大系統(tǒng)的運行狀態(tài)直接關系到經(jīng)濟發(fā)展、社會進步、人民生活、國家安危、世界穩(wěn)定、生態(tài)環(huán)境等重大問題。在目前全球面臨著人口、經(jīng)濟、社會、環(huán)境、資源的發(fā)展嚴重不協(xié)調(diào)的形勢下，研究和把握各個領域、各種層次的大系統(tǒng)的動態(tài)運行機制，構(gòu)建其協(xié)同模型體系，保證各個大系統(tǒng)之間以及大系統(tǒng)中各個環(huán)節(jié)之間的高效、穩(wěn)定、協(xié)同發(fā)展是實現(xiàn)全球可持續(xù)發(fā)展進程中的一個具有現(xiàn)實意義的重要課題。 論文將大系統(tǒng)作為主要研究對象，以人口-經(jīng)濟-社會-資源(能源)-環(huán)境的可持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展為主線，從學科交叉的角度采用控制論、協(xié)同學、熵理論等作為研究的理論基礎，通過構(gòu)建大系統(tǒng)中物質(zhì)流、能量流與信息流的協(xié)同形成機制、協(xié)同實現(xiàn)機制以及協(xié)同評價機制研究了復雜大系統(tǒng)協(xié)同演化的一般規(guī)律。論文主要開展了以下5個方面的研究工作，并取得了一些有意義的研究成果。 (1)嘗試性地將廣義熱力學中的“勢”、“阻”、“(火用)”等概念運用于大系統(tǒng)中物質(zhì)流、能量流和信息流的流動網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)及其流動過程中基本特性的研究與分析，建立了物質(zhì)流、能量流和信息流的遞階層次網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。認為物質(zhì)流、能量流和信息流具有流通性、層次性、相關性和“(火用)”特性等基本特性。并在此基礎上給出了大系統(tǒng)中物質(zhì)流、能量流和信息流的一般數(shù)學描述； (2)運用協(xié)同學理論，耗散結(jié)構(gòu)理論等自組織理論以及系統(tǒng)的有序性來分析大系統(tǒng)中物質(zhì)流、能量流和信息流之間的協(xié)同關系和協(xié)同機理。認為推動系統(tǒng)從無序向有序、從低級有序向高級有序演化的內(nèi)外動力(內(nèi)外原因)都與物質(zhì)流、能量流與信息流有關，其外部動力(外部原因)是系統(tǒng)與外界環(huán)境之間的物質(zhì)流、能量流與信息流的相互流動，而內(nèi)部動力(內(nèi)部原因)是系統(tǒng)內(nèi)部各元素、各環(huán)節(jié)、各子系統(tǒng)之間的物質(zhì)流、能量流與信息流的相互流動。通過信息流支配下形成的物質(zhì)流、能量流與信息流之間的協(xié)同運動可以使得大系統(tǒng)中各元素、環(huán)節(jié)或子系統(tǒng)之間形成某種協(xié)同效應，進而獲得大系統(tǒng)在某一特定時間、空間、功能和目標下的特定有序結(jié)構(gòu)； (3)探索性地將控制論和協(xié)同學以及耗散結(jié)構(gòu)理論結(jié)合起來從硬控制和軟控制兩方面研究了大系統(tǒng)的協(xié)同實現(xiàn)機制，構(gòu)建了一種基于信息流反饋機制的二級遞階協(xié)同控制系統(tǒng)。協(xié)同控制系統(tǒng)中利用信息流正負反饋作用，并選擇適當?shù)南到y(tǒng)內(nèi)部序參量以及系統(tǒng)外部的控制參數(shù)使物質(zhì)流子系統(tǒng)、能量流子系統(tǒng)和信息流子系統(tǒng)按照系統(tǒng)總熵變小于0的既定目標進行協(xié)同，在實現(xiàn)各個子系統(tǒng)協(xié)同的基礎上，最終實現(xiàn)大系統(tǒng)的協(xié)同化、有序化和最優(yōu)化； (4)從流通水平、序參量以及熵的角度構(gòu)建了3種物質(zhì)流、能量流與信息流的協(xié)同(度)評價模型。其中基于流通水平的協(xié)同度評價模型簡單易懂，但在實際過程中存在量化困難的問題；基于序參量的協(xié)同評價模型能夠較準確地反映出系統(tǒng)協(xié)同的內(nèi)涵，同時在計算過程中能夠有效減少在模型求解中的困難，但缺點是難以確定大系統(tǒng)的真實序參量；基于熵的協(xié)同評價模型由于同時考慮了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有序度和功能有序度，因此較其它協(xié)同評價模型而言更全面、更科學、更準確，但計算過程較為繁瑣； (5)最后將研究結(jié)果運用于鋼鐵企業(yè)的演化研究中，研究了鋼鐵企業(yè)中物質(zhì)流、能量流與信息流的協(xié)同形成機制、協(xié)同實現(xiàn)機制以及協(xié)同評價機制，認為鋼鐵企業(yè)未來的演化發(fā)展方向是向信息化、綠色化、生態(tài)化的有序狀態(tài)發(fā)展。其中對鋼鐵企業(yè)2001年—2006年間的協(xié)同度進行了評價，評價結(jié)果與我國鋼鐵企業(yè)實際發(fā)展的趨勢基本吻合。
【學位單位】：華中科技大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2009
【中圖分類】：N941.4
【部分圖文】：

器之間及各車間(分廠)之間的管道、輥道、鐵路、鐵水包、鋼水包等運輸線路、運輸設備、超重裝置、儲存容器等為流動路徑，構(gòu)成了鋼鐵企業(yè)中縱橫交錯的多維的物質(zhì)流一能量流一信息流復合流通網(wǎng)絡，如圖6一1所示。鋼鐵生產(chǎn)流程物質(zhì)流五嚇能量流EF信息流IF物質(zhì)流五任能量流EF信息流正O:節(jié)點—;流動路徑\廣與一:流動運行中的各股流圖6一1鋼鐵企業(yè)中物質(zhì)流一能量流一信息流復合流通網(wǎng)絡示意圖1223]殷瑞鈕院士1223]把鋼鐵制造流程看作是一個集成了物質(zhì)流管制、能量流管制、信息流管制的多維數(shù)、多層次、多目標的工程系統(tǒng)。并認為鋼鐵制造流程性能結(jié)構(gòu)的本質(zhì)是物質(zhì)狀態(tài)轉(zhuǎn)變、物質(zhì)性質(zhì)控制、物質(zhì)流管制在時間、溫度和空間上的融合、貫通、協(xié)調(diào)和控制，即一種多因子(多維)的過程物質(zhì)流管制系統(tǒng)。并概括出了鋼鐵企業(yè)的多因子(多維)過程物質(zhì)流系統(tǒng)的數(shù)學描述(詳見文獻【223〕)�？傊�，鋼鐵制造流程是具有由“資源流(物質(zhì)流、能量流、信息流)”、“節(jié)點”和“流通路徑”整合在一起構(gòu)成的物質(zhì)一能量一信息在時間尺度、空間尺度、功能尺度上的宏觀

畚仭咋!飛;熬攫龔贊洋圖6一3鋼鐵企業(yè)中典型的能流示意圖6.2.3鋼鐵企業(yè)中的信息流網(wǎng)絡鋼鐵制造流程的特點是串聯(lián)作業(yè)、工序集成制造，只要存在聯(lián)系必定產(chǎn)生信息。因此，在鋼鐵制造流程中發(fā)生的一系列物質(zhì)流、能量流在流動過程中發(fā)生的物理化學的轉(zhuǎn)變、轉(zhuǎn)換、儲運和過程等行為或事件中，必然伴隨著大量信息的發(fā)生。這些信息作為動態(tài)調(diào)控鋼鐵制造流程中各個功能因素的紐帶，伴隨著物質(zhì)流和能量流的流動而形成信息流網(wǎng)絡。鋼鐵企業(yè)中的信息流包括跟物質(zhì)流有關的各種物流信息、物流管理信息、生產(chǎn)效績信息、生產(chǎn)計劃信息、生產(chǎn)銷售信息、物質(zhì)調(diào)度信息、產(chǎn)品庫存信息、市場信息等;與能量流有關的各種能流信息、能源管理信息、能源調(diào)度信息、能源市場信息、能源利用信息、能源損耗信息、能量回收信息、能量轉(zhuǎn)換信息等;以及在企業(yè)運行過程中的運行安全信息、運行故障信息等。同樣，這些信息以各個工序或設備、或工廠、或部門單位為節(jié)點，在各個節(jié)點之間相互流通形成鋼鐵企業(yè)的信息流網(wǎng)絡。綜上所述，鋼鐵企業(yè)中的物質(zhì)流、能量流與信息流之間的關系是非常緊密的。一方面，各種生產(chǎn)物質(zhì)流與能量流在時間上的路徑反映了鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)流程運行中的動

【引證文獻】

相關期刊論文 前1條

1 陳端呂;李際平;;斑塊耦合網(wǎng)絡:景觀評價的功能流視角[J];中南林業(yè)科技大學學報;2013年01期

相關博士學位論文 前2條

1 黃成毅;成都平原耕地資源系統(tǒng)協(xié)同性分析與調(diào)控研究[D];四川農(nóng)業(yè)大學;2011年

2 陳娟;科技資源共享系統(tǒng)自組織運行機制研究[D];哈爾濱工程大學;2011年

本文編號：2826066