系統工程報告 第五章： 耗散結構理論與開放發展型社會組織 Textbook: 「現代系統科學與管理」, 李建華、傅立著, 科學技術文獻出版社, 1996, 簡體中文, pp.55-66 2019/7/8 國立中央大學機械工程學系 系統設計研究室

由力學觀點來看系統 動力學和熱力學是自然界兩種互為補充的解釋（普利高津） 2019/7/8 國立中央大學機械工程學系 系統設計研究室

有序與無序？ 何謂序？ 有序 無序 順序，具有差異性，因某種功能而排列，而非均勻一致。 系統內部之各處存在可被辨識之差異，可以被描述標示其分佈。 無序 系統內部均勻分佈，沒有順序性。 2019/7/8 國立中央大學機械工程學系 系統設計研究室

熵與不可逆運動 熱力學第二定律 熵作為一個系統的狀態函數是系統內部無序程度的量。 孤立系統有一種不可逆的變化趨勢，從非平衡的有序狀態，逐漸轉變為均勻平衡的無序態。 達到均勻的無序態時，系統熵值最大 。 熵增原理。 熵作為一個系統的狀態函數是系統內部無序程度的量。 以埃倫菲斯特(Ehrenfest)缸子模型得到數學及實驗性的驗證。 2019/7/8 國立中央大學機械工程學系 系統設計研究室

埃倫菲斯特(Ehrenfest)缸子模型 最終會達到均衡，兩缸有相同數量的球，至此兩遷移率相等，難脫離平衡 2019/7/8 國立中央大學機械工程學系 系統設計研究室

時間與進化的疑難 與以往的運動現象完全不同的不可逆過程。 此不可逆運動似乎同時展現時間不可逆轉的經驗性與客觀存在性。 覆水難收 、 不可能返老還童 此不可逆運動似乎同時展現時間不可逆轉的經驗性與客觀存在性。 時間一去不復返 這種不可逆運動所指的運動發展方向卻是使人困惑與失望的。 進化發展終至失敗 2019/7/8 國立中央大學機械工程學系 系統設計研究室

耗散結構理論面臨課題 熱寂說：宇宙的熵趨於極大，將進入一片 死寂永恆的狀態 —克勞修斯 自然是進化發展的，生命向著高級複雜的 方向運動—生命現象 自然是增熵的？生命的不斷進化 2019/7/8 國立中央大學機械工程學系 系統設計研究室

自然界中兩類有序現象 在空間與功能兩方面有序是生命的基本特性。 自然界可區分出兩類結構或有序 平衡結構或平衡有序 液、固、氣態的相變；晶體；雪花；鐵磁體…等 非平衡結構或非平衡的有序 生命體 非平衡結構依賴系統不斷的物質運動和能量耗散來維持，普利高津稱為“耗散結構” 2019/7/8 國立中央大學機械工程學系 系統設計研究室

平衡有序 與 非平衡有序 2019/7/8 國立中央大學機械工程學系 系統設計研究室

耗散結構的典型驗證1 貝納德(Bénard)對流實驗 2019/7/8 國立中央大學機械工程學系 系統設計研究室

耗散結構的典型驗證 2 雲街 中央氣象局提供 → 美國國家宇航局衛星拍攝到稱作“雲街(cloud street)”的大氣現象。當島嶼一類的障礙物擋住海面上的積層雲，有時會産生雲街現象。雲街現象産生時，島嶼周圍的氣流形成旋渦，旋渦順風而動，場面十分壯觀。延伸了180多英里這些照片是通過多角度成像光譜輻射計拍攝而成的。 2019/7/8 國立中央大學機械工程學系 系統設計研究室

耗散結構的典型驗證 3 B-Z (Belousov-Zhabotinski) 反應 [Zhabotinski花紋 ] 2019/7/8 國立中央大學機械工程學系 系統設計研究室

開放系統是系統進化的基礎 熱力學第二定律→孤立系統 dS＝diS≧0 ，與外界無物質、能量、訊息…等交換 現實系統→開放系統　dS＝diS＋deS，deS表系統熵流，及系統與環境進行物質、能量、訊息…等交換時形成的熵值變化 由於deS(熵流)，系統的演化方向出現新的可能，不一定是增熵，還可能向有序的方向發展 2019/7/8 國立中央大學機械工程學系 系統設計研究室

區分對時間的描述(普利高津） 2019/7/8 國立中央大學機械工程學系 系統設計研究室

非平衡是有序之源 系統封閉狀態→增熵，演化趨向平衡、無序、結構消失與極度混亂。 一系統如能進化，能產生耗散結構→必須是開放系統 (開放不一定就會進化) 系統開放是系統與環境間存在著相互作用的關係，系統新結構的產生仍是系統內部相互作用造成。 系統開放的主要作用是導致系統內部非平衡狀態。 開放系統中，由於外部條件不斷影響，系統不處於平衡而表現漲落，處於不斷離開平衡又恢復平衡的運動，形成新的有序。 2019/7/8 國立中央大學機械工程學系 系統設計研究室

非平衡態的區分 近平衡的非平衡態： 遠離平衡的非平衡態： 局部的外部影響引起暫時系統暫時的漲落，總體趨勢很快恢復平衡。 Example:如滴水入池、冷水加入熱水…等 很難形成有序結構 遠離平衡的非平衡態： 外部環境對系統顯著及持續作用的開放條件下，系統處理巨漲落，形成系統宏觀的超負荷流。 Example:湍流中的旋渦、經濟發展與科學技術進步造成新的社會政治結構。 真正形成有序結構之源 2019/7/8 國立中央大學機械工程學系 系統設計研究室

分叉與非線性 開放系統＋環境的影響(外部控制參量l)  系統產生巨漲落  可能形成耗散結構或新有序結構 系統處於平衡態或近平衡區時，系統只有穩定態。 外參量l提高，系統進入遠平衡區，直至外參量達到一閾值lc，狀態開始失穩，系統開始形成新的有序穩定態。 有序是一種新對稱性 的破缺，系統狀態處 於兩種或多種新的穩 定態選擇，也可能存 著原有的無序態。 2019/7/8 國立中央大學機械工程學系 系統設計研究室

分叉與非線性 較簡單的耗散系統表現一級分叉，複雜的系統可能在第一級分叉穩定態上形成二及、三級分叉和對分叉穩定狀態的選擇。 系統分化及有序結構  數學上需以非線性方程式描述  多重解，反應系統的分化、分叉及複雜化 意味著子系統間出現相干性及相互作用。 例：B-Z反應表現化學鐘是一種時間性的對稱破缺、 貝納德流顯現空間性分叉和對稱破缺 普利高津把開放系統、非平衡及非線性相互作用作為形成耗散結構的基本條件。 2019/7/8 國立中央大學機械工程學系 系統設計研究室

耗散結構理論的社會實踐意義 耗散結構理論是關於一般系統進化發展的內在機制討論 進化本身是通過出現新的更高級”耗散結構”而逐步發展成一個複雜多樣化的生物及社會有機體的過程。 2019/7/8 國立中央大學機械工程學系 系統設計研究室

以耗散結構研究社會現象 2019/7/8 國立中央大學機械工程學系 系統設計研究室

組織與管理中的熵概念 社會組織為一耗散系統內部必然存在熵(混亂、無序度)自然增加的過程 管理者的指令、調整及改革輸入與輸出 (人員訓練及流動、物料流通、機具更替…) 人員老化、設備折舊、商品競爭力降低、意外災害、制度的不適宜耗散 由於耗散結構理論研究，現代科學和管理學對社會系統的認識有一種新的合理的觀念或尺度—熵。 2019/7/8 國立中央大學機械工程學系 系統設計研究室

非平衡是社會組織運動發展的起點 非平衡是有序之源 非平衡指系統內部的差異性、分化性及不均等的狀態 傳統社會模式中，社會管理追求的處處均勻平等的”大同社會”與”共產”，是把社會推向進步還是拉向退後？ 由耗散結構的觀點，系統越是接近平衡態，系統的自主控制功能就越差，內部也就越混亂。 現代管理系統，組織各部門應多差異，結構逐漸分化，功能才能逐漸複雜。各司其職、階段分明 2019/7/8 國立中央大學機械工程學系 系統設計研究室

社會組織是透過流動而形成有序 非平衡會導致系統內部的宏觀流動，產生新的有序 例：財富差異造成資金的流動 風土民情的不同造就旅遊與人口遷移 系統科學強調的差異主要指局部特性和特色，不是強調某種懸殊的差異性。 〔社會系統中外參量的閾值點過大可能便要造成革命收場〕 2019/7/8 國立中央大學機械工程學系 系統設計研究室