班轮联营系统协同机理

2.2.2　班轮联营系统协同机理

班轮联营系统是一个复杂开放的系统，各个联营企业子系统之间不是简单的线性关系，而是相互影响、相互制约的非线性关系。竞争是班轮联营系统演化的重要动力。因为联营系统内部各企业成员系统之间的差异是永远存在的。这种各企业子系统之间存在的差异、非均匀性和不平衡性，从开放系统演化的角度看，造就了班轮系统远离平衡态的自组织演化条件，也推动班轮系统向有序结构的演化。

班轮联营系统的协同是指由其序参量支配着系统的发展，由各联营企业子系统组成，各要素之间相互作用、相互依赖，共同构成有机整体，协同完成各联营成员的货物运输，并由此产生协同效应。

1.班轮联营系统特征分析

班轮联营系统具有自组织性，即当某一企业系统自有航线网络上的运输量和服务水平等外部条件一定时，班轮企业的赢利能力增长到达一定阀值时，原定态失稳，出现临界状态，进而出现新的定态，形成网络联营结构和联营服务机制，整个过程是自发进行的，称为自组织，又叫做非平衡相变^［3，4］。

班轮联营系统具有自组织性源于是班轮企业的经济理性，由于这种经济理性，使得班轮企业能够对周围环境作出反应，能够根据企业获利状态改变经营模式，以期到达最佳运输模式。赢利能力在班轮运输系统中起支配性作用，使得企业的运输行为是一种理性行为，货物运输是一种有目的的需求，而不是一种完全的无规游走^［3，4］。因而班轮运输存在相互合作、协同并在宏观上形成一种自组织有序结构的可能性，赢利能力是班轮系统中形成自组织的重要原因。同时，班轮运输联营系统还具有如下一些系统特征：

（1）班轮系统具有开放、远离平衡的特点，且系统中存在各种偶然的、随机的、不确定的因素，如船员的个人行为、不可预知的货运事件的影响等，从而构成班轮系统的随机涨落；加之交通流系统中存在非线性作用机制，具有形成自组织的条件。

（2）班轮联营系统其内部各要素或子系统之间存在相互渗透、相互制约的非线性相互作用。任一要素或者子系统的变化均会引起其他要素或子系统的相应变化，从而对整个联营系统的格局和发展产生相应的影响。例如，连续增加运力、劳动这两大生产要素的投入，系统的获利能力水平不会连续相应递增，相反，在投入超过一定界限后，会出现规模不经济，产生效益递减。班轮企业各要素或子系统的作用是非对称、非均匀的，结果呈现出多重复杂性，具有一定的随机特征。

（3）班轮货物流运行特性在时间和空间上具有相对确定性，即一旦港口布局和航线网络确定，相应地，某条航路上的货物流整体特性也就基本上得到确定，这种相对确定性有利于班轮运输货物流形成有序的自组织结构。

（4）当航线网络上货运量、服务频次状况致使班轮企业的获利能力达到一定阀值时，原定态失稳，出现临界状态，进而出现新的定态。过程是自发进行的，即自组织的。

（5）当系统接近临界点时，因涨落而偏离定态后，出现货运效率不畅，恢复至货运畅通的定态所需时间（弛豫时间）无限增长，即存在“临界减慢”现象。

（6）班轮联营运输系统的有序结构依靠联营成员的信息交换、协同网络和资源整合来维持。即班轮联营各成员在航线网络、运力资源达到整合协同，运输班期和运输服务信息共享，维持系统稳定。

协同学研究的对象是非平衡开放系统中的自组织及形成的有序结构。协同学理论为研究工班轮联营子系统相互作用与相互合作提供了有力的基础理论和方法论思想。对比上述班轮联营系统特征和作为协同学研究对象的系统的共同特征可知，班轮联营系统特征与协同学研究的系统所具有的共同特征相合。班轮联营系统是开放的自组织系统，其开放性、非线性、不平衡性以及内部涨落等特征是协同学理论所强调和研究的。班轮联营系统中，当系统外界的控制参量，如运输政策环境、联营协议约束等不断改变时，在一定条件下会经历一个从无序到有序、从有序到有序，从有序到混沌的演化系列。表2－6显示了班轮联营系统中的主要参量选择。

表2－6　班轮联营系统的主要参量选择

2.班轮联营系统的自组织性

协同学的创始人哈肯给“自组织”下了一个经典的定义：“如果系统在获得空间的、时间的或功能的结构过程中，没有外界的特定干预，我们便说系统是‘自组织’的。这里‘特定’一词是指，那种结构和功能并非外界强加给系统的，而且外界实际是以非特定的方式作用于系统。”^［4，5］自组织是相对组织而言的。“如果系统在获取空间的、时间的或功能的结构过程中，存在外界的特定干预，其结构和功能是外界加给系统的，而外界也以特定的方式作用于系统。”^［4，5］组织，也称“他组织”是指组织指令和组织能力来自系统外部，而自组织则指系统在没有外部指令的条件下，其内部子系统之间能够按照某种规则自动形成一定的结构或功能，具有内在性和自生性特点。在自组织过程中，运动被“序参量”支配。自组织原理解释了在一定的外部能量流、信息流和物质流输入的条件下，系统会通过大量子系统之间的协同作用而形成新的时间、空间或功能有序结构。

班轮联营系统的协同运作与协同效应的实现主要有自组织方面的作用。其中序参量支配了系统的自组织过程。借用协同学构建班轮联营系统自组织模型的数学方法，在建立模型时，系统的详细运动或微观描述可以用一组一阶时间导数的常微分方程来表达^［16］。假定班轮联营系统有n个子系统，即各联营成员运输系统，系统1，系统2，…，系统i，…，系统n，把各子系统看作是一个变数，在此基础上，建立班轮运输联营系统的自组织模型。

设n个子系统各有一个状态泛函q₁，q₂，…，q_i，…，q_n，用来描述他们各自与外部环境的协调状态，其中的一阶导数表示相应系统状态变量随时间的变化率。n个变量按照下列方程演化^［16］：

式中N表示相应系统其对应状态变量的非线性泛函。

班轮联营各子系统各自存在的稳定状态符合q₁，q₂，…，q_i，…，q_n所描述的状态。为便于描述，可以假定各子系统之间没有发生任何联系之前，各自处于某一状态，即某一相对稳定的“相”，对应的这种状态泛函q₁，q₂，…，q_i，…，q_n为特定值。随着班轮运输市场面临的日趋严峻的竞争局势和国际货物运输的“全球承运”的需求愈来愈强烈，班轮企业必须拓展航线服务网络，增加运输服务班次，打造“全球承运”的服务模式。各班轮企业相应地不断调整自己的市场竞争战略，有单一竞争的方式走向协同竞争。此时各子系统开始发生了一定的耦合关系，分别由泛函H₁，H₂，…，H_i，…，H_n所描述。n个子系统产生了一个以（q₁，q₂，…，q_i，…，q_n）的新系统，系统由原来的n个增加到n＋1个，原来的n个无耦合的系统发生了耦合现象。新系统的运动方程可由联立方程组确定^［16］：

转化为单一矢量方程：

其中

ξ的取值范围是［0，1］，在系统演化中起到控制参量的作用，在班轮联营系统中表示各联营子系统之间的耦合状况，即联营系统协同程度。ξ的非零值反映出相比ξ值为零时（各联营子系统相互独立，未联营运作），联营总系统出现了协同模式，ξ值越大，越趋近于1，说明各子系统的耦合程度在加深，协同程度更好。ξ的变化说明系统节点处出现了某种新的宏观结构或新的活动状态，各子系统的联系增强，协同程度增加^［16］。有关班轮联营系统的协同程度测定将在本书的后续章节作详细的论述。

3.班轮联营系统的序参量

哈肯在协同论中，描述了临界点附近的行为，阐述了慢变量役使原理和序参量概念，认为事物的演化受序参量的控制，演化的最终结构决定于序参量^［3—6］。序参量在系统演化过程中，起着十分重要的作用。通过对子系统的支配或役使作用，主宰着系统整体演化的过程，这就是役使原理。系统只有在序参量的作用下，才能表现为有序演化。许多子系统在相互作用中，有多个慢变量，慢变量中，但往往只有主要的一个或很少几个序参量。几个序参量之间仍然存在着竞争和合作，以及由这种竞争、协同带来的系统演化。然后进一步通过序参量之间的竞争和合作，往往会使得最主要的一个序参量的模式战胜其他序参量的模式，取得主导地位。役使原理的贡献在于，当系统在从无序走向有序时会出现少数慢变量支配多数快变量，序参量支配其他慢变量的情形。这种慢变量役使快变量、序参量役使慢变量的情形，成为我们通过序参量把握有序演化过程的重要工具。当一个系统的序参量确定以后，在序参量的支配作用下我们讨论系统的演化只需要研究系统的序参量即可。

根据绝热消去法和役使原理，序参量支配系统，少数慢变量支配大量快变量。对于班轮联营企业进化的序参量，我们同样可以从班轮企业系统的内部去寻找其的慢变量，再确定其支配系统发展的序参量。在班轮运输系统中，班轮联营系统赢利能力、运输需求、运力限制、联营约束与规模、联营企业竞争力等变量符合慢变量的特征，这些慢变量绝对支配着班轮运价局部调整、班轮运输成本控制、班轮联营舱位费用浮动、班轮航线布局结构变化、班轮船期的调整等快变量。其中，班轮联营系统的赢利能力是企业系统进化的慢变量中的序参量。班轮联营系统的赢利能力是指联营企业通过对资源的充分利用和有效整合而形成的企业系统独有的、支撑联营企业保持持续竞争优势的获利能力。图2－1显示了班轮联营系统序参量的作用。

图2－1　班轮联营系统序参量的作用

班轮联营系统赢利能力这个序参量是在班轮企业间的不断相互作用中而产生，而整个联营系统在这个序参量的支配作用下，各个企业会不断地培育以及加强其在激烈的竞争市场中赢利的能力，从而从根本上支配和提高班轮运输服务水平、班轮企业规模以及班轮企业竞争力等慢驰豫参量。整个联营企业系统在这个序参量的作用下就会不断地加强企业子系统间的合作。同时各个联营企业在序参量的指导下会形成具有各自核心竞争力。下面就以班轮企业赢利为序参量的联营运输系统协同问题进行理论建模分析^［17］。

设在班轮联营系统的子系统内有m个变化参量（X₁，X₂，…，X_i，…，X_m），可用m维矢量X表示如下：

X＝（X₁，X₂，…，X_i，…，X_m）　　　　　（2－5）

根据Langevin方程^［18］，描述系统参量在非线性作用力与随机涨落力共同作用下的相关运动：

X_i＝K_i（X）＋F_i（t）　　　　　（2－6）

式中K_i（X）＝K_i（X₁，X₂，…，X_i，…，X_m）是各变化参量（X₁，X₂，…，Xi，…，X_m）的非线性泛函。式（2－6）可看成是m个非线性阻尼振子的运动方程，K_i（X）可看做是第i个阻尼阵子的非线性驱动力。F_i（t）是由各种涨落微扰引起的随机涨落力。

将上式右端进行多变量展开，略去随机涨落力的情况下，式（2－6）可表示为

对于式（2－7）可表示为

式中f_i（X）为X的一组非线性函数。对于系统稳定的定态点，矩阵（a_ik）是负定的^［22］，其线性项系数矩阵的特征值具有负实部，故总可以选取存在某种线性变换的一组适当的新坐标y＝（y₁，y₂，…，y_i，…，y_m），使该矩阵对角化，即

式中，常数｛γ_i｝（）为正的阻尼系数，｛g_i（y）｝为y的另一组非线性函数。对于班轮企业非线性相变系统，其诸变量（y₁，y₂，…，y_i，…，y_m）中包含着序参量u。由于式（2－9）中的衰减阻尼系数｛γ_i｝受外界控制条件影响，是可变的。若外界控制使系统趋于临界点，此时序参量的衰减阻尼系数将趋于零。而其他变量的衰减阻尼系数则取一些不为零的有限值。这样，便出现了“临界慢化”，慢驰预变量将支配快驰变量，而序参量u又支配慢驰变量，最终序参量u支配其余变量。整个系统的演化序参量u主宰，其余变量都受到序参量u的役使。不失一般性，可令：①y₁表示班轮联营系统赢利能力，即y₁＝u；②班轮企业运输服务水平、班轮企业规模、班轮企业竞争力等其他慢驰豫参量相应用y₂，y₃，…，y_i表示；③y_i＋1，y_i＋2，…，y_m则用来表示班轮企业系统的快驰豫参量。式（2－9）可改写为

当系统趋于非平衡相变的临界状态时，由协同学原理可知，对于快变量而言，其临界阻尼大、衰减快，对系统的演化过程、临界特征和发展前途，不起明显作用^［1—3］。即γ_i＋1，γ_i＋2，…，γ_m＞0，且有限。根据役使原理，这些快变量受慢变量支配，令

y_i＋1＝y_i＋2＝…＝y_m＝0　　　　　（2－11）

由方程组（2－9）可得

对式（2－11）方程联立求解，可得

式（2－13）表明，系统趋于非平衡相变的临界状态时，系统的所有快变量y_i＋1，y_i＋2，…，y_m均有慢变量（u，y₂，…，y_i）所支配，由慢变量表示。

同样，当系统趋于非平衡相变的临界状态时，由协同学原理可知，在演化过程中从始至终都起作用，并且得到多数子系统的响应，起着支配子系统行为的主导作用^［1—3］。慢参量之间彼此竞争，一旦临界状态达到某个新的阀值时，出现只有一个序参量u单独主宰系统的格局，其他慢参量成为伺服量。相应于此，由主序参量u确定的结构成为系统的主模，而由其他慢参量确定的结构变成伺服于主模的奴隶模，在系统中不再显露。序参量出现临界无阻尼现象。令：

γ₁→0　　　　　　　　（2－14）

y₂＝y₃＝…＝y_i＝0　　　　　（2－15）

由方程组（2－9）可得

联立式（2－13）、式（2－16）得新的方程组，联立求解可得：

式（2－17）表明，变量y₂，…，y_i，…，y_m均受到序参量u所支配。将式（2－17）代入式（2－10）的第一式后，可得到班轮企业系统在临界点邻域的简化的序参量方程：

式中K（u）为序参量u的非线性函数，由此可见以联营赢利能力为班轮联营系统的序参量此时主宰了系统的发展和演化。以上讨论了班轮企业联营的获利能力这一序参量如何支配联营系统的发展。序参量确定以后，讨论系统的发展和优化重点考虑和研究序参量即可。通过上面的数学和理论推理分析可知，班轮联营企业要想在激烈的生存竞争环境生存和发展，尤其在经济全球化的背景下，各个企业就应该有意识地不断地培育和加强联营的赢利能力，并且在这个序参量的支配下主动地走向协同。在后面的章节中，将重点研究如何以班轮系统的序参量赢利能力为优化目标，研究班轮联营系统的协同舱位配置等协同运作问题。

班轮运输企业联营系统具有一般系统的共性，其演化、发展在很大程度上取决于联营系统的序参量，即班轮联营系统的赢利能力。其序参量有如下主要特性：

（1）其序参量是客观参量，是为描述系统整体行为而引入的宏观参量。序参量的概念是对一般系统理论提出的非加和性原理的有力证据。联营赢利能力的形成不是企业内部各基本能力子系统简单加和的结果，而是它们通过自组织过程协同形成。

（2）其序参量是各联营子系统集体运动的产物，是协同效应的表征和度量。序参量的形成不是外部作用强加于系统的，而是来源于系统内部。当众多子系统构成的系统处于无序的初始状态时，各子系统独立运行，各行其是，不存在合作关系，不产生协同效应。随着各子系统企业对环境的适应，各子系统及其要素间的关联加强，逐渐达到可能产生协同的临界状态时，各子系统形成合作关系，降低了子系统间的交易费用^［3，19］，协同合作。

（3）其序参量支配子系统的行为，主宰系统整体发展。序参量支配其子系统按序参量的“命令”行动。班轮联营系统赢利能力本质上体现了各班轮企业子系统之间的资源协同能力，这种能力形成以后，它将直接影响企业运力投入、网络布局、有效管理的实施、企业文化的发展与完善等方面，促使整个企业系统发展演化。