系统动力理论范文

2024-05-15

系统动力理论范文（精选8篇）

系统动力理论第1篇

关键词：技术,进化,复杂系统理论

技术既是一种重要的社会文化现象, 也是一种重要的社会生产力, 广泛存在于人类生活的各个领域。自熊彼特 (Schumpeter) 于1912年提出技术创新理论以来, 有关技术创新的研究已经取得了丰硕成果, 其中对于技术演进动力的研究, 诸多学者创立并发展了许多丰富的理论, 本文在对这些经典理论回顾的基础上, 利用复杂系统理论的原理和方法重新解说技术演进的路线, 阐明技术演进的动力机制。

1 技术演进的经典理论回顾[1]

1.1 “A-U”模型和技术生命周期理论

伴随着经济的发展, 技术不断地接受着混合经济、市场竞争和其他选择形式的选择, 新技术不断被挑选出来, 它们根据经济的或制度的准则, 被“优先选用”[2], 在这一过程中, 技术得到了演进和加强。艾伯纳西 (Abernathy) 和厄尔巴特 (Utterback) 详细考察了技术演进的过程, 于1975年提出了一个关于技术创新的三阶段模型 (“A-U”模型) , 它将一个完整的技术创新过程划分为三个阶段, 即流动性阶段 (fluid phase) 、过渡性阶段 (transitional phase) 及明确性阶段 (specific phase) 。艾伯纳西和厄尔巴特认为, 区分流动性和过渡性阶段的标志在于主导设计 (dominant design) , 随着主导设计的出现, 过程创新 (process innovation) 活动将超过产品创新 (product innovation) 活动, 当创新进入到明确性阶段后, 无论是产品创新活动还是过程创新活动均将减少[3,4]。

由于特定技术的演进过程主要对应着产品创新行为, 所以“A-U”模型实际上传递着这样一个隐含思想:技术的生长过程遵循着一个诞生、成长、成熟、衰弱的生命周期。库兹涅茨 (Kuznets) 、杜因 (Duijn) 等进一步明确地表达了这一思想, 提出了关于技术演进的生命周期理论 (“S”形曲线理论) , 典型的两周期技术演进过程, 如图1。显然, 技术演进的生命周期理论与“A-U”模型的基本原理是一致的。

1.2 技术演进的经典解说

根据“A-U”模型以及技术生命周期理论, 技术的演进可以分为线性路径和非线性路径两个阶段 (见图1) :当技术沿着线性路径发展时, 技术进步主要表现为渐进的、积累的、连续性的过程, 没有发生技术的跃迁, 技术演进强调的是秩序性;当技术沿着非线性路径演化时, 技术进步则主要表现为突变的、跃迁的、非连续性的过程, 技术演进强调的是非秩序性。可是技术为什么依次沿着线性、非线性的路径演进呢?技术演进的动力是什么呢?众多学者对此进行了研究, 比如克莱柏 (Klepper) 、普雷斯 (Price) 、纳尔逊 (Nelson) 、温特 (Winter) 和多西 (Dosi) 等研究了技术演进的线性和动力问题, 他们认为, 由于技术机会、技术饱和限、技术轨迹以及技术范式等原因, 使得技术在演进的一定阶段内会表现出线性的特点, 市场需求、技术机会、经济行为者的相异性和非对称性等是技术演进的动力[2]、[4,5]。需要进一步说明的是, 多西提出的“技术范式”是一个重要的概念, 按照它的定义, 技术演进实际上也可以划分为范式内技术演进和范式转换过程中的技术演进两个阶段, 分别对应于技术演进的线性和非线性两个阶段。

阿瑟 (Arthur) 、艾伦 (Allen) 、西尔弗伯格 (Silver-berg) 等研究了技术演进的非线性行为, 即技术范式转换行为。阿瑟从小事件锁定以及递增收益来说明某种新技术的产生, 强调了能引起最终选择替代方案的小事件的关键作用, 并且认为占据市场优势的技术不一定是最理想的技术[6]。艾伦从自组织理论和耗散结构理论研究了技术演进, 对经典的牛顿力学和热力学平衡定律提出了批评意见, 认为在牛顿的“机器”世界中只考虑了平均元素, 忽略了波动以及干扰的影响, 艾伦认为技术演进的动力来自于演进中干扰及犯错误的作用[2]。西尔弗伯格则用自组织理论和突变理论研究了经济动态和技术进步, 并介绍了相应的数学方法, 研究表明当系统外部条件广义变化与微观的内部波动结合发生时, 自组织系统能相应经历一系列结构转变[2]。上述关于技术演进的经典解说, 为我们进一步认识和理解技术演进的路径特征和动力机制提供了基础, 下文将在前人研究基础上用复杂系统理论来描述技术演进过程, 阐述技术演进的动力机制。从而使我们对技术演进过程和动力机制有更加较为清晰的认识。

2 技术系统的自组织机理

为了化解热力退化论 (熵增原理) 与生物进化论的矛盾, 普里高津在20世纪60年代提出了耗散结构论, 其后陆续加入了混沌、突变、协同、分形、超循环等理论。它们共同构成了由许多次级理论所构成的复杂系统理论, 复杂系统理中的复杂系统是区别于具有微观还原性的简单系统的, 它是具有非线性相干作用的开放系统, 通常它还是一种复杂适应系统, 其状态是介于完全有序和完全无序的中间[7]。其共同特征是:都是具有非线性特性的自然或人文现象, 而这些现象的存在与演化都决定于不可见的系统自组织作用力。自组织就是在内因与外缘互相匹配情形下的自发性组织作用。具有耗散结构的系统自组织的形成和维持条件说明该系统必然是开放的, 必须不断与外界交换能量、物质或资讯, 完成某种新陈代谢的作用, 才能维持其存在;与外界的交换一旦停止, 系统便立即耗散。耗散结构利用向外吸收能量 (负熵) , 并对外排出废物 (正熵) 的方式, 来对抗熵增原理, 维持其有序结构的稳定与发展两种状态。

技术系统具有自组织产生的条件:它是一个开放的系统, 与人类社会系统、周围自然环境系统不断进行着物质、能量和信息的交换, 各类相关技术发展水平之间会产生不一致, 这促使技术系统进入了发展的不平衡状态;技术系统内部也存在着涨落力, 这就是有创造性的技术发明, 蒸汽机、电灯、计算机的发明都促使人类进入了一个新的技术时代。因此, 可以用自组织理论来分析技术系统的演化过程。

自组织理论认为系统自我发展的根本动力是系统内部的矛盾、竞争所推动的协同发展, 从技术的发展史也可以看出技术在一定程度上独立于社会的飞速发展, 纺纱和织布技术的相互促进发展激励了蒸汽机技术的发展;计算机技术提高的很大动力来源于技术自我改善, 比如Window操作系统的更新换代, 当前计算机技术正促使传统技术实现自动化。但同时由于任何技术的发展都有极限, 如航天飞机的速度不可能超过光速, 技术与技术之间也存在着竞争, 如曾风靡一时的蒸汽机技术被电力技术所取代。这些又决定了任何技术在社会应用中会逐渐衰落。当然, 技术的进步不止依赖于内因, 人类社会和环境系统对技术的发展也发挥着巨大作用。

3 技术演进动力的复杂系统理论分析

复杂系统的演化研究涉及到众多的学术分支:如耗散结构理论 (非平衡态演化条件机理) 、协同学 (协同原理) 、超循环理论 (大分子自组织) 、混沌理论等等。由于整个学科还在不断发展和完善中, 相关理论并不是很成熟, 为了更好地表述本文的思想, 本文以生物进化为背景来描述技术系统的演化。群体遗传学是现代综合进化论的核心, 它的研究范围只限于单一物种的进化或属于同一物种的生物体的进化, 它不考虑物种的形成、灭绝。根据群体遗传学理论生物进化的三种主要机制是自然选择、自组织和遗传漂变[8]。本文就以这三种进化机制为线索对技术系统进化动力进行研究。

3.1 自然选择与技术系统进化

达尔文在《物种起源》中写到繁殖引起了资源稀缺, 形成了消灭不适应性的压力, 一些性状比其它一些更有利于生存条件, 那些有着有利性状的生物体更可能留下更多的后代, 这个过程就叫自然选择。达尔文的洞见之一是, 在血缘族内部的竞争比捕食者-被捕食者之间的竞争更残酷, 因此, 进化的基本来源是物种内部变种的相对丰度的变化。

在技术创新中可以与自然选择相对应的进化因素显然是“竞争”。类似于种群进化中的情况, 资源的稀缺性造成了淘汰市场竞争中弱者的压力。那些更能适应市场的要求技术创新将在激烈的竞争中生存下来, 并取得更多的市场份额。技术创新可以简单地理解为新产品开发, 但有所不同。技术创新区别于新产品开发是看其能否商业化, 只有商业化成功的产品开发才称得上技术创新。不可否认, 产品创新之后的商业化运作如市场营销确实起到一定的作用, 但其作用相当有限, 像铱星手机这样的高科技产品开发出来以后, 即使加强营销, 人们也无法支付比一般手机昂贵得多的新产品费用。所以一项新产品开发出来以后, 能否商业化的关键不是技术本身, 而是产品之外的市场需求和人们能否支付得起的购买水平。也就是说, 新产品投放市场以后, 要经人们的挑选, 这就是市场选择或社会选择过程。现实的确如此, 人们开发新产品即产品创新, 无数的变种 (产品) 投放市场后, 在那里经受人们的选择, 合适的存在下来了, 不合适的慢慢淘汰了。所以技术创新成功的关键是看能否被市场所选择。创新出现后的技术变体即新技术 (或新产品) 被投放市场, 在那里, 受到了顾客和其他使用者的严格挑选, 幸存的实体通过种群而被复制、扩散, 并逐渐成为特优类型和品种。新技术如果在价格、成本、功能等方面符合社会需求, 即被社会采纳, 如若不然, 则被淘汰。正像美国西北大学乔尔·莫克尔 (Joel Mokyr) 教授指出的那样, “一项技术之所以被采用, 是因为像企业或家庭等一些实体对其进行了有意识的选择使用, 将其从潜在技术的一个更大集合中挑选了出来。一个通过激烈的市场竞争而发展起来的技术创新在全球经济的竞争中是非常有竞争力的”[9]。

3.2 自组织与技术系统进化

传统的进化生物学用小的适应性步骤累积来解释生物的宏观进化, 但它却碰到寒武纪大爆炸等诸多的难题。涌现变异显然在物种的进化中起着关键性的作用, 而涌现变异的背后组织模式就是自组织的自发有序[10]。

自组织实现的第一个基本条件是系统要远离平衡。但这对于技术系统这样一个复杂的社会系统来说是必然的, 因此远离平衡是技术系统存在的一个最基本的条件。

自组织的第二个条件是组分之间存在着非线性的作用。非线性作用是复杂系统存在的基础。它使系统的特征不可以从各个组分的特征逻辑推导而出。寒武纪大爆炸用线性的达尔文主义是推导不出来的, 它是当生物圈在处于混沌边缘时候, 微小的变化通过一系列非线性作用产生的雪崩结果。当然非线性的作用也可能导致混沌, 进一步研究表明协同性的非线性作用才能导致自组织。正如后面的图2 (b) 所示的那样, 基因之间的协同性的不断创造着新的高适合度的生物群落。技术系统中的非线性协同关系是非常多的, 但产业内公司/机构之间的合作应是这些非线性协同关系的核心, 因为众多的研究都认为它是产业技术竞争优势的源泉。以义乌的小商品产业技术为例, 小商品的生产本来具有很大的区域局限性, 生产商也由于其实力的限制很难把其产品销往远方的市场, 但在义乌由于无以计数的小商品生产产商的存在, 它使得各个产商可以专注于某一产品或部件的生产, 同时从产品的整体来看它又拥有很多的花色品种, 为小商品专业市场和联托运市场的形成和发展打下了坚实的基础, 《21世纪财富》 (2001/9/3) 曾用恐怖的群狼来描述义乌的小商品技术。这是对产业技术形成形式的一种突破, 它使得技术所在的具体某个产品不一定是要长价值链的[11]。因此可以推断产业技术内的分工、信息交流和共同行动是产业技术进化的重要动力。

(资料来源:Auyang, 1998)

那么技术之间的非线性协同关系是不是越强越好呢。图2很好地回答了这个问题。在图2 (a) 中生物体的各个部分完全不相关, 对于有着许多不相关部分的生物体来说, 改变单个部分的效应是很小的。于是邻近态有着几乎同样的适合度, 适合度景貌就像一个宽的驼峰。如果突变很强, 那么自然选择也许就不能使物种保持在宽适应性的顶点。这种情况就类似于自由竞争的市场, 市场中的各个参与者是独立地开展其经济活动的, 虽然根据微观经济学的理论可以推导出最佳的生产曲线和供需平衡曲线, 但在实际中各种扰动使得所谓的最优态很少能达到。随着相互关联性的加强, 其它峰出现了 (图2 (b) ) 。生物体的每一个部分只与少数其它部分相关。根据Kauffman (1993) 的随机NK布尔网络, 这时系统中交会产生一些吸引子, 并在适当的情况下实现自组织, 它认为这种状态是最有利于系统的进化的[12]。产业技术对应的就是这种状态。产业内通过竞争合作形成一些类似于吸引子的网络上, 但这些网络是有限的, 同时它们之间一般不存在着控制关系, 这使得产业技术中存在着不同心智模式的参与者, 它们构成了产业技术这一自织系统的多样性, 为进一步进化创造了条件。绍兴纺织业技术的发展就很好地说明了不断心智模式者存在的重要性。绍兴被称为一块托在布上的城市, 但其纺织业长期以来限于低水平的竞争, 整个产业只集中于纺织领域的一些低档次的环节上。金昌公司的出现改变了这种状况, 它开发了新的印花分色制版软件和激光印花制网机技术, 并为其它企业提供技术和服务, 从而使整个纺织产业技术提升了一个档次。因此, 我们可以推断同类技术中有限的不同心智模式的存在对技术进化有着重要的作用。

当生物体相关性不断增强时, 峰的个数增加, 但它们的高度由于冲突约束而缩小。图2 (c) 中由于所有部分都是相关的, 这时所有的峰值趋向于平均适合度的值。这就如同一个纵向一体化的大产业, 整个产业在市场中的适合度是各个部分组合后的平均值。众多的研究已经告诉我们这些产业技术中有限的不同心智模式的存在对产业技术进化有重要作用。

自组织的第三个条件是系统必须是一个开放系统。对于产业技术来说对外界开放是必然的, 产业技术首先必须依赖于外部的市场、原料、中间部件、资金等等。可以说开放性是产业技术存在着的一个先决条件。当然开放性对于产业技术进化的意义还不仅仅于此, 它还应包括技术准入等问题。产业技术同当地的文化政策紧密地联系在一起, 因此往往会具有一定的排外性。有时这种排斥性会对产业技术的进化产生很严重的影响, 比如瑞士钟表产业技术在七八十年代的衰退就是这种对不同心智模式的新进入者的强烈排斥性有关[13]。

远离平衡、非线性协同和开放性是复杂系统自组织的必要条件, 但这对于进化来说还是不够的, 还必须有涨落, 就象光有汽车而没有油一样也是跑不动的。突变对于由众多个体构成的群落来说并不是一种偶然性, 而是一种规律了。这些突变在适当情况下可以异常地放大, 比如当系统处于分叉点时, 原来互不相干的组分出现了非线性关联, 可以产生一些具有根本性变革的新的性状, 从而促进了种群的进化。对于一个产业技术来说涨落的情况可以分为两种, 从技术整体的层次来看可以是新的公司或机构的进入, 它会带来一些新的思想、技术, 这些东西在有些情况下会对整个产业技术产生根本性变革。例如, 在瓦特发明蒸气机之前, 整个生产所需动力依靠人力和畜力。伴随蒸气机的发明和改进, 工厂不再依河或溪流而建, 很多以前依赖人力与手工完成的工作自蒸气机发明后被机械化生产取代。其影响涉及人类社会生活的各个方面, 使人类社会发生了巨大的变革, 对人类的现代化进程推动起到不可替代的作用, 把人类推向了崭新的蒸汽时代。机器的发明和使用, 又进一步促进了与制造业有关的冶金工业和采矿工业的发展, 从工业革命的发展历程来看, 工业革命的过程是发明促进发明, 从轻工业到重工业, 从工作机到发动机, 互相推动的过程, 蒸气机的发明使人类由手工工具技术时代实现向动力技术时代的质的飞跃。而电子计算机的产生与发展将人类历史上的工业革命推向以自动化为主要标志的第三次工业革命。它对人类历史发展的影响是第一次工业革命、第二次工业革命所不能相比的。目前, 它与人类社会已融为一体, 并日益广泛而深入地影响着社会生活的方方面面。电子计算机是人类在20世纪里创造出来的最值得骄傲的工具, 就它对社会生产、经济、军事、文化教育和人类生活各方面的影响来说, 其意义比任何其他技术都深远得多。而电子计算机作为现代信息技术的核心, 带动并产生一大批新型工业, 使社会的第三产业迅速发展起来, 不仅推动了社会生活的现代化, 还改变着人们的生活、学习、交往和思维方式, 是知识经济时代到来的根本原因和基础。

另一种情况是原有公司的创新, 它们通过对现有技术方法的渐近性或根本性的改变, 促进了自身状况的改变, 由于产业技术中信息交流很快, 这些改变很容易被其它企业所获取从而促进了整个产业技术的进化。比如在温州的打火机技术里, 原先一只电子点火器要四五元, 但温州有人用30万元聘请了外界的技术专家开发了自已的电子点火器, 并开始专业化生产它, 一下子使成本降到了一二元, 而现在, 形成大规模生产后, 每只只有0.2到0.3元, 从而大大降低了打火机的生产成本, 对温州打火机低成本竞争力的形成做出了质的贡献。对于涨落的第一种情况可以把它归结为产业技术内的创业氛围, 如果创业氛围好想进入产业的人就很多, 而且新的进入者进入就比较容易, 这和前面提到的开放系统中的问题也是相对应的。由此可以推断产业技术中的创业氛围对技术的进化有重要作用。第二种情况可以归纳为公司内的创新氛围, 如果公司内的创新氛围好公司就比较容易创新, 就会多出创新成果, 对技术的进化就会推动就会多一点。由此也可以推断产业内的创业氛围是产业技术进化的重要动力。

3.3 遗传漂变与产业技术进化

自然选择和自组织的结论通常是在大样本统计中得出的, 但在现实中群体的规模可能不够大, 适合度大的个体不一定能够生存下来, 而一些适合度小的个体倒可能因为机遇而生存了下来, 这就是遗传漂变, 它使得站在图2 (b) e点的群落通过遗传漂变滑入谷底再向前寻找更高的山峰。由于遗传漂变是如此的普遍, 甚至有人提出了幸者生存[14]。在技术系统中也一样, 机遇 (同前面叙述的一样这儿也包括会产生负面影响的机遇) 也是无所不在的。比如前面提到的绍兴纺织业生产技术中的金昌公司, 去年其总经理 (丈夫) 因一点家庭纠分而把董事长 (妻子) 杀了, 使整个公司的经营陷入了停顿, 它对绍兴纺织业技术进化的影响是不言而喻的。再比如八十年代温州一个制造龙虾片的食品产品技术本来很有前途, 却因为新闻媒体的负面报道, 而招致政府把它关闭了。因此可以推断机遇也是技术系统进化的重要动力之一。

4 结语

综上所述, 社会经济领域的重大变动大多时候是技术中革命性变化的象征, 在英国建立的第一个工业社会的变化之大令人完全忽视了它的建立所依赖的技术的渐进性演进, 促使人们永远认为技术是通过从一个伟大发明向另一个伟大发明跳跃式前进的。从技术的发展史也可以看出技术在一定程度上独立于社会的飞速发展, 纺纱和织布技术的相互促进发展激励了蒸汽机技术的发展;计算机技术提高的很大动力来源于技术自我改善, 比如Window操作系统的更新换代;当前计算机技术正促使传统技术实现自动化。但同时由于任何技术的发展都有极限, 如航天飞机的速度不可能超过光速;技术与技术之间也存在着竞争, 如曾风靡一时的蒸汽机技术被电力技术所取代, 这些又决定了任何技术在社会应用中会逐渐衰落。

技术系统具有自组织特征, 它是一个开放的系统, 与人类社会系统、周围自然环境系统不断进行着物质、能量和信息的交换, 各类相关技术发展水平之间会产生不一致, 这促使技术系统进入了发展的不平衡状态, 技术系统内部也存在着涨落力, 这就是有创造性的技术发明, 蒸汽机、电灯、计算机的发明都促使人类进入了一个新的技术时代。因此, 基于复杂系统理论的技术演进的根本动力是系统内部的矛盾、竞争所推动的协同发展。

论马克思社会发展动力理论第2篇

关键词社会发展动力观价值

在马克思之前就已经有许多思想家对社会发展的动力进行探讨。从纵向时间上来看：远古时代的自然动力观—中世纪神学动力观—资本主义人性和理性动力观。远古时代的自然动力观主要将水、火、气等自然元素看成推动社会发展的动力。中世纪神学动力观主要从神的意志寻找社会发展的动力，这种观点认为存在着一种力量退，它超越了自然、历史和人类决定着世界的发展。资本主义人性和理性动力观冲破了中世纪的神学理论，强调人的思想和精神力量在社会发展中的作用。而马克思主义动力理论从人类社会实践出发、从物质基础出发从根本上解决了社会发展动力问题。

一、马克思社会发展动力理论的主要内容

马克思主义社会发展动力理论包括了根本动力、直接动力、主体动力、历史合力，它们共同致力于社会的发展。

首先生产力和生产关系、经济基础与上层建筑的矛盾是推动社会发展的根本动力。在《德意志意识形态》中马克思说：“一切历史的冲突都根源于生产力和交往形式之间的矛盾。”就是说历史的不断演进是因为生产力已经不满足于现存的生产关系这对矛盾促使上层建筑与经济基础的发生矛盾从而引起社会的变革。但是现存的生产关系只要在物质条件未达到完全成熟的地步就还有存在的基础，他说“人们的社会存在决定人们的意识。社会的物质生产力发展到一定阶段，便同它们一直在其中活动的现存生产关系或财产关系（这只是生产关系的法律用语）发生矛盾，于是这些关系便由生产力的发展形式变成生产力的梗桔，那时社会革命的时代就到来了，随着经济基础的变更，全部庞大的上层建筑也或快或慢地发生变革。”

其次阶级斗争是社会发展的直接动力。马克思和恩格斯指出：“至今一切社会的历史都是阶级斗争的历史。”虽然社会发生变革根本主要由于阶级社会中所存在的生产力与生产关系、经济基础与上层建筑对抗性矛盾，但是这种对抗性矛盾要爆发就需要一种更为直接的力量，也必然是通过阶级对抗的形式出现即阶级斗争，所以阶级斗争就成为社会发展的直接推动力。

然后人民群众是人类社会发展的主体动力。社会是由人所组成，社会的发展离不开人民群众，人民群众作为社会发展的主体，他们不仅创造者物质财富还创造着精神财富，正是这些财富不断的推进着社会向高层次发展，所以人民群众是社会发展的最大资源和主体动力。马克思曾经明确指出：“历史并不是把人当作达到自己目的的工具来利用的某种特殊的人格。历史不过是追求着自己目的的人的活动而已。”。

最后历史合力论是实现社会发展的方式。历史合力论是恩格斯晚年对马克思社会发展理论的补充与发展，恩格斯主要考察的是人的意志因素在社会发展中的作用。他说：“人们自己创造自己的历史，但是这种创造是建立在十分确定的前提下的，创造历史的最终的结果，总是从许多单个的意志相互作用、相互冲突中产生出来的，而其中每一个意志，又总是由于许多特殊的生活条件，才成为它所成为的那样。这样就有无数互相交错的力量，有无数个力的平行四边形，由此就产生出一个合力，即历史结果，而这个结果又可以看作一个作为整体的、不自觉地和不由自主地起着作用的力量的产物。换句话说合力就是不同人的意志和目的形成的无数交错的力量在实践活动中共同致力于的历史结果，但是合力同样受一定历史条件的制约。

二、马克思社会发展动力理论的发展

马克思主义社会发展动力理论在后继者实践基础上以及在满足国家国情的基础上不断的丰富和发展。

首先是俄国在取得社会主义革命胜利后对于如何建设社会主义的问题上对马克思主义社会发展动力理论进行了探讨。在他看来俄国作为社会主义国家与资产阶级国家不同，不在存在阶级对抗性矛盾。因此他提出了非对抗性矛盾是社会主义国家发展的动力。

其次中国在取得社会主义革命胜利后对马克思社会主义动力理论思想进行了进一步的发展。毛泽东在继承列宁的社会主义条件下矛盾仍然存在的基础上，认为“世界是由矛盾组成，没有矛盾就没有世界。我们的任务，是要正确处理这些矛盾”，矛盾是推动社会发展的动力。邓小平及时总结了中国社会主义建设的经验教训，在马克思和恩格斯的社会发展动力理论指导下以及对毛泽东思想的反思之后，认为“革命是解放生产力，改革也是解放生产力。”面对新出现的问题江泽民认为：“创新是一个民族进步的灵魂，是国家兴旺发达的不竭动力。”在面对日益增多的社会矛盾下，胡锦涛提出了和谐发展动力观。

三、马克思社会发展动力理论的当代意义

马克思社会发展动力理论是马克思在他所处的时代立足于实践并且在吸收大量优秀思想家的的基础上建立。这一思想始终把人自由全面的发展作为矛盾解决的出发点和落脚点对于推动全球的科学发展都具有重要的指导意义。虽然他的这一思想在他所处的时代不能得到充分的检验和实践但是他的思想却成为我国探索社会主义建设道路提供了理论基础。中国从马克思社会发展动力理论出发始终将人放在主要地位形成了许多优秀的动力理论思想和马克思思想一起共同构成了推动我国科学发展的理论基地。同时这一理论体系对于全球世界各国健康合理的发展也具有重要指导意义。

参考文献：

[1]马克思恩格斯全集第三卷[M].北京：人民出版社，83.

[2]马克思恩格斯全集第十三卷[M].北京：人民出版社，8.

[3]马克思恩格斯全集第四卷[M].北京：人民出版社，465.

[4]马克思恩格斯全集第二卷[M].北京：人民出版社，118-119.

[5]马克思恩格斯全集第三十七卷[M].北京：人民出版社，459.

[6]毛泽东文集第7卷[M].北京：人民出版社，1999：44.

[7]邓小平文选（第3卷）[M].北京：人民出版社，1993.

[8]江泽民.论科学技术[M].北京：中央文献出版社，2001.

系统动力理论第3篇

一、养殖业

1. 赤潮与水体富营养化

赤潮 (Red tide) 通常是指由于海洋环境条件的变化导致浮游生物 (微藻, 原生动物或细菌暴发性增殖或高度聚集使局部水体改变颜色的生态异常现象。由于引发赤潮的生物种类和数量的不同, 水体会呈现出不同的颜色, 多为红色或砖红色, 也称为红潮, 也可以是黄色、绿色、棕色或棕红色。赤潮是养殖业的重要灾害。其危害的主要方式是: (1) 赤潮生物大量繁殖, 覆盖海面或附着在鱼、贝类的鳃上, 使它们的呼吸器官难以正常发挥作用而造成呼吸困难甚至死亡; (2) 赤潮生物在生长繁殖的代谢过程和死亡细胞被微生物分解的过程中大量消耗海水中的溶解氧, 使海水严重缺氧, 鱼、贝类等海洋动物因缺氧而窒息死亡; (3) 有些赤潮生物体内及其代谢产物含有生物毒素, 引起鱼、贝中毒或死亡。如链状膝沟藻 (Gonyaulax catenella) 产生的石房蛤毒素就是一种剧毒的神经毒素; (4) 居民通过摄食中毒的鱼、贝类而产生中毒。目前已知的赤潮毒素有麻痹性贝毒、神经性贝毒和泻痢性贝毒等三大类。受赤潮灾害严重的日本, 在1980年就成功地开发了预测赤潮发生的生态动力学模型。其关键在于搞清楚代表赤潮的生物种与浮游动物、生态环境要素和制约因子之间的动力学关系。我国学者马玉梅等对引发赤潮的主要生物———海洋浮游微藻与环境因子进行分析, 建立赤潮生物密度与环境因子 (包括水温、溶解氧、盐度、总氮、可溶性无机磷、浮游植物密度等) 的人工神经网络的赤潮预报模型。廖欣星分析了与赤潮发生紧密相关的物理、化学、生物以及海流与天气等因素, 应用非线性微分方程理论和计算机数值模拟技术, 探讨了赤潮发生的条件与原因, 阐明赤潮爆发的内部机理, 建立了多种群赤潮的非线性动力学生态模型。富营养化是指生物所需的氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河口、内湾, 引起藻类大量繁殖、水体溶解氧量下降、水质恶化的现象。实际上海区补充大量营养物质是引发赤潮的物质基础, 对水体富营养状态的监测, 建立生态动力学模型, 将有助于防止赤潮的发生。章守宇等根据抗州湾水质监测浮游植物的调查资料, 应用营养状态指数、生物多样性和相似性指数等概念, 分析了杭州湾的富营养化以及浮游植物多样性等问题。章守宇等运用模糊集合论中的权距离概念结合隶属度的模糊评价方法, 以化学耗氧量、总无机氮、活性磷酸盐和生物学参数叶绿素a为指标, 对浙江北部沿海的富营养化状况进行了评价。

2. 养殖水体自身污染

随着水产养殖的工厂化, 水产养殖业大规模地向高密度、集约化发展。由于生产操作不规范, 饵料大量残留、鱼类排泄物、死亡动植物、药物残留等, 给养殖水体造成严重污染, 导致各类有益水生生物和菌群被杀灭, 养殖水域生态环境严重失衡。如何控制污染, 提高水质的质量, 成为渔业管理部门与水产养殖者关心和研究的热点。养殖水体自身污染问题是海洋生态系统动力学研究内容之一, 李清禄等通过试验比较了联合使用聚合硫酸铁 (poly ferric sulfate, PFS) 、聚二甲基二烯丙基氯化铵 (polydimethyldiallylammonium chloride, PDM-DAAC) 和EM菌 (effective microorganism, EM) 净化鳖池水体的效果, 据此建立了各种净水方法影响养殖水体水质各环境因子的最佳数学模型。房英春等叙述了中、外养殖水体污染治理的现状, 简要分析了我国养殖水体污染的作用机理, 探讨了养殖水体污染的生态和化学修复方法。

3. 养殖容量

养殖容量是指单位水体内在保护环境、节约资源和保证应有效益的各个方面都符合可持续发展要求的最大养殖量。在“养殖为主, 捕捞加工并举”的渔业方针指导下, 我国水产养殖面积不断扩大, 养殖密度不断提高。养殖容量的研究是探讨养殖种类与其饵料生物以及环境因子生态作用关系, 通过模拟养殖种类的生态过程, 估算其环境最大容纳量, 是海洋生态系统动力学重要研究内容之一。卢振彬等通过对泉州湾与厦门大嶝岛海域的叶绿素a、初级生产力、生态效率、浮游植物有机碳含量、养殖贝类有机碳含量及其含壳重与鲜组织重比值、潮间带和潮下带及吊养区附着滤食性动物现存量等的调查和检测, 应用营养动态模型、沿岸能流模型估算贝类的生态容量及扣除野生滤食性动物的现存量来估算贝类养殖容量。还采用方建光模型估算贝类养殖容量, 并采用统计分析法估算贝类及其各品种的适养面积。并采用统计分析法估算贝类及其各品种的适养面积。以控制该海域贝类的养殖量和对各种贝类养殖量进行优化配置。陈祖峰等根据同安湾水质、污染源调查数据及相关研究结果。以COD为污染因子, 建立收支养殖容量模型。并从同安湾污染物容纳量的角度对同安湾的牡蛎养殖容量进行综合估算。方建光等通过计算单位面积的初级生产量生产的有机碳供应量、单位面积滤食性附着生物量及其对有机碳的需求量, 对桑沟湾栉孔扇贝养殖容量进行了估算。

二、海洋渔业

1. 海洋渔业资源合理利用

根据FAO最近完成的评估报告, 在200多种传统渔业资源中, 目前已有35%处于过度开发状态, 25%处于充分开发状态, 40%处于轻度和中度开发状态。目前已充分开发的种类有大鳞油鲱, 东北大西洋的玉筋鱼, 中东大西洋的沙丁鱼、绿青鳕、挪威长尾鳕、蓝鳕、牙鳕、欧洲无须鳕等。目前已开发过度的种类有大西洋鳕、黑线鳕、西北太平洋的太平洋鲱、大头鳕、东北大西洋的角鲨和东北大西洋的长鳍金枪鱼等。因此以上渔业资源尤其近海渔业资源的有效管理与合理利用, 成为当今世界共同关注的课题之一。目前国际上正在开展的全球海洋生态系统动力学 (GLOBEC) 科学计划共4项, 其中3项就是如何有效管理和利用渔业资源, 进而维持海洋生态系的平衡开展的。即: (1) 小型中上层鱼类与气候变化 (SPACC) 计划的主要目标是了解并最终预测由气候变化引起的海洋生态系统鱼类生产力的变化, 从而为中上层鱼类合理利用提供科学依据。它具体包括: (1) 过程研究。通过对不同生态系统的标准化测量的比较研究, 推断鱼类种群动态和海洋气候间的因果关系。 (2) 回溯研究。其核心项目有5个方面:幼鱼和仔鱼的体重日增长;浮游动物的日产量;水体环流和垂直结构;最基本的海洋监测系统 (沿岸监测站、卫星等) ;综合以上各项内容的数值模拟。 (2) 鳕鱼与气候变化 (CCC) 计划, 其主要目标是进一步了解和预测鳕鱼资源补充量短期 (年度预报) 和长期 (气候影响) 变化。 (3) 气候变化与容纳量 (CCCC) 计划。其主要目标就是研究长时间尺度气候变化对高营养级鱼类综合丰度的影响, 以及低营养级生物的反应。由此可以看出全球海洋生态系统动力学 (GLOBEC) 科学计划的开展与研究成果对海洋渔业资源的合理开发与管理具有重要的现实意义。在国内, 唐启升院士率先开展了全面的海洋生态系统动力学研究。他对我国近海尤其是黄海、渤海海洋生态系进行了研究, 其中大多数研究项目与黄渤海渔业资源合理利用有关。例如, 食物网资源关键种能量转换与可持续管理模型就主要研究浅海陆架生态系统高营养层次渔业种类营养动力学特征。它包括三方面: (1) 高营养层次营养动力学特征及生物生产机制。该研究发现了低营养级的鱼类有较高的生态转换效率, 而高营养级鱼类的生态转换效率则较低的规律。这对认识海洋生态系统生物, 生产动态特性及资源补充机制有重要的理论与实践意义, 否定了国际上根据“Fishing down marine food webs”断定海洋渔业开发方式是不可持续的认识的偏面性。根据这个发现, 提出了我国渔业可采用不同于“欧美国家追求顶层获取”的可持续利用与管理策略, 为我国渔业指出了一个适合中国国情的发展方向。 (2) 鳀鱼早期生活史与重要生物资源种群动力学特征。该研究基本查明鳀鱼、带鱼、小黄鱼、鲐鱼、蓝点马鲛、玉筋鱼和鹰瓜虾等多种重要资源种类种群动力学参数, 建立了鳀鱼和带鱼亲体与补充模型, 评估了鳀鱼等渔业可持续产量。这些研究为制定我国负责任渔业管理制度的技术措施提供了具体的科学依据, 如带鱼亲体—补充机制的研究就直接证明了伏季休渔制度的作用。 (3) 高营养层次群落生态结构、种群遗传结构和资源可持续管理模型。该研究从基因水平上研究了黄海、东海蓝点马鲛、鳀鱼、小黄鱼等8种石首鱼类、带鱼、小带鱼和鲈鱼及12种鲆鲽类的种群遗传结构、系统进化和种群划分, 探讨了我国近海渔业的无序与过度开发对主要渔业种类遗传变异的影响, 为保护和恢复近海渔业生物多样性提供了科学依据。该研究提出了鳀鱼定量管理模型, 为国家制定定量管理措施, 实施配额捕捞提供了较科学的理论依据。

2. 大洋渔业资源开发

我国近海传统渔业资源严重衰退, 积极开拓远洋渔场已成为渔业界的共识。海洋生态系统动力学的重要理论对开发远洋渔场具有现实指导意义。例如, 通过研究大洋的物理过程与生物耦合机制: (1) 分析洋流年间的大中尺度变化对大洋生态系高营养级种类分布与洄游的影响; (2) 根据大洋的海底环境与洋流的相互作用机制以及渔获量变动情况分析大洋渔业种类 (如金枪鱼、鱿鱼等) 的渔场形成机制; (3) 根据海洋生态系统动力学理论, 分析大洋渔业种类与叶绿素、水温、盐度等环境因素的关系, 运用卫星遥感等高科技手段, 通过解析环境因素的变动情况来研究渔场的形成机制和变动规律; (4) 分析大洋局域生态系的能量流动与营养动力学关系, 研究大洋渔业种类的数量变动规律。当前全球海洋生态系统动力学 (GLOBEC) 科学计划中南大洋动物种群与气候变化 (SO—GLOBEC) 计划, 就是主要以资源蕴藏量约1亿t的大洋渔业资源———南极磷虾为研究对象而开展的, 该计划包括以下研究内容: (1) 与自然环境相关的南极磷虾越冬方式的地区差异; (2) 所选定的浮游动物种群的动态变化。包括海冰上的和水层中的浮游物种; (3) 磷虾的主要捕食者的种群动态, 包括海冰上的和水层中的物种; (4) 紫外线辐射对浮游动物动态变化的影响。这些研究无疑会对南极磷虾的资源开发与利用具有积极意义。我国进行的大洋性渔业种类海洋生态系统动力学研究很少, 部分学者只是进行了初步研究:主要有樊伟等基于贝叶斯原理的大洋金枪鱼渔场速预报模型研究, 陈新军、尹增强等阿根廷滑柔鱼渔场与环境因子关系研究, 杨晓明等基于海洋遥感的西北印度洋鸢乌贼渔场形成机制的初步分析。

三、结束语

系统动力理论第4篇

目前,国内外学者应用生态位理论对企业竞争以及高校学科建设进行了初步的研究。其中,文献基于生态位理论对高校学科间的协同进化进行了研究;文献从企业生存力、发展力、竞争力三个层面提出了企业生态位能力的量化评价方法;文献将生态位理论应用于企业竞争战略方面进行了研究;文献借用生态位理论对中国企业间的过度竞争行为进行了分析;文献借鉴生态位理论,对高校学科核心竞争力进行了评价并对我国高校进行了类型划分。上述学者所进行的研究,目前大多基于生态位理论定性研究企业和高校学科间的竞争,相应的理论模型与仿真研究尚不多见。本文基于生态位理论,运用系统动力学,对高校学科间的竞合进行深入研究,以实现生态学与高校学科竞合在思想、理论与方法上的有机统一。

一、基于生态思想的高校学科竞合分析

与自然生态系统不同,高校学科系统始终受到由社会生态、自然生态和价值生态三大部分组成的社会环境、自然环境和规范环境的影响与制约。在该系统中,不同学科的目标相异、利益相异,学科之间既相互独立又彼此联系,众多学科的行为和各种环境因素相互耦合,从而导致在学科系统内部不同学科之间产生了错综复杂的系统行为,或适者生存,或协同进化,而学科系统就在与综合环境的交流与互动中演进和发展。

当前,高校学科间的横向联系与渗透不断加强,学科的综合发展与交叉融合趋势已逐渐占据主导地位。伴随着学科的综合发展与交叉融合,学科间的竞争与合作已成为高校学科生存、发展与演化的重要特征。鉴于高校学科发展资源的有限性,学科之间的竞争不可避免。高校中学科间的竞争是学科存在的一种客观状态,是高校优化资源配置、激发学科发展活力以及学科系统协同进化的必要方式。但是,学科间的竞争不是高校学科系统发展与演化的目的,只有协同进化、同生共荣的学科竞合才是学科竞争的本质。从学科生存、发展与演化这三个角度来分析高校的学科竞合,主要可以体现为如下三个方面:

(一)学科的自我发展

在学科系统中,作为个体的学科,为在学科系统中得以生存与发展,需要不断的学习和实践,不断更新自身,并按照一定的学科发展规律进化。

(二)学科间的相互竞争

在学科系统中,学科个体的差异导致相互竞争,相互竞争促进学科个体的自我发展。同时,学科间相互竞争的结果还导致学科生态位的分化,学科生态位的分化使得学科的共生得以存在,共生促进学科系统的稳定发展。

(三)学科的协作共生

学科的协作共生,是指作为有机体的学科之间的相互依存、相互制约和相互协调的关系。其中,学科间的相互依存促进学科系统稳定发展,相互制约和相互协调提高整个学科系统的资源利用效率、增强系统自生活力并实现学科系统的持续发展。

由此可见,高校中学科间的竞合是高校中学科存在的一种常态。其典型特征为:

首先,学科间的合作式竞争,不但共同服务于高校三大功能的实现及核心竞争力的形成,而且支撑着高校中各学科所呈现出的独特性、多样性和稳定性,并由此形成了相互竞争、相互合作和互惠共存的学科协同进化系统;

其次,学科间的合作式竞争表明,在高校中,囿于各学科的禀赋不同,学科生存、发展与演化所需的资源不同,但每个学科的生存、发展与演化对其他学科的生存、发展与演化都具有促进的作用;

最后,学科间的合作式竞争,是沟通学科系统内部各要素之间、学科系统与外部环境之间的资源流转渠道,是高校拓展环境空间,寻找和开发不同学科资源,避免过度依赖共同学科资源的重要渠道。

二、学科竞合的系统动力学模型构建

据上述分析,可以将高校学科生态位定义为,学科生态位是基于高校学科系统的资源特性和内部性质与能力的,对学科的生存、发展与演化水平的一个客观定位。在高校学科系统中,每个学科均有自己相应的生态位,学科的竞合表现为学科生态位的竞合。其理由有三:

(一)学科竞合的起因——生态位重叠

当两个学科利用或共同占有同一资源变量时,就会出现生态位重叠现象,即有一部分资源和生态空间被共同占有,学科竞争就成为学科生态位竞争的主要体现,共处于同一生态环境内的学科之间,竞争程度愈加激烈。

(二)学科竞合的过程——生态位扩展

在高校学科系统中,某学科个体当遇到其他竞争学科的入侵时,就会限制生存空间,压缩生态位宽度,稳定在可提供最适资源空间范围内,由此产生学科生态位的压缩,同时,学科会逐步利用和占有以前不能被其所汲取的资源因子和环境空间,使生态位空间得以扩大,从而产生学科生态位的迁移。

(三)学科竞合的结果——生态位的协同

高校学科系统的进化不仅取决于单个学科的进化行为,而且还取决于竞争对手的进化行为,通过合作式竞争与资源共享、在竞争与合作的相互作用中达到动态平衡和产生新质,形成相对稳定、协调共生的协同进化系统。高校学科的发展与演化最终结果是从竞争走向合作,每一学科个体在保持自身学科相对独立生态位的基础上,发挥各自优势,在更高层次上寻找、选择和优化学科生态位,以实现学科的协同进化。

依据上述对学科生态位特征以及学科竞合的分析,可以构建学科竞合的生态位模型,如式(1)所示。

式(1)中:

x1(t)表示学科A的发展水平,x2(t)为学科B的发展水平;

r1、r2分别表示学科A和学科B的内秉增长率;

N1、N2分别表示学科A和学科B的生态位;

δ1为学科B对学科A的学科影响系数,且δ1>0,δ2为学科A对学科B的学科影响系数,且δ2>0;

根据式(1)可以构造学科竞合的系统动力学模型,如(图1)所示。

三、学科竞合的系统动力学模型仿真分析

本文采用Vensim软件,以两学科的竞合为例,对学科竞合的系统动力学模型进行仿真分析。多学科间的竞合与此类同,在此不做详细分析。

设某高校有处于竞合关系的学科A和学科B,其中,学科A的生态位宽度大于学科B,学科A对学科B的学科影响系数=0.3,学科B对学科A的学科影响系数=0.5,两学科在初始状态时,均以相同的发展速度增长,在此设为r1=r2=0.25。

模型仿真的参数为:高校学科的资源总量参数为10000个单位,其中学科A与学科B的资源总量均为5000,模拟时钟为100个单位,仿真结果如(图2)和(图3)所示。

针对(图2)、(图3)分析可知:

(1)学科A与学科B的资源获取总量均超出了自身的资源总量(5000),学科A获取的资源最高值为8800,超出了76%,学科B获取的资源最高值为7650,超出了53%,说明这两个学科在竞合关系下,学科互相支持,能够获取额外的资源,学科间的竞合有利于促进学科的共同发展与演化。

(2)学科A的发展速度高于学科B的发展速度,学科A的资源占有速率最高值出现在模拟时钟为50时,为560,学科B的资源占有速率最高值为468,时钟也为50时。学科B对学科A的影响系数比较高,为0.5,在高校中,学科生态位宽度的大小决定了学科未来发展的程度与演化的方向。这就类似于高校中的优势学科(类似于学科A)与其他学科(类似于学科B)间的竞合状况。

(3)每一学科经过形成阶段的初步发展以后,开始步入正轨,进入到了发展阶段。此时,伴随着新学科的积极参与,学科规模快速增长,远远超过形成阶段时的规模。随着新学科的加入,学科之间的竞争与合作逐渐增强,学科结构上的各个环节逐渐得到补缺,学科结构开始趋向完整,学科竞合的动态平衡系统开始形成。

四、结论

在动态竞争环境下,高校要实现学科生态平衡状态,学科之间必需相互竞争、相互协作和协同进化,惟其如此,每一学科才能在提升自身学科发展水平的同时,积极主动的参与到其他学科的发展中,在竞争与合作的相互作用中达到动态平衡,形成相对稳定、协调共生的协同进化系统。学科的竞合,是高校学科生存、发展与演化的主方向。

摘要：本文从生态位角度剖析了高校学科竞合的生态内涵,在此基础上构建了高校学科竞合的系统动力学模型,并运用Vensim软件对学科竟合的系统动力学模型进行了仿真研究。本研究旨在寻求高校学科竟合的理论与模型支撑,以实现生态学与高校学科竞合在思想、理论与方法上的有机统一。

关键词：学科,竞合,生态位

参考文献

[1] 安树青.生态学词典[M].东北林业大学出版社,1994．

[2] 王梅.基于生态原理的学科协同进化研究[D].天津大学管理学院,2006．

[3] 万伦来.企业生态位及其评价方法研究[J].中国软科学,2004,1．

[4] 林晓.基于生态位理论的企业竞争战略分析[J].南京林业大学学报(人文社会科学版),2003,3．

[5] 纪秋颖,林健.基于生态位理论的高校核心能力评价方法研究[J].中国软科学,2006,9．

系统动力理论第5篇

Steel industry is one of the energy intensive industries in China, and is responsible for the country’s 15%of the total energy consumption and corresponding carbon dioxide emissions.Iron and steel production consumes a large quantity of coal, especially in China at its early stage of industrialization where outdated inefficient technologies are extensively used to produce iron and steel.High energy demand during industrialization transition period and rapidly rising energy price due to resource scarcity and potentia government policy adjustment are two challenges for steel industry The dynamic condition allows us to use some tool which can capture the above features and the interrelationships among them.

1. PROBLEM BACKGROUND

The Chinese steel industry is one of the high energy-intensive industries;the energy problems in steel industry became serious in recent years.Three major issues are of special concern.

1.1 R a p i d D e v e l o p m e n t o f S t e e l I n d u s t r y a n d Correspondingly High Energy Demand

1.2 Dependence on Coal and Electricity and Problematic Price Increase

1.3 Transition Problem

Rapidly increasing steel demand leads to high energy demand while continuous increasing energy price will lead to high energy expense.The system has already entered into a so-called“transition period”as a result of industrialization transition and price increase since 1980.The transition period will terminate when China has entered the maturity period of industrialization.During this transition period, the steel industry may have to invest more on energy efficiency technology, adjust the steelmaking process structure in order to reduce energy use and expense.

Two main solutions are studied in this research to ease the transition problem:

-Developing Energy Effi ciency Technology

“Energy efficiency technology”here refers to efficient utilization of natural resource, waste water, heat and gas recycling, continuous casting, reducing ore to steel ratio and hot metal to steel ratio and any measure that can reduce energy consumption for steel making.

-Improving Steelmaking Process

Electric arc furnace (EAF) using scrap is a process in which the coke production and pig iron production are omitted, resulting in much lower energy consumption.EAF develops quickly with the development of steel industry, but the share of EAF increases slowly Only suffi cient scrapped steel resource can ensure the possibility of developing EAF, because the increase of EAF production capacity is always limited by scrapped steel resource in China.Cumulative steel decides the source of the scrapped, while the obstacle for developing EAF is lack of scrapped steel resource.EAF in this research is regarded as an energy effi cient way of steelmaking.The substitution among different steelmaking ways is another focus of the research the adjustment dynamics is investigated.

2. REFERENCE MODE

The time horizon for the model is set at 120 years (from 1980to 2100) .Such a long time period could refl ect the predicted whole industrialization period which is one driving force behind energy demand for steel industry, showing how steel industry responds and acts during this transition period.

Steel demand increases significantly with the rapid economic development in China during recent years.It is a driving force behind energy demand.Although the energy price increases as well the energy cost is somehow offset by the improvement of energy effi ciency technology.As a result, the cost increases slowly, which can not prevent the rising trend of energy demand.Secondly, energy demand infl uences the energy consumption directly, which is closely related to the country’s energy conservation.

The energy expense is directly infl uenced by the energy price variation and energy consumption (In this particular model, to simplify the model structure, we assume that energy consumption is a delay of energy demand.) .The energy demand will eventually decrease responding to the decreasing steel demand after the transition period.However, if the energy price continues to increase and due to low potential for the improvement of energy effi ciency in a long run, the expense may not decrease as fast as energy demand Increase of energy expense does create a fi nancial problem for stee industry, exerting pressure on the production cost of steelmaking.

3. RESEARCH METHODOLOGY

The research is about an energy intensive industry.Such an industry in China is complicated by interrelated nature of the elements.System Dynamics is a computer-aided approach fo analyzing and solving complex problems with a focus on policy analysis and design.It is a methodology for studying and managing complex feedback systems.The elements described in the above paragraph have feedbacks among each other;one can not study the link between one factor to the other or in the opposite way independently and predict how the system will behave.Only the study of the whole system as a feedback system will lead to correc results.

4. MAJOR MODEL ASSUMPTIONS

All models are wrong.Models are only valid under certain assumptions.Such assumptions and exclusions can radically reduce the size of the model and help to achieve simplicity and clarity.

Once the problem has been identifi ed and characterized over an appropriate time horizon, a dynamic hypothesis can be formulated accounting for the problematic behavior.

When energy price rises and steel demand increases during the economy transition (modeled as reference steel demand) high energy expense and energy demand are the direct results from the above causes.Energy price and CO2 emission from energy consumption act as two incentives for the steel industry to develop energy effi ciency technology.In addition, increasing stee demand lead to more scrapped steel resource which promotes the development of more energy effi cient way of steelmaking, namely EAF.By raising the proportion of EAF, energy effi ciency is furthe improved and CO2 emission problem will be well eased.

5. Policy Development

Policies here are categorized into two kinds:energy effi ciency t e c h n o l o g y d e v e l o p m e n t p o l i c y a n d s t e e l m a k i n g p r o c e s s improvement policy.

-ENERGY EFFICIENCY TECHNOLOGY DEVELOPMENT POLICY

With respect to energy tax, the government in China so far has not levied carbon tax, namely the CO2 tax.Besides the carbon tax, the energy tax, which is called resource tax in China, is levied at a low rate compared to its real price.While the government thinks that the current energy price can not refl ect its economic value and scarcity of natural resources, pollution tax aiming at reduce CO2 is scheduled to be levied and even higher resource tax rate is going to be raised in the near future.

In the real world, the importance of incentives for the steel industry to develop energy effi ciency technology varies in terms of different time period or government policies.If the incentive from energy price increases rather rapidly in the future due to resource scarcity or market supply and demand, policies related to energy tax may become more effective.

-STEELMAKING PROCESS IMPROVEMENT POLICY

Among all three steelmaking process, EAF is regarded as the one that promotes energy conservation and environmental protection Scrapped steel mainly comes from the recycling of depreciated social capitals;the cycle period is around 18 years in China.Taking the loss and recycling rate of the current level into account, the situation described in the former section will be greatly eased in 10to 15 years.Besides the gradual increment of depreciated steels, the steel industry can raise another technical factor:the scrapped steel recycling rate.The recycling rate has been kept around 40%in the past 2 decades, while this technical parameter in developed countries is high.This condition indicates China has large potential to raise this technical parameter.

The policy at this stage aims to raise the proportion of EAF among steelmaking process.Raising the recycling rate is the main policy of improving steelmaking process for this particular model.Such a technical improvement needs more attention from the industry, and the government may need to make relevant regulations to help the industry recycle more scrapped steels from social capitals.

6. CONCLUSIONS AND IMPLEMENTATIONS

Energy taxes, based either on carbon content or particular fuels would allow energy users to trade off the relative merits of paying the penalties versus adopting new kinds of energy or technologies to limit scarce and carbon intensive energy use and avoid carbon emissions.

The effect of energy tax is little both in energy conservation and in limiting CO2 emission in this particular model;on the contrary, the expense is high.

Policies related to subsidy can achieve good results with low expense in this particular model.

Raising EAF proportion is a focus that has been concerned about during recent years due to continuously increasing iron ore price and sustainable development.China has large potential to raise its recycling rate compared to the level of advanced steelmaking countries.The policy may take a long time to see the effect, but it can be developed quickly compared to the energy efficiency technology due to low advancement cost.Thus it is worthwhile and beneficial for the steel industry to invest more on recycling technology and adjust its steelmaking way.

高速电机转子动力学理论与实践第6篇

关键词：高速,电机,转子,动力学,动平衡

0 引言

与传统的电机相比, 高速电机具有结构简单、运行可靠、体积小、质量轻、损耗少、效率高等优点, 随着材料、设计、制造水平的提升, 高速电机在现代工业上得到越来越广泛的应用。其中转子设计、制造是高速电机的关键之一, 本文主要从高速转子的设计、制造理论, 转子动平衡的方法, 某型号高速电机转子动力学计算, 该转子的低速动平衡, 电机试验结果, 来叙述高速电机转子动力学理论及实践。

1 高速电机

1.1 高速转子设计、制造理论

挠性转子上平衡量的分布比刚性转子上不平衡量的分布有更重要的意义, 因为它对挠曲振型的激励具有重要影响, 因此需尽量减少转子的原始不平衡量。转子的设计将显著地影响不平衡量的大小与沿转子轴线的分布。因此在设计上应尽可能地使转子上的质量对转轴轴心对称分布, 其离心力互相平衡, 尽量减少设计原因造成的转子原始不平衡量偏大。

在转子制造阶段, 材料、加工、装配均可影响转子的原始平衡量。因此在高速电机转子制造时应尽可能地保证:转子各部件材料内部质量分布均匀;转轴、转子铁心、叶轮等所有部件加工精度;所有部件装配后应尽可能地与转轴同心。通过以上方法最终保证原理不平衡量。

1.2 转子动平衡方法

转子的平衡是指检查并调整转子质量分布, 以保证在对应的工作转速频率下, 剩余不平衡或者轴颈振动和作用于轴承的力在规定限值内的工艺过程。转子的平衡通常采用动平衡机校验。转子的动平衡工艺根据转子刚性/ 挠性主要分为两种。

刚性转子其不平衡随转速没有明显变化, 仅合成不平衡和合成平衡矩超出规定的限值, 且在转速范围内转子所有的质量单元的相互位置保持足够恒定的状态。该转子的动平衡一般可通过任意选择的两个平衡面进行低速动平衡校正。

挠性转子通常情况下要求在高速下进行多面平衡, 其基本方法主要为振型平衡法和影响系数法。根据GB/T6557 挠性转子机械平衡的方法和准则, 在某些特殊情况下高速转子也可采用低速动平衡, 我公司某型号的高速永磁电机转子即采用该方法。下面以该电机为例进行动力学分析、动平衡及试验。

1.3 某高速转子动力学计算

高速转子临界转速可以采用传递矩阵法进行计算, 但相关参数难以准确求取, 计算结果存在误差, 因此精确的计算需要采用有限元分析软件进行计算, 常采用的是Dyrobes的Dyrobes_Rotor或ansys分析软件, 该计算结果可以为动平衡提供指导意义。公司某型号的高速永磁电机转子重85kg, 额定转速21000r/min, 图1 为该高速电机转子模型。

采用Dyrobes_Rotor对该转子系统进行临界转速分析, 其第一阶、第二阶、第三阶无阻尼临界转速分别为7681r/min、12637r/min、3477r/min。对于无阻尼临界转速分析主要用于确定转子各阶振型以及临界转速的大概区间。如图2 ~ 4 所示。

由转子动力学分析结果可知该转子的一阶、二阶振型近似为直线, 应为刚体的平动或摆动, 转子的三阶临界转速为弯曲振型, 而该电机工作转速为21000r/min, 避开了转子一、二界临界转速, 且在第三阶弯曲临界转速以下, 所以该转子考虑采用低速动平衡。

1.4 转子动平衡过程

1) 检查并清理转子各零部件上的灰尘、铁屑等异物, 以防止影响后续动平衡。

2) 对各零部件上低速动平衡机进行低速动平衡, 每个零件先粗校动平衡再精校动平衡, 以确保其剩余不平衡量在允许范围内。

3) 将转子铁心安装至转轴上, 且转子铁心与转轴同心度符合要求, 然后对转子铁心进行低速动平衡, 直至剩余不平衡量在允许范围内。

4) 将叶轮安装至转子上, 且叶轮与转轴同心度、端跳符合要求, 如不符合要求应对叶轮进行调整或更换叶轮, 然后对叶轮进行低速动平衡, 直至剩余不平衡量在允许范围内。

1.5 电机实验

转子动平衡后进行组装, 电机组装完成后上试验台进行出厂试验。其振动测试结果为振动速度最大为2.1mm/s, 振动幅值最大为23.9μm, 其结果符合API617中振动测试标准要求。因此该转子采用低速动平衡方案是可行的。

2 结束语

本文主要针对高速永磁电机转子设计、制造的特点, 并结合我公司的一台85kg, 21000r/min实物转子动力学计算、低速动平衡、电机试验这几方面叙述高速永磁电机转子动力学计算及实践。现我公司已完成多个型号的高速电机转子动力学计算及实践, 生产了多种型号的高速电机。

参考文献

[1]徐龙祥.高速旋转机械轴系动力学设计[M].北京:国防工业出版社, 1994:185-203.

[2]GB/T6557-2009挠性转子机械平衡的方法和准则[S].

基于深水波理论的渡槽动力响应分析第7篇

渡槽在我国南水北调工程中得到了广泛的应用,其结构安全意义重大。目前,渡槽的结构分析一般采用附加质量法,分析时仅考虑液体与结构相互作用,强调液体与结构的耦合特性,忽略液体晃动及固有阻尼特性对结构的影响。当结构受到外部激励时,槽中的液体由于惯性和黏性,会对渡槽槽壁和槽底产生反向作用力,制约渡槽结构的振动,对结构的抗震起了重要作用。因此,在进行渡槽动力响应分析时,考虑液体晃动阻尼效应的影响是十分有必要的。

1渡槽内液体晃动阻尼深水波理论

1.1深水波理论在渡槽中应用

渡槽结构与调谐液体阻尼器在结构上具有相似性,故分析时液体的晃动规律作文献[1]假定:①渡槽中的液体是理想液体,不可压缩的和无黏滞的,在结构反应的驱动下只作无旋运动;②渡槽中液体与槽壁间无摩擦和黏附作用;③渡槽中液体的波浪运动是微幅和缓慢的;④只考虑槽内液体横向流动的影响;⑤不考虑槽身变形对液体晃动的影响。

设渡槽中水运动坐标系如图1所示,取静止水面最左点为坐标原点,x轴与液面平行,y轴与液面垂直,z轴垂直于xy平面,并指向水流方向,槽内水深为h,液体晃动波高为η。

考虑槽内液体横向流动对结构响应的影响,对于不可压缩、无黏滞性和作无旋运动的流体,由流体动力学的连续性条件可知,流体速度势函数满足拉普拉斯方程:

$\nabla^{2} ϕ (x, y, t) = \frac{\partial^{2} ϕ}{\partial x^{2}} + \frac{\partial^{2} ϕ}{\partial y^{2}} = 0 (1)$

式(1)为渡槽按深水波理论得到的流体速度势函数基本方程。

考虑以下初始及边界条件:

(1)不考虑渡槽中水在渡槽浸润面产生的渗透,在水与渡槽壁接触面法线方向上速度分量相等:

$\frac{\partial ϕ}{\partial ϕ x} | = x_{0} & (t) (2)$

(2)在渡槽底面y=-h处,水与渡槽底接触面法线方向上速度分量相等:

$v |_{y = - h} = \frac{\partial ϕ h}{\partial ϕ y} |_{y = - h} = 0 (3)$

(3)在液体自由表面,流体满足运动学条件和动力学条件,两式消去波高得到只关于速度势函数的关系式,由微幅波理论可描述如下:

$\frac{\partial^{2} ϕ}{\partial t^{2}} + g \frac{\partial ϕ}{\partial y} = 0 (y = 0) (4)$

(4)渡槽中水速度势函数的初始条件为:

$ϕ |_{t = 0} = 0, \frac{\partial ϕ}{\partial t} |_{t = 0} = 0 (5)$

由式(2)～(5),求方程(1)得到渡槽基于深水波理论的流体速度势函数基本解:

$\begin{array}{l} ϕ (x, y, t) = \\ - \sum_{i = 1, 3, 4, \dots}^{\infty} \frac{4 a}{i^{2} π^{2}} \dot{χ}_{i} (t) \frac{\cosh \frac{i π (y + h)}{a}}{\cosh \frac{i π h}{a}} \cos \frac{i π x}{a} - \dot{x}_{0} (t) (\frac{a}{2} - x) (6) \end{array}$

式中: $\ddot{χ}_{i} (t)$ 为液体晃动广义坐标; $\dot{x}$ 0(t)为液体横向流动速度。

考虑流体具有一定的黏滞性[2],χ(t)应满足方程(7):

$\ddot{χ}_{i} (t) + 2 ζ_{i} ω_{i} \dot{χ}_{i} (t) + ω_{i}^{2} χ_{i} (t) = - \ddot{x}_{o} (t), (i = 1, 3, 5, \dots) (7)$

其中,ζi反映渡槽中水的黏滞性对χ(t)影响的黏滞阻尼比,ζ=0.05,ωi为渡槽中水晃动的第i阶自振频率,按式(8)取值:

$ω_{i} = \sqrt{\frac{i π g}{a} \tanh \frac{i π h}{a}} (8)$

1.2渡槽中水晃动波高与动水压力

根据速度势函数(1)及自由液面运动边界条件(2)～(3)式,得渡槽水晃动波高:

$η = - \frac{1}{g} \frac{\partial ϕ}{\partial t} |_{y = 0} (9)$

将速度势函数(1)代入(9)式中得:

$\begin{array}{l} η = \\ \frac{1}{g} [\sum_{i = 1, 3, 5, \dots}^{\infty} \frac{4 a}{i^{2} π^{2}} \dot{χ}_{i} (t) \frac{\cosh \frac{i π (y + h)}{a}}{\cosh \frac{i π h}{a}} \cos \frac{i π x}{a} + \dot{x}_{i} (t) (\frac{a}{2} - x)] (10) \end{array}$

根据线性化伯努利方程及由自由液面上的动力边界条件(4)～(5)式可以得到水晃动的压力,再将压力作用沿结构面积分得到水体的控制力为:

$\begin{array}{l} p_{w} (x, y, t) = - ρ \frac{\partial ϕ}{\partial t} = \\ ρ [\sum_{i = 1, 3, 5, \dots}^{\infty} \frac{4 a}{i^{2} π^{2}} \dot{χ}_{i} (t) \frac{\cosh \frac{i π (y + h)}{a}}{\cosh \frac{i π h}{a}} \cos \frac{i π x}{a} + \dot{x}_{i} (t) (\frac{a}{2} - x)] (11) \end{array}$

2基于深水波理论的数值实现

2.1液体晃动的广义坐标算法

渡槽基于深水波理论方法是以线性波理论为基础,由液体速度势函数推导而来,可以得到流体任意一点处的动水压力,从其速度势函数推导出的流体控制方程来看,该问题的求解转化为对式(7)的求解,可以看成地震作用时的液体运动方程,其中χi为液体晃动第i阶广义坐标。该方程是二阶常微分方程组,采用Newmark算法求解该问题,令:

$\begin{array}{l} \ddot{χ}_{t + 1} = \frac{1}{α Δ t^{2}} (χ_{t + 1} - χ_{t}) - \frac{1}{α Δ t} \dot{χ}_{t} - (\frac{1}{2 a} - 1) \ddot{χ}_{t} (12) \\ \dot{χ}_{t + 1} = \dot{χ}_{t} + (1 - β) Δ \ddot{χ}_{t} + β Δ t \ddot{χ}_{t + 1} \end{array}$

代入液体运动方程式(7),得到t+1时刻的运动方程:

$[\bar{Κ}] {χ_{t + 1}} = {\bar{Ρ}_{t + 1}} (13)$

式中 $[\bar{Κ}] = [Κ]_{W} + a_{0} [Μ]_{W} + a_{1} [C]_{W} ‚ {\bar{Ρ}_{t + 1}} = [Μ]_{W} (a_{0} {χ_{t}} + a_{2} {\dot{χ}_{t}} + a_{3} {\ddot{χ}_{t}} - \ddot{x}_{0, t + 1}) + [C]_{W} (a_{1} {χ_{t}} + a_{4} {\dot{χ}_{t}} + a_{5} {\ddot{χ}}) ‚ [Κ]_{W} = [ω_{i}^{2}] ‚ [C]_{W} = [2 ζ_{i} ω_{i}] ‚ [Μ]_{W}$ 为与[K]W,[C]W同阶的单位矩阵 $a_{0} = \frac{1}{α Δ t^{2}} ‚ a_{1} = \frac{β}{α Δ t} ‚ a_{2} = \frac{1}{α Δ t} ‚ a_{3} = \frac{1}{2 α} - 1 ‚ a_{4} = \frac{β}{α} - 1 ‚ a_{5} = \frac{Δ t}{2} (\frac{β}{α} - 2) ‚ α = 0.25 ‚ β = 0.5$ 。

将液体晃动广义坐标关于时间离散,取离散时间步长与结构时程分析时间步长相同,按以上方法迭代可得到每个时间步中液体晃动的广义坐标。

2.2动水压力计算与等效结点荷载转换

将液体运动任意点的动压力函数关于时间离散,取离散步长与液体晃动广义坐标离散时间步长相同,再将液体晃动的广义坐标代入液体运动压力函数中,得到t+1时刻液体任意一点处的液体动水压力。利用静力等效原则将分布体力和分布面力移植到节点上,得到等效节点荷载{F}。代入方程(13)中,得到基于深水波理论的渡槽结构的动力学方程:

$[Μ] {\ddot{X}} + [C] {\dot{X}} + [Κ] {X} = - [Μ] \ddot{x} + {F} (14)$

式中:[M]为结构的质量矩阵;[C]为结构的阻尼矩阵;[K]为结构的刚度矩阵; $\ddot{x}_{0}$ 为外界对结构的地震激励加速度;{X}、{ $\dot{X}$ }、 ${\ddot{X}}$ 分别为结构位移向量、速度向量和加速度向量。

3渡槽结构地震反应分析

3.1工程实例

漕河渡槽全长2 300 m,30 m跨多侧墙段单槽断面尺寸为6.0 m×5.4 m,边墙厚0.60 m,顶部设宽2.0 m的人行道板,中墙厚0.7 m,顶部设2.7 m宽的人行道板,边墙和中墙纵向为预应力混凝土结构。为保证预应力张拉的操作空间,各跨之间设置1.1 m宽的后浇带。支座型号按纵梁支座反力大小确定,中纵梁采用GPZⅡ17.5支座,边纵梁采用GPZⅡ12.5支座。渡槽地震基本烈度按7度计算。计算荷载考虑结构自重、预应力、静水压力、动水压力和地震荷载同时作用。根据渡槽所处的场地条件,地震波选用El-Centro波,统一将其峰值加速度调幅为0.15 g。

选用漕河渡槽其中某跨段参数建立计算模型,考虑槽身与槽墩共同作用,采用刚性基础假定[3,4],在槽墩底面按固结处理,考虑相邻跨段对本跨的影响,以附加质量形式作用于渡槽墩顶部位。以渡槽顺河向为X轴,竖直方向为Y轴,横河向为Z轴建立渡槽三维模型,整个模型由SHELL单元、BEAM单元和LINK单元构成,单元总数为8 344个,其中槽身单元4 746个,预应力钢绞线单元3 566个,支座单元24个,邻跨扰动质量单元8个,结点总数为6 880个。隔震支座采用COMBIN单元模拟,各参数以同类工程[5,6,7]中的取值为参考。有限元模型及网格划分如图2所示。

3.2不同水位下渡槽结构动力响应分析

考虑了渡槽在运营期、检修期和洪水期的动力响应,渡槽动力响应分析计算工况如下:工况1:三槽过水,设计水位(4.15 m);工况2:两边槽过水,加大水位(4.792 m);工况3:中槽过水,加大水位(4.792 m);工况4:满槽溢流,极限水位(5.4 m)。

在渡槽结构动力响应分析时,考虑结构的预应力,采用模态分析方法。各个工况中的静荷载作为瞬态动力时程分析中起始时间步的荷载考虑,设置时间步长为10-8s,在动力分析前,使用TIMINT,OFF命令关闭时间积分效应,在该时间步内对结构进行静荷载受力分析,再使用TIMEINT,ON命令打开时间积分效应进行动力时程分析,就可以将静荷载求解结果作为动力分析的初始条件。阻尼采用瑞利阻尼。采用深水波理论模型对渡槽在不同工况下的动力响应峰值及位置计算结果如表1。

结果表明,对运营期和洪水期,随着槽内水位增加渡槽结构的上部质量也增大从而使槽体上地震作用增大,各响应峰值有所增大,峰值位置没有改变。对检修期,设计水位无变化,中槽过水时的最大横向位移比洪水期的还要大,两边槽过水时的各应力峰值比中槽过水时偏大,应当引起设计单位的重视。

4结语

(1)经过分析推导在一定条件下,基于流体动力学理论的深水波理论能够被较好的应用到渡槽结构动力响应分析中,并能很好地在ANSYS有限元软件中实现。

(2)液体晃动的阻尼效应对渡槽槽身和整个渡槽的动力响应影响较大,在大型渡槽的动力分析中,必须考虑其影响。

(3)考虑液体晃动阻尼效应使渡槽结构动力响应更加接近实际情形,对实际工程具有更好的指导意义。

摘要：以流体动力学理论为基础,推导了深水波理论模型在渡槽结构中的波高与动水压力的计算公式,给出了在ANSYS有限元软件中的实现方法,并对渡槽的4种工况进行了动力响应分析。结果表明,考虑液体晃动的阻尼效应对渡槽的动力响应影响较大。

关键词：渡槽,深水波理论,液体晃动,阻尼效应

参考文献

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[2]王肇民.高耸结构振动控制[M].上海:同济大学出版社,1997.

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[4]李彦军,王贺,吴迪.大型渡槽结构抗震分析研究[J].人民黄河,2010,(1):100-102.

[5]庄中华,李敏霞.渡槽结构隔震与耗能减振控制机理的研究[J].噪声与振动控制,2002,22(2):10-12.

[6]翟泽冰,张根广,李静.大型渡槽设置隔震支座效果分析[J].长江科学院院报,2010,27(3):66-69.

系统动力理论第8篇

由于劳动年龄人口持续下降, 大量农村剩余劳动力转出, 对我国农业生产带来了极大影响。我们在全国范围内选取了一些省份进行实地调研, 发现农业粗放式生产较为普遍, 农业劳动力呈现老龄化、女性化倾向。通过理论与实证分析, 我们认为中国剩余农业劳动力已经大量减少, 并出现“空心化”趋势。这个判断对于制定正确的农业政策, 确保我国粮食安全, 以及工业化、城镇化、农业现代化的健康发展有重大意义。

一、中国农业劳动力“空心化”问题凸显

1.农业劳动力“空心化”概念

关于“空心化”的概念, 学界多有使用, 但往往都是指经济地理学意义上的农村人口的“空心化”。周祝平 (2008) 认为, 农村人口的“空心化”是指“农村青壮年劳动力大量流入城市, 导致农村人口下降和农村青壮年人口比例下降, 农村剩下的人口大多数是老人、妇女和儿童”。[2]刘彦随、刘玉 (2010) 认为, 农村空心化“本质上是城乡转型发展进程中乡村地域系统演化的一种不良过程, 是复杂的社会经济过程在村庄物质形态中的表现。”[3]何芳、周璐 (2010) 认为, “村庄空心化, 就是农村人口、资源从农村内部区位资源禀赋不足地区向外围条件优越地区和城镇转移, 造成村庄聚落人口流失, 房屋闲置的结果”。[4]

相较于以前学者提出的“空心化”, 本文所要指出的“空心化”, 是从劳动经济学意义上阐释的, 是与格尔茨、黄宗智和郭继强等人提出的农业“内卷化”相对应的概念。[5]它不是农村“空心化”所强调的“结果”, 而是一种“方法”或“努力”。它的发生前提是由于技术条件、组织水平等因素的限制, 及诸如农业劳动力结构失衡等原因, 导致的农业劳动对农业生产投入不足, 其结果是引起农业边际劳动生产率的下降。它是一种企图在农业内部应对农业劳动投入不足的努力。由于缺乏青壮年劳动力或高素质劳动力, 投入农业生产的只能是老年人、妇女, 甚至是儿童, 其劳动强度弱、文化素质低, 这种“自我战胜”的结果往往会导致粗放型的农业经营方式。[6]

2.中国农业劳动力“空心化”产生机理

改革开放前, 由于统购统销、户籍制度、人民公社制度“三驾马车”的制度约束, 不断增长的农业劳动力被限制在有限的土地上, 使得新中国的农业生产徘徊不前, 同时也制约了其他产业的发展。1978年以后, 各种束缚农业劳动力流动的政策相继松动和改变, 农业劳动力开始转移。至2009年, 全国农民工总量已经达到2.29亿。通过农业劳动力的大规模转移, 中国实现了产业结构的高度化, 也在一定程度上提高了农业劳动生产率, 但是却没有将农业劳动报酬提高到包括工业在内的其他部门的劳动报酬水平。根据刘易斯—拉尼斯—费景汉模型, 当农业劳动力转移至刘易斯第二拐点时, 即商品化点, 农业的边际劳动报酬率与工业的边际劳动报酬率相等, 劳动力则在劳动力市场上根据工农业劳动报酬率大小选择职业。假如农业的劳动报酬低于工业的劳动报酬, 则劳动力从农业流向工业, 由此形成农业的规模化经营, 并诱致出资本替代劳动的技术, 提高农业的劳动生产率, 最终使得农业和工业同工同酬。然而, 中国的实际是城乡之间、工农之间的收入差距还在不断加大。根据托达罗城乡人口迁移模型, 由于城乡之间的收入进一步扩大, 城市工业、服务业等部门对农业劳动力吸引力还将继续增强, 农业劳动力“空心化”现象将愈演愈烈。特别是2011年以来“民工荒”又出现了新的特点:不仅东部沿海地区出现“民工荒”, 就是中西部地区劳务输出大省也出现招工困难。换句话说, 城乡差距如不缩小, 农业劳动力“空心化”的程度还将不断加深, 这将直接威胁到农业生产和粮食安全的保障。那么, 问题是中国在现代化进程中为什么会走向农业劳动力“空心化”呢?答案是农业比较利益低下, 导致了高素质、年轻力壮的劳动力不愿投身于农业中。农业比较利益低下, 形成了农业劳动力供给的“推力”和“壁垒”:一方面是对农村劳动力产生的巨大“推力”, 使年富力强的农村劳动力过度转移至城市;另一方面又形成了“壁垒”, 将有志于经营农业产业的企业家和高素质的劳动力挡在了农村之外, 最终造成农业劳动力供给的失衡。

3.中国农业比较劳动生产率呈“U”型特征

自改革开放以来, 中国的农业劳动生产率不断提高。考察一个国家或地区的农业劳动生产率是否有提升, 可以用纵向比较劳动生产率的方式。计算一个部门r的比较劳动生产率的公式为:Cr= (qr/Q) / (lr/L) , 即考察部门的产值份额与该部门的劳动力份额之比。对于中国农业劳动力的数量, 不能按照农业就业人数来计算, 因为在统计城镇就业人数时, 并没有包括外出务工的农民, 而从事农业生产工作的劳动力绝大多数都是未转移出去的农村劳动力, 甚至是老人、儿童等非经济活动人口。因此, 我们可以粗略的将农业实际就业人数等同于农业就业人数减去转移的农村劳动力的数量的余值, 以此为依据来计算农业比较劳动生产率。由此我们得到的农业比较劳动生产率如表1。

一个国家在向工业化迈进的过程中, 农业部门比较劳动生产率的变动轨迹呈现出“U”型特征。计算发现, 中国农业部门比较劳动生产率呈明显“U”型变动。直到2002年, 农业部门比较劳动生产率都在逐年下降。然而从2003年开始, 其值开始逐年上升, 说明自此以后中国处在“U”型后半段, 这是城乡经济结构二元性差异逐渐缩小、农业劳动力的“内卷化”困境得到破解的信号。特别是2004年以来, 升幅增大, 表明自2004年以后连续若干个中央一号文件和相关政策发挥了应有的作用。但是, 自2008年后农业部门比较劳动生产率居然超过了1。根据发达国家经验, 农业部门比较劳动生产率一般会逐渐趋近而不会超过1。中国农业部门比较劳动生产率大于1充分说明中国的农村发生了农业劳动力过度转移现象。尽管农业生产能力通过非经济活动人口的劳动力投入而依旧保持在一定的水平上, 但毕竟不是长久之计, 农业劳动力已出现“空心化”特征。

资料来源:①中华人民共和国国家统计局:《中国统计年鉴 (2009) 》.北京:中国统计出版社, 2009年。②蔡日方:《中国人口与劳动问题报告, 后金融危机时期的劳动力市场挑战》, 社会科学文献出版社, 2007年。根据上述资料相关数据计算得出。

二、中国农业劳动力“空心化”现象的实证分析

我们选取了全国各地区的6个村进行实地调研, 它们分别是重庆市巫溪县万古乡孔梁村、湖北省黄梅县蔡山镇章兴村、山东省莒南县板泉镇周家岭村和孙官庄、重庆市酉阳县麻旺镇长兴村以及四川省安县高川乡新桥村 (按顺序编为村1—6) 。这些村落主要以种植业为主, 并有少量养殖业和林业。大部分调研村都希望有优良的机械设备来支撑农业生产, 这可能也是农业生产劳动力不足的表现之一。在调研中, 我们发现在农村从事农业的劳动力呈现出数量减少、素质普遍降低以及结构性失衡三大特征。

(1) 农业劳动力数量减少。

在我们走访的6个村中, 各村在家务农的人数占全村总人数的比例分别为:33.1%、19.1%、39.7%、55.8%、30.0%、26.0%。其中, 只有山东的村④超过了50%, 位于湖北的村②务农人数最低, 仅占19.1%, 说明真正在从事农业的劳动力人数急剧减少。

(2) 农业劳动力素质普遍降低。

在6个村中, 有意愿在家务农的人数占全村总人数的比例为:26.6%、7.4%、40.1%、43.6%、23.9%、23.2%。6个村的务农意愿比都低于50%, 其中以山东的村③、村④为最高, 湖北的村②最低, 只有7.4%。同时, 愿意在农村务农的多是50岁以上的中老人, 以及留守在家的妇女, 青壮年劳动力普遍外出务工。

(3) 农业劳动力出现结构性失衡。

主要的劳动力是以妇女、老年人甚至留守儿童为主。这无疑是农业劳动力“空心化”的表现。显然, 这种努力也必然陷入困境。

首先, 由于农业劳动力不足, 粗放式经营十分普遍。我们用各村的耕地亩数除以实际务农的人数, 得出各村劳均耕地数量分别为 (单位:亩/人) :3.26、8.38、3.77、2.27、4.00、44.90。其中重庆的村①、山东的村④实际劳均耕地数量最低, 但也在2亩/人以上。位于四川省的村⑥虽然实行了退耕还林, 但耕地面积仍然有1万多亩, 其实际劳均耕地最高, 达到44.90亩/人。由于务农的多是中老年人和妇女, 加上土地碎片化严重, 粗放式经营不可避免。四川的村⑥尽管劳均拥有44.9亩的耕地, 但地处山区, 撂荒情形更加严重。近年来, 土地撂荒现象越来越普遍, 如湖北、陕西部分市县耕地撂荒率达到5%～8%, 有些村镇的优质水田撂荒率甚至高达30%。[7]

其次, 农业劳动力素质不高、严重制约了农业新技术的推广。同时因为农业资本稀缺, 土地流转制度不健全等, 难以诱致出替代劳动力规模化的生产方式。

最后, 农村合作经济组织发展缓慢, 农民组织化程度低。农村合作经济组织是衔接市场与农民的重要组织, 是农业现代化不可缺少的重要组成部分, 但它同样要求具有一定文化素质, 懂技术、会经营的新型农民 (带头人) 。高素质农业劳动力的缺乏导致农村合作经济组织发育不良, 无法承担起农业现代化的责任。

三、造成中国农业劳动力“空心化”的三大因素分析

1.户籍制度的约束

(1) 造成了中国农村劳动力“候鸟式”迁移或迁而不移的现象。

中国的城市化率与非农化率存在较大的差距, 2008年前者比后者高出12个百分点。[8]据统计, 农民工在城市居住6个月以上已经算作是城市人口了, 但是他们没有享受到与城市居民同等水平的公共服务, 在经济不景气时, 他们往往首当其冲, 属于城市中被边缘化的弱势群体。这种情况凸显了农民土地的收入功能、社会保障功能、资产升值功能, 使得农民不肯放弃手中的“一亩三分地”, 提高了土地碎片化程度。农业生产无法形成规模效应, 降低了农业比较利益。

(2) 户籍制度的单向流动, 产生了新的“壁垒”。

我们认为, 托达罗把劳动力流动理解成“有来有去”的模式是有合理性的。农民应该是一种职业而不是身份。而事实是农民进了城, 但户口仍然没有转变;那些有意愿从事农业生产的城镇优质劳动力却因为户籍制度被阻挡在农村之外。改革开放三十年来, 农村劳动力只“吐”不“纳”是造成农业劳动力“空心化”的重要原因。由于教育资源分配不均, 农村教育本来就滞后, 农民素质普遍较低。低素质劳动力通过对农业生产技术的推广和应用, 以及农村新型经济组织发展缓慢的影响, 制约了农业综合生产能力的发展。舒尔茨曾经说过, 农业现代化最终是农民的现代化。具备高素质的城市劳动力无法向农村转移 (即所谓“非转农”) 从事农业生产, 意味着农业资源无法转移到能创造更多收益的劳动力手中, 从客观上进一步降低了农业比较利益, 拉大了城乡发展上的差距, 从而深化农业劳动力“空心化”程度。

2.土地制度的不完善

现有土地承包制度的法律基固化了 “集体所有、农户承包经营”农地制度存在的内在矛盾, 这样的结果, 一是凸显了土地承包期限设置问题;二是造成农用地转为非农建设用地时, 农民利益常常受到侵害问题;三是带来了土地流转具体操作方式问题。这些都严重制约农业比较利益的提高。

(1) 土地承包期限设置面临两难抉择:一方面要想鼓励对农地投资, 就必须稳定土地承包经营权;另一方面, 要适应农村人口相对变动, 满足农民追求平均地权的权利, 就必须允许土地承包经营权的调整。十七届三中全会正式提出了现有土地承包关系要保持稳定并长久不变, 随后出台的2009年中央一号文件也对此进行了强调。稳定农民的土地承包经营权, 本意是鼓励农民对土地进行如改良土壤、兴修水利、增强土地肥力以及提高集约化经营水平等的长期投资。然而, 根据陶然、童菊儿等 (2009) [9]的研究表明, 农民认为“土地承包期限30年不变”政策“合理”的被访只占32.01%, 特别是二轮承包以来家庭人口增加的和以非农业收入为主的被访者都倾向于支持土地调整。土地频繁调整对农业生产的消极结果显而易见, 它必然降低农民对土地长期投资的需求, 从而影响农业比较利益。

(2) 在农用地转为非农建设用地的时候, 农民的利益时常受到侵害, 也降低了农民对土地投资意愿。《农村土地承包法》只是禁止了农用地转用。如果要使一部分农地转为非农建设用地的时候, 就必须完成土地集体所有制向国有制的转变。因此, 城市化突飞猛进的同时也是规模浩大的土地资源国有化的过程, 而政府征地就成为了农用地转用的唯一合法途径。为了限制政府滥用征地的权力, 《土地管理法》第二条第四款做出修改, 即“国家为了公共利益的需要, 可以依法对土地实行征收或者征收并给予补偿。”然而, 这样的规定又产生了“征地悖论”, 一方面, 该法律规定所有城市市区的土地属于国家所有, 另一方面, 当城市规划要求城市周边的郊区转变为城市市区时, 这些土地就因为不是非“公共利益”而不属于国家了?因此, 征地因为不是公共利益的需要而违法, 不征地也因为已经是城市市区而没有征而违法。[9]农民虽然拥有土地经营权, 但由于土地产权内化了国家力量, 农民往往处于弱势地位。

(3) 各地土地流转制度的建设仍处在摸索期, 土地流转不规范现象严重存在。中国现行的土地流转主要有“土地互换”、“土地出租”、“土地入股”、“宅基地换房, 承包地换社保”以及“股份加合作”等五大模式, 然而, 土地流转不规范、管理不善等问题普遍存在, 严重影响了农业比较利益的发挥。首先, 土地流转行为严重不规范, 由于土地流转交易费用高, 农民宁愿采取私下交易的方式等, 比如托付给亲戚朋友等耕种, 或者依靠乡规民约来进行转包和转租。有些村存在连锁流转现象, 接受流转的农户又将自己享有的土地承包经营权流转给其他农户, 形成锁链式流转。其次, 有的乡镇、村对土地承包经营权流转行为缺乏严格规范的管理。有的耕地被私自转为非农用途, 同时有极少量的非法流转行为存在。被非农业化的耕地, 主要用于招商引资, 进行工业园区、小城镇等项目建设。

3.农业补贴力度不够, 政策不完善

农业是弱质性产业, 其比较利益低无法避免, 但同时农业又是国民经济的基础, 因此, 通过对农业实行补贴, 提高农业的比较利益是必然选择。中国现阶段农业补贴以针对粮食安全问题的粮食补贴为主, 可以分为生产性补贴、流通性补贴和收入性补贴。

生产性补贴有良种补贴和农机具补贴。良种补贴的种类少、范围窄, 对农民增收影响小。农机具补贴收益人往往是种植大户, 而这部分人占全部农民的比例很小。流通性补贴主要是最低收购价补贴, 是一种价格支持手段。价格支持手段属于WTO黄箱政策, 需要逐渐减让, 同时增加国家库存, 增大财政压力, 提高成本。收入性补贴有粮食直补和农资综合增支直补两种方式。直接补贴是各发达国家对农业采取补贴的主要方式, 对农产品市场扭曲小, 并能有力的提高农民收入。中国两种直补力度小, 由于土地未能形成规模, 对农民收入提高影响不大。我国许多省份每亩粮食直补在10～20元区间, 只有江苏省在2008年粮食直接补贴金额达到每亩69元一般, 与人少地多的美国 (每亩61元人民币) 相差不多, 但只有法国的28% (247元人民币) 。[10]

四、结论与思考

至于农业劳动力“空心化”难题的破解, 许多专家、学者提出了各种建议, 中央和地方政府也采取了多种办法。就户籍制度而言, 各地都在采取一系列诸如廉租房、子女在城市公立学校平等就学等手段促进务工人员和城镇居民的公共福利均等化;就土地制度而言, 全国各地都在试点, 其主要对策仍然是稳定农民土地承包经营权、促进土地流转, 鼓励规模化发展;就农业补贴而言, 主要对策是提高农业补贴额、扩大农业补贴范围、完善农业补贴机制。

我们认为, 要破解“空心化”难题仍然要围绕提高农业比较利益这个问题着手。对此, 我们的思路是:首先, 逐渐拆除城市优质劳动力从事农业的“壁垒”, 取消对工商企业与城镇居民租赁或转包农户承包地的限制, 以及《土地承包法》中受让方必须是农户的规定, 逐步放开“非转农”的限制, 鼓励和吸引有志青年到农村从事农业生产。其次, 通过土地制度创新更好挖掘农村土地的经济功能。进一步完善土地承包经营权, 充分发展其物权功能, 逐步取消承包地、宅基地土地抵押的限制, 为农民致富提供原始资金;第三, 建立农村土地交易所。在不违背国家政策规定的范围内和农民自愿的情况下, 允许所有法人和具有独立民事行为能力的自然人进行土地交易, 以提高土地的使用效率。最后, 农业补贴政策必须根据本国的发展阶段来制定, 并且要做到因地制宜, 不能搞“一刀切”, 农业补贴要向农业大户、家庭农场、合作社组织倾斜。通过政策杠杆逐步促进土地向规模化方向发展。同时, 为确保粮食安全, 农业补贴政策可以根据产量采用累进制的补贴方式, 并且大力发展“粮食银行”, 降低种粮风险, 为农民融资提供渠道。此外, 农业补贴政策还应该同土地制度配套, 在实现土地适度规模化的基础上提高补贴额度。

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