基于企業工程的企業構建及運維護過程中熵理論的應用

張洪亮

（上海柴油機股份有限公司，上海200438）

基于企業工程的企業構建及運維護過程中熵理論的應用

張洪亮

（上海柴油機股份有限公司，上海200438）

將企業的構建及運行維護過程劃分為企業系統構建前、企業系統設計和建立及企業系統運行和維護3個階段；對各階段的任務、目的和衡量方式進行了論述。同時將熵理論引入到企業構建和運維3個階段中,為熵理論在企業工程中的應用提供了新的思路。

企業企業工程企業構建階段熵

1 引言

企業是由組織、過程、信息及支持技術集合而成的復雜系統。為應對日益復雜的外部競爭環境，如何設計、構建企業，管理、維護與改造現有企業，評價企業系統的有效性，成為目前學術界積極探討的一個課題。作為設計、建立、運行和維護企業的學科——企業工程（Enterprise Engineering）已經被學者提出。對企業運行規律的研究，已經從簡單系統的研究思路，日益拓展到復雜系統。

本文首先介紹了企業工程，然后簡述熵理論的發展過程；之后分析熵理論應用于企業系統及企業構建過程的機理；最后將企業的構建及運行維護過程，劃分為企業系統構建前、企業系統設計和建立、企業系統運行和維護3個階段。該劃分方式是對企業工程的理論與實踐的一個有益的補充。在對各階段的特點進行論述的同時，將熵理論引入到其中，為熵理論在企業工程中的應用提供新的思路。

2 企業工程的發展

在業務過程中的重規劃、信息工程、工業工程、系統工程、計算機集成企業、企業管理等學科發展的基礎上，許多機構和學者對企業工程進行了探討。

1995年James Martin給出的企業工程的定義是：企業工程是構建和改變企業及其流程和系統的學科集合[1]。1995年Donald H.Liles,Mary E.Johnson和Laura Meade給出的企業工程的定義是：分析、設計、實現和操作一個企業的知識、原則和實踐的整體[2]。1995年美國企業工程協會將企業工程定義為：設計、建設、維護與改造企業的綜合學科[3]。國際企業工程協會的定義是：企業工程是對企業的所有要素進行分析、設計、實施和運作的知識、原理和學科的總和。企業工程方法包括建模、成本分析、模擬、工作流分析、瓶頸分析、全面質量管理（Total Quality Management）、準時生產方式（JustⅠn Time）、變化管理，以及附加價值分析[4]。

企業工程的概念提出后，國內外一些大學和研究機構開展了一系列的研究或實踐。國內學者李從東、余彤鷹等人較早地對企業工程概念作了研究與拓展[3～4]，近年也涌現出一批基于企業工程概念的研究成果。張惠琴和趙波從企業工程的角度界定了企業家的職能，構造了基于企業工程體系的企業家素質模型[5]。采用企業工程的理論與實踐方法，丁俊提出“可演進”的物流企業發展工程設計[6]。黃艷提出企業工程框架下企業信息文化的構建方案，對企業工程與企業信息文化，企業文化之間的關系進行描述[7]。管金富以企業工程方法論為基礎，構建了企業并購后資訊整合策略[8]。

2013年5月，Jean Leonardus Gerardus Dietz、Johannes Adrianus Petrus Hoogervorst等18位署名作者，共同在《Ⅰnternational Journal of Organizational Design and Engineering》上發表了題為"The discipline of enterprise engineering"的文章，對企業工程的使命，從“哲學、本體、意識和技術（philosophical,ontological,ideological and technological）”4個方面進行了定義和明確[9]。

在現有的企業工程研究文獻中，筆者尚未發現對企業建立及運行各階段的劃分，以及基于企業建立及運行各階段劃分的評價方式及工具。

3 熵理論的發展

熵（entropy）的概念，最初是1854年由德國物理學家克勞修斯（Rudolph Clausius）在闡述熱力學第二定律時提出來的。其經典定義為[10]

式中，

R——可逆過程；

dS——體系的熵變；

Q——從熱源中吸取的熱量；

t——熱源溫度。

1872年，玻爾茲曼（Boltzmann）指出熵是大量微觀粒子的位置和速度的分布概率（稱為熱力學概率）的函數[10]。1945年普里高津（Prigoging）發展了熵定律，擴大了熵定律使用范圍，提出了新的熵定律表達式[11]

式中，

dis——體系內部引起熵值的增加，稱為熵產生；

des——由于體系與環境之間，因發生物質與能量傳遞而引起的熵值變化，稱之為熵流。

熵定律也滲透于信息論中。20世紀40年代，信息論的創始人申農（Shannon）引入了科學的信息概念，指出熵增與信息的表述獲取有關[11]。布里淵（Brillouin）提出信息熵的概念并與熱力學聯系起來[11]，他認為信息與負熵等價。

近年來，系統的概念普遍應用，人們對于復雜系統及其演化規律研究的需要，如不確定性的度量，系統復雜度的度量，信息熵等，使熵的概念與理論被推廣應用到幾乎所有的領域。

4 熵理論應用于企業構建及運維過程的機理

企業是由內部諸多子系統（要素）構成的系統。其內部子系統包括生產系統、質量保證系統、員工培養系統、信息技術系統、物流系統、文化、宗旨、價值觀等等。如果企業內部各子系統相互沖突，各部門為自身利益相互爭奪資源，內部矛盾增長，可能導致企業狀態混亂或無序，即處于熵增狀態。作為狀態的混亂性或無序性的度量，熵完全可以用于描述企業系統。

企業系統時刻與環境發生著物質、信息和能量的交換：面臨市場環境、與其他企業的競爭、受國家法律法規以及安全環保規定的約束、從外界招聘人員、滿足國家關于員工工資增長的要求、滿足客戶要求等等；某些企業還與投資者、股東等發生著聯系。如果企業在與外界環境交互的過程中，不斷地引進新技術、人才、資金和信息（負熵流），并通過內部的自適應、自組織，可以抵消企業內部無序度的增加和管理效率的遞減。

企業本身也有一個建立和成長的過程，有其生命周期。企業在不同的階段，需要完成不同的任務。某個階段可能需要內部結構調整、可能需要開展各種活動，也可能是改革、改善創造利潤的過程，也可能是進行產品研發、制造、銷售過程的重組，也可能是加強自我調整的能力、進行危機處理等等。在每一個階段，都會出現大量的某種狀態的幾率研究問題，即不確定性的問題。如信息不完備性、條件不充分性、事物的隨機性、概念的模糊性等等。這些不確定性，也可以用熵的概念來統一描述。

在信息時代的企業經營管理過程中，會產生大量的、龐雜的信息。這些數據、資料、指標、圖紙、報表等信息，是企業系統運行的基礎。信息的結構是否合理、信息流動是否暢通，很大程度上決定著企業經營結果的好壞。企業系統需要通過信息反饋，來調整企業自身的行為。信息通道的通暢程度與信息流量的損失率，可以用信息熵的概念來描述。

5 企業構建、運行維護階段劃分及熵理論應用

本文將企業構建、運行維護過程劃分為企業系統構建前、企業系統設計和建立及企業系統運行和維護3個階段，這3個階段的任務、目標、使用工具和衡量方式都有所不同。

5.1 企業系統構建前階段

企業是由人組建的，所以在企業構建前必須有人的存在。本文將構建企業的人員稱為“企業開發者組織”。企業開發者組織可以是一個人，也可以是由多人構成的組織。在企業構建前這個階段，企業尚未進入實際的構建過程，而企業開發者已經組建起來了。

企業開發者組織，是由多學科、多領域的工程師等高信息攜帶者參與組成的專家群體，具體可以由“企業工程”師、未來的企業領導、相關專業人員以及決策者構成，他們應具有與企業構建及企業運行維護有關的知識和經驗。

企業開發者組織的任務是設計、構建一個滿足特定目標的企業。要完成該任務，企業開發者組織要同時實現2個目標，一是保證物理過程的最優實現--開發出最優的或滿意的對象系統；二是開發者組織自身運行過程的最優化——通過有效的組織管理使開發過程時間短、投入少、收益大。

企業系統的產生、子系統的劃分和功能的分配，完全是企業開發者主觀信息的產物。要實現企業系統開發的物理過程的最優化，需要大量的各方面的信息（知識）。如何衡量企業開發者是否具有構建企業的能力？企業開發者是否掌握將非常規、非程序化的問題簡化為一系列常規、程序化問題的思路與方法？開發者對自己的活動進行組織管理的能力如何？要回答這些問題，就應當建立一個評價體系。

本文建立以下指標體系，對企業開發者進行評價和衡量，參見圖1。指標體系建立后，可以設定評分標準，采用熵值法計算出企業開發者的綜合評價值[12]。綜合評價值一方面可以用來選擇企業開發者，另一方面也可以對現有的企業開發者進行評價和衡量。在實際應用的過程中，可以根據指標的熵和熵權對評價指標進行增減、調整，以便于做出更精確、更可靠的評價。

圖1 企業開發者評價和衡量指標體系

5.2 企業系統設計和建立階段

企業系統的設計和建立過程就是企業開發者組織利用其掌握的有關企業工程的知識設計企業建立方案，并對其進行評價、選擇和實施的過程。企業系統設計和建立階段的主要任務是如何高效、快速、有序地構建一個滿足需要的企業。

企業系統的設計和建立是之后企業運行的基礎。企業系統是由若干個子系統構成的。其子系統的劃分與功能分配，一般存在著多種方案，也就是說其結構具有不確定性。所以在設計和建立階段，要注重提高企業對象系統的有序度。若設計出的企業架構良好，功能合理，層次少，系統總熵較小，將會有利于企業的良性運行。

對于設計和建立過程中的企業，可以借用企業組織管理系統復雜性的評價方式，用熵理論來評價其架構、功能和信息的復雜性。評價域由結構復雜性、功能復雜性和信息轉化復雜性（信息轉化率）構成[13]。其中結構復雜性包括管理層次、管理跨度，功能復雜性包括部門功能耦合、職能凝聚度，信息轉化復雜性則包括溝通網絡、信息反饋環[13]。定義Ex為信息轉化矢量空間，Ey為功能矢量空間，Ez為結構矢量空間，則Ex×Ey×Ez為三維線性熵空間。將這3個復雜性空間結合，并在新的空間上定義一個復雜性尺度，則[13]

式中，

B——熵信息；

m——組織結構階段或層次。

此計算結果即為該組織系統統一的管理復雜性尺度。

由以上計算方法，可以得到處于設計和建立過程中任一階段的企業系統的統一復雜性熵信息量。通過對比設計和建立過程中不同方案和不同階段的復雜性熵信息量，可以對企業系統復雜性做出衡量。

在企業系統設計和建立的過程中，需要最大限度地簡化企業系統的復雜性，減少管理環節，避免信息流與物質流的阻力，降低管理成本。這需要企業構成要素，如組織、流程和技術，最大程度地和諧共存，充分、極大地提高管理效率，使企業系統向高效方向發展。

企業工程開發者可以通過總結經驗教訓或向先進者學習，獲取企業工程方面的新知識（信息），因而其創造和設計出的不同微觀結構的概率將發生變化。某些被實踐證明是較好的結構被采納的概率增大。目前一些企業采用“復制”工廠的方式建立新工廠，即將成熟工廠的結構直接運用到新工廠中，取得了較好的效果。

5.3 企業系統運行和維護階段

企業系統設計和建立階段完成后，就進入企業運行和維護階段。一般而言，企業運行和維護階段的時間跨度會比企業系統設計和建立階段的時間跨度要長得多。所以，企業系統運行和維護階段，其主體、目標、任務、衡量方式，都與前一階段企業系統設計和建立階段不同。

企業系統運行和維護階段的主體，與企業開發者組織，可能是不同的人員。企業系統運行和維護階段的人員，其技能應更偏向于為企業相關者（股東或投資者、員工、社會、供應商和客戶）提供多種形式（有形和無形）的收益。所以，本階段的評價及衡量方式與企業設計和建立階段不一樣，可以用基于利益相關者的企業管理系統總熵值S來評價企業經營管理的綜合績效[14]。

其中，i是影響相對封閉管理系統熵值的各種內部因素，如組織結構因素、人的因素、制度因素、文化因素等；ki是企業在特定行業、特定階段時的各種因素的權重；Si是各種影響因素所產生的熵值。

企業系統總熵值的大小，反映了系統內部管理效率的高低。總熵值越大，企業管理效益越低，績效越低。在企業系統運行和維護階段的所有周期中，該熵值S都具有評價、診斷和預警功能。

企業工程開發者，通過企業系統設計和建立階段建立起來的企業，是一個有序或比較有序的系統。它包括了人員結構、組織結構、技術結構、功能結構等的有序。但在企業系統運行和維護階段，在企業整體與企業環境之間的相互作用中，企業要素資源之間、企業要素資源與企業整體之間、企業要素資源與企業整體環境之間的相互關系都是變化的，存在著相互之間的不協調與不適應，導致企業內部結構的紊亂與企業整體功能的減弱（熵增）。所以企業運行和維護階段的主要任務就是消除各因素間不協調與不適應（減少熵值），目標是實現企業成長。

為了保證企業成長，企業必須成為一個動態的開放系統，不斷地進行創新，進行持續改善。企業必須不斷地自我研究或從外界引進新的組織管理體制與方法，不斷吸收及應用企業工程中新鮮的知識(負熵流)。企業不僅要進行技術創新，還應該進行組織創新、管理創新、市場創新、生產創新、文化創新以及人才創新，從而確保運行和維護階段企業的健康發展。

6 研究結論

本文提出將企業的構建及運行維護過程，劃分為構建前、企業系統設計和建立、企業系統運行和維護3個階段，分析了每個階段的任務、目的，引入了基于熵理論的各階段評價及衡量方式。對3個階段進行了清晰明確的分界，對每個階段的具體工具集、任務集，以及各階段之間的影響關系，尚需作進一步的研究、探討。本文引入熵理論來對每一個階段進行評價，其評價公式及過程也需要進一步的簡化。

總體而言，本文認為可以應用熵理論，描述企業構建及運行維護過程的多變性與復雜性，評價企業構建及運行維護過程的效率與效果。把熵理論應用于企業系統和企業工程，作為一種軟科學的認識論與方法論，是必要的，也是十分合理與自然的。

1 Martin J．The Great Transition:Using the Seven Disciplines of Enterprise Engineering to Align People,Technology,and Strategy[M]．Amacom Books，1995:58.

2 Liles D H,Johnson M E,Meade L,The Enterprise Engineering Discipline[EB/OL].http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10. 1.1.196.4337&rep=rep1&type=pdf.1995.

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表12 裝載機作業油耗試驗與仿真對比

6 總結

從上述仿真計算結果與實際測試結果分析得知，通過對柴油機設置不同的功率輸出模式，裝載機可以順利實現不同的動力特性和燃油經濟特性。動力性由強到弱排序依次為：P檔、N檔、E檔；經濟性由高到低排序依次為：E檔、N檔、P檔。終端用戶可以根據不同的工作負荷選擇不同的功率模式，在保證動力性不下降的情況下，最大限度地降低燃油消耗量。針對終端用戶部分工期內可能會對整車動力性要求較高，根據仿真結果，可以將柴油機設置超P檔模式，輸出功率比P檔更大。用戶可以根據實際需求進行功率模式選擇，滿足特定工況的需求，而又不影響用戶的長期用車成本，可以明顯提升裝載機的適用性。

基于CRUⅠSE的整車模型，其仿真計算經過實測數據驗證，證明其是準確可信的。對于采用線性多元回歸建立的柴油機萬有特性數學模型，得益于采用了分段函數，萬有特性油耗數據估測值與實測值的誤差在±5%以內，精確度較高。本文中對作業工況燃油耗的仿真計算只是采集了一個裝載機的工作循環，正如本文中P檔的作業油耗仿真計算，僅僅以單個工作循環去評估小時耗油量可能會有較大的誤差。因為單個工作循環的油耗存在偶然性，若需要更高的計算精度，可以采集多個工作循環載荷譜數據進行計算。

參考文獻

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Application of Entropy Theory in Enterprise Architecture Operation and Maintenance Based on Enterprise Engineering

Zhang Hongliang
（Shanghai Diesel Enine Co.,Ltd.,Shanghai 200438,China）

The process of enterprise architecture,operation and maintenance is divided into three stages:pre-architecture,design and architecture,operation and maintenance.The task,objective and measure of each stage are discussed.The entropy theory is introduced in three stages.This study can serves as reference for the application of entropy theory in the enterprise engineering.

enterprise,enterprise engineering,enterprise architecture,stage,entropy

10.3969/j.issn.1671-0614.2014.02.013

來稿日期：2013-11-15

張洪亮（1974-），男，博士，研究方向為企業建模與集成化管理、現代工業工程理論及應用。