协同度所需的年限。（3）将序参量的最优值在该年限的基础上平均分配，得到序参量的决策值。序参量决策值确立模型如式（10）和式（11）所示。

上述两式中，uXi（t+1）,uYi（t+1）为序参量t+1时刻的决策值，为序参量的最优解，uX（t）,uY（t）为t时刻的实际值，t'为基于协同演化阶段模型预测得到的物流产业和国民经济协同发展水平到达目标值T时所需要的年限。基于该结果即可以为物流产业和国民经济的协同发展做出政策建议。

3 基于甘肃物流产业和国民经济协同演化的决策

3.1 求解步骤

（1）对甘肃物流产业和国民经济的协同发展水平进行测度，并确定甘肃省物流产业和国民经济协同发展所处的阶段。

（2）确立甘肃物流产业和国民经济的协同发展水平发展的目标值，即确定T值。

（3）利用历史数据，拟合解得阶段协同演化方程的待解参数。

（4）给出目标函数，设立约束条件，并求解模型，得出序参量最优解。

（5）基于当前的协同演化阶段模型，预测甘肃省物流产业和国民经济协同发展达到目标值所需的年限。

（6）求解序参量的决策值。

3.2 甘肃物流业和国民经济协同发展水平的测度

利用统计学中的相关分析和主成分分析方法，本文确定邮政业务总量X1、货运量X2、货物周转量X3、邮政营业网点X4、邮路总长度X5、铁路营业里程X6、公路里程X7、物流就业人员数X8、民用载货汽车拥有量X9等9个指标为物流业的序参量，选取地区生产总值Y1、地方财政一般预算收入Y2、全社会固定资产投资Y3、社会消费品零售总额Y4、年末常住人口Y5、进出口总额Y6等6个指标作为国民经济的序参量。对2006～2015年的甘肃面板数据，通过式（12）进行甘肃省物流产业和国民经济的协同发展水平的测度，得出其在2015年的协同水平为0.602，即两者的协同发展处于互助阶段，可按照表1的互助阶段演化模型预测并决策。

3.3 阶段演化模型求解

对互助阶段演化模型进行离散化，以物流产业uX为系统的序参量得到式（13）。

将甘肃物流产业和国民经济在互助阶段的有序度分别代入式（13）和式（14）进行拟合，其拟合结果为：λY=0.2059，a=-0.2615，而λX=0.2062,b=0.4385，此时λY略小于λX，因此，甘肃国民经济是引导系统协同演化的序参量，故采用式（14）的形式，具体的阶段演化方程为：

以国民经济uY为序参量时，离散化后的公式为：

3.4 决策模型参数的确定及其求解

根据协同发展水平的测度结果，依据表1，其下一发展目标为共生阶段，该阶段的端点起始值为0.79，故式（1）中，目标值T=0.79，考虑甘肃省物流产业和国民经济的发展实际，根据《甘肃省国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》中规划数据以及2015年实际数据，引入目标函数的约束条件。建立了甘肃省物流业和国民经济协同发展的决策模型，目标函数如下：

采用MATLAB中求解非线性多元函数最小值的函数fmincon，对上述模型进行求解。求解得到甘肃物流产业和国民经济达到共生阶段的序参量最优值，并对结果进行反归一化，见表2所示。

3.5 基于协同发展的目标决策

由于甘肃物流产业和国民经济在2015年时是步入互助阶段的第三年，要想发展到下一阶段——共生阶段，还需要多年的努力，基于互助阶段甘肃省物流产业和国民经济的协同演化阶段模型，利用式（15），进行甘肃省未来的协同度预测，结果如表3所示。

从表3可看出，甘肃省物流产业和国民经济的协同度在互助阶段的阶段演化下，在2018年将基本达到0.79的共生阶段，因此将协同发展的阶段年限设定为3年，并以3年进行决策。采用式（10）和式（11）求出甘肃省2016年物流产业和国民经济的决策值，并以2015年为基期，求得基于决策值的增长率，结果如表4和表5所示。预测甘肃省物流产业和国民经济未来的协同水平，近期的决策值。

根据以上决策结果可以得出：物流产业方面，甘肃省需要加大基础设施的建设，提高物流产业的供给能力并带动发展物流产业的需求，其中着重加大道路基础设施的建设；国民经济方面，甘肃省需要加大生产、消费、投资及进出口的发展力度，并以此带动财政收入的发展，要着重发展甘肃国民经济中的生产、消费、投资和进出口等薄弱环节，将有效弥补和物流产业的发展差距，从而真正意义上提高其与物流产业的协同发展水平。

表2 甘肃物流产业和国民经济协同发展序参量最优值

表3 甘肃省物流产业和国民经济协同度预测

表4 甘肃省物流产业发展决策值

表5 甘肃省国民经济发展决策值

4 结束语

本文进行了物流产业和国民经济基于协同演化的决策研究，决策过程从协同发展水平测度和协同发展决策两个维度展开。决策模型的建立是将物流产业和国民经济协同发展水平的下一阶段作为目标值，将系统序参量的具体发展要求作为动态约束条件，从而得到协同发展的非线性规划模型，将模型求得的各个序参量最优解作为系统未来协同发展的方向，得到协同发展的序参量最优取值后，基于协同演化阶段模型预测协同度的未来趋势，并确立了协同发展的近期的决策值。通过建立协同发展决策模型，为物流产业和国民经济的协同发展提供一个明确的目标与方向，解决了以往对于协同演化主要用于评价，而不能用于决策的问题。

[1]H.哈肯.协同学及其最新应用领域[J].自然杂志，1983(6):5-12.

[2] 哈肯.高等协同学[M].北京：科学出版社，1989.

[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，2006,14(1):45-48.

[5] 穆东，杜志平.资源型区域协同发展评价研究[J].中国软科学，2005(5):106-113.

[6] 张世晓，王国华.区域创新集聚与金融结构协同演化机制实证研究[J].社会科学辑刊，2009(5):97-100.

[7] 李晓钟，王莹.我国物联网产业协同发展机制及系统协同度评价研究[J].软科学，2015(1):42-46.

[8] 刘英基.工艺、产品创新与战略性新兴产业协同发展实证研究[J].科技管理研究，2016,36(7):19-23.

[9]毕克新，孙德花.基于复合系统协调度模型的制造业企业产品创新与工艺创新协同发展实证研究[J].中国软科学，2010(9):156-162.

[10] 薛乃川，贡璐，安尼瓦尔·阿木提.新疆能源、经济与环境复合系统协调度综合评价[J].干旱区资源与环境，2009,23(5):56-60.

[11] 万冬君，刘伊生，姚兵.城市能源基础设施—经济—社会—环境复合系统协调发展研究[J].中国管理科学，2007,15(s1):676-681.

[12]范斐，孙才志，王雪妮.社会、经济与资源环境复合系统协同进化模型的构建及应用——以大连市为例[J].系统工程理论与实践，2013,33(2):413-419.