使之与生产者、消费者的功能相匹配
2019-06-30 13:12
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3.循环经济系统是多层次系统

(二)信息论的基本内容与方法

由于循环经济系统是多层次的复杂系统,因此,其中任何子系统的正常运转,不但受到系统本身的条件限制和制约,还受到相关子系统的影响和制约;任何一个子系统发生变化都可能对其它子系统产生短期或长期的影响。所以,随着子系统内外条件的变化,加快了系统内外条件的组合和重新组合,从而激化了整个系统运动的动态性。循环经济系统是在传统经济系统的基础上,通过不断地对其实行循环化和生态化转向,实现“经济—社会—自然”系统的三维整合,来达到三维协调发展的整体目标。因此,循环经济系统处于不断变化、发展、完善之中,是一个长期进化的动态过程。循环经济系统在其发展的不同阶段,经济子系统需要不断与自然、社会子系统发生物质、能量、信息交换,吸收外部资源加以完善、创新,做到生产和消费“效益最大化、污染最小化、废物资源化和环境无害化”,以实现社会经济系统与自然系统之间的动态均衡。同时,循环经济系统的整体优化过程,实质上是其系统构成中各个组成部分的不断发展和完善的动态过程。循环经济系统的健康发展和日益成熟,取决于其内部各个要素之间所具有的稳定关系,以及这些关系的互相作用、互相制约与互相影响,最终产生出系统整体效益的最大化,以及其中的物质流、能量流的平稳运行与流畅互补。

信息是宇宙中除物质和能量外的第三种“要素”。三者都极为重要,如果没有物质,宇宙就会变得虚无飘渺;如果没有能量,宇宙就会失去演化的动力;而如果没有信息,宇宙就会变得杂乱无章。可见,信息的重要性绝不亚于物质和能量。[3]所谓信息,就是人们能够识别的、具有新内容的消息。1948年,美国数学家申农(c.e.shannon)创立了信息论,他提出:信息是系统不确定性的减少,或者说是对事物运动状态或存在方式的不确定性的描述。在物理学中,信息就是有序化的程度,因此信息就是负熵(物理熵表示的是系统无序化的程度,即系统的无序量;而负熵表示的是系统有序的程度)。[4](p27-28)在任何一个信息流通系统中,都有发出信息的发送端(信源)、接收信息的接收端(信宿)、以及信息流通的通道(信道)。[5](p4-6)信息具有可识别性、可转换性、可存贮性、可传递性、可扩充性、可压缩性和可共享性等特征。这些特征,使信息论和信息方法在循环经济中的运用成为可能。

(二)循环经济系统的信息分析

1.系统与系统论的概念

循环经济系统是一个多层面、多角度的耦合体。从物质流动的角度看,它涵盖了自然、社会、经济三大系统,在更广泛的空间寻求物质流、能源流配置效用的最大化。它要求以“经济—社会—自然”三维系统作为支撑,针对资源存量、环境容量、生态阈值的综合约束,以缓解资源环境压力、满足经济社会发展需要为目标,研究物质流、能源流、价值流的运行机理、方式、技术、效率、机制等,追求三维整合或者说是三维协调发展的理想目标。倡导人类的发展活动所创造的经济价值必须与其所造成的社会价值和环境价值相统一的新的发展观,要求在提高经济效益的同时,必须兼顾资源环境效益和社会效益。从系统构成的角度看,它应包括:①循环型生产系统。它由若干生态工业园、特色工业园和多条生态工业链组成,企业、产业和园区之间,按照自然生态系统的模式,构筑生态工业链,建立物质交换关系,使系统中的物质和能源都得到充分的利用,形成共生组合,实现整个生产系统的循环化和生态化转向。②循环型流通服务系统。就是将循环经济的减量化、再使用、再循环的原则落实到流通服务业的各行业各部门,大力发展废旧物资回收产业。③循环型消费系统。就是在消费领域倡导适度消费、绿色消费,逐步形成循环型生活方式和消费方式。④循环型基础设施系统。就是按照循环经济理念建设和改造公共基础设施系统,如通过实行城市污水集中分类处理,构建水资源循环利用体系等。⑤生态循环系统。它是指在人工系统中建立起像自然生态系统那样的自我平衡机制,扭转人类社会发展中缺少对生态因素关注的现象。⑥循环型社会系统是将循环经济理念注入社会生活中的方方面面,如政府机关、事业单位实行绿色采购;医院实行医疗废弃物无害化处理;学校、社区创建绿色学校、绿色社区等从实施的层级和规模看,可分为:①企业(个人)层面的微观循环,即企业内部的物质循环。企业推行清洁生产,选择清洁生产工艺,实行产品生态设计,建立生产全过程的环境管理系统,减少产品和服务中物料和能源的消耗量,实现最终排放废物减量化、资源化、无害化。②区域层面的中观循环,即企业之间的物质循环。若干互相关联的企业或行业间建立生态产业群落,建立共生的工业园区,上游企业的副产品或废弃物用做下游企业的原料,形成企业间的工业代谢和共生关系,从而形成较大的链式循环。③社会层面的宏观循环,或称社会循环。即在全社会的生产、流通、消费之间建立废弃物回收系统,实现重复利用。逐步建成资源节约型和环境友好型社会。[10](p27-30)

循环经济系统的控制就是按照经济、社会、生态效益最大化的整体目标,以获取的信息为基础,不断调控系统内部不利于系统整体优化的组分,通过注入有利于资源节约、环境保护、生态修复、协调发展等方面的负反馈信息,推进自然资源的梯级循环利用,增加系统中的负熵流,使经济发展在自然生态系统的承载能力和弹性恢复能力的限度之内,保证经济、社会、自然生态系统之间的动态平衡,实现系统的可持续发展。循环经济系统的控制应该是全方位、多角度的。信息显示的系统发展中存在的任何不利于系统整体优化的因素,都应成为系统调控的对象。比如:针对认识问题,应通过广泛的宣传教育,使公众认识到,发展循环经济不仅是物质流动形式的转变,更是一场经济运行方式的革命和人类生存方式的巨大变革;全社会要坚持科学发展观,倡导并确立有利于循环经济发展的价值观;企业要树立绿色生产、清洁生产观;公众要树立绿色消费和适度消费观等。针对管理问题,应成立专门的领导和管理机构,成立以各级党政主要领导任组长,计委、经委、财政、城建、规划、环保、水利、绿化等部门负责人参加的各级循环经济系统发展协调领导小组,对循环经济系统发展工作实施统一领导和布署;领导小组下设办公室,由上述部门组成,负责日常组织协调工作;要用超前性理念和系统工程思想,制定循环经济系统发展总体规划、专门规划和分阶段、分步骤实施规划等。

1948年,美国著名数学家维纳(n.wiener,1894~1964),创立了系统的控制论。控制是按照给定的条件和预定的目标,对一个过程或一系列事件施加影响的一种行动。也有人认为,控制是为了改善某个对象的功能或发展,需要获得并使用信息,以这种信息为基础而选出的加于该对象之上的作用。控制论是研究各类系统之间共同的调节和控制规律的科学,也可以说,控制论是研究系统的控制规律以实现优化目标的科学。它利用系统各部分之间的相互关系和信息传递,将整个系统组织成为能自动地合乎要求的运动机制。

2.信息论的含义

(一)一般系统论的基本原理

二、基于系统科学的循环经济系统分析

黑箱方法是控制论的一个常用方法。它是将一个未知的事物看作一个黑箱——封闭的箱子,其内部构造和机能尚不很清楚,在输入刺激和干扰的作用下,其行为反映在有指示的输出端,通过外部观测所获得的信息数据,便能辨识其系统结构和功能。黑箱可以是任何系统,所有的事物实质上都是或曾经是黑箱。黑箱是一个相对的概念,是相对于人的认识主体而言的。人的认识总是从不知到知、从知之不多到知之甚多。对于不同的人,同一对象既可能是黑箱,也可能是“白箱”,即有的人尚未认识而有的人已经认识。人的认识又是逐渐积累、不断深化的过程。有的事物目前完全不了解,是个黑箱;有的则会有部分了解,它便是个不完全的黑箱,是有“部分黑”又有“部分白”的“灰箱”。当我们认识和掌握了系统的内部结构,它便成为“全知的黑箱”或“白箱”。维纳认为,把白箱即某些具有已知结构的物体的结构关系,按一定的关系式表达出来,就是“白箱网络”。通过这种“白箱网络”,就可以对系统进行再认识,或者控制系统以后的过程和预测系统的未来行为。白箱方法要求同时观测和辨识系统的运动状态和内部结构,具有更大的预测性,因而在现代控制论中受到更多的重视。

超循环理论是关于非平衡态系统的自组织现象的理论。由德国科学家m.艾肯在20世纪70年代直接从生物领域的研究中提出。他认为:在生命现象中包含许多由酶的催化作用所推动的各种循环,而基层的循环又组成了更高层次的循环,即超循环,还可组成再高层次的超循环。超循环系统即经循环联系把自催化或自复制单元连接起来的系统。在此系统中,每个复制单元既能指导自己的复制,又能对下一个中间物的产生提供催化帮助。艾肯在分子生物学水平上,把生物进化的达尔文学说通过巨系统高阶循环理论,进行数学化,建立了一个通过自我复制、自然选择而进化到高度有序水平的自组织系统模型,以解释多分子体系向原始生命的进化。超循环理论对于生物大分子的形成和进化提供了一种模型。对于具有大量信息并能遗传复制和变异进化的生物分子,其结构必然是十分复杂的。超循环结构便是携带信息并进行处理的一种基本形式。这种从生物分子中概括出来的超循环模型对于一般复杂系统的分析具有重要的启示。如在复杂系统中信息量的积累和提取不可能在一个单一的不可逆过程中完成,多个不可逆过程或循环过程将是高度自组织系统的结构方式之一。超循环理论已成为系统学的一个组成部分,对研究系统演化规律、系统自组织方式以及对复杂系统的处理都有深刻的影响。

3.信息方法

3.超循环理论

(一)循环经济系统的复杂性

1.耗散结构理论

控制论的基本概念是信息和反馈。维纳指出,我们用来控制环境的命令,都是我们给予环境的信息。任何组织能够保持自身的稳定性,是由于它具有取得、使用、保持和传递信息的方法。所以,信息和控制是不可分离的,信息论是控制论的基础。信息的变换过程“信息—输入—存贮—处理—输出—信息”中便存在着“反馈”信息。所谓“反馈”,就是把施控系统的信息(又称给定信息)作用于被控系统(对象)后产生的结果(真实信息)再输送回来,并对信息的再输出发生影响的过程。维纳称反馈是控制系统活动的一种方法,是信息传递和返回的过程,其特点就是根据过去的操作情况去调整未来的行为。因此,控制论里所说的反馈,主要指的是信息反馈。反馈可分为两类,即正反馈和负反馈。如果反馈信号是增强系统输入效应的,即控制系统的给定信息与真实信息的差异倾向于加剧系统正在进行的偏离目标的活动,那么它就使系统趋向于不稳定状态,乃至破坏稳定状态,这就称为正反馈。相反,如果反馈信号是减弱系统输入效应的,即控制系统的给定信息与真实信息之差倾向于反抗系统正在偏离目标的运动,那么它就使系统趋向于稳定状态,这就是负反馈。正反馈使系统的输出量变得越来越大,往往可用来提高系统的灵敏度;而负反馈则可以补偿系统内部的某些因素变化而产生的影响,使系统的稳定性增加。在控制系统中,一般是用负反馈来调节和控制系统的机制。

2.协同理论

作为20世纪人类认识理念上的革命,系统科学理论为我们科学地分析循环经济的系统构成及其演化规律,提供了科学基础。在这里本人仅以自身对系统科学的有限理解为基础,尝试着对循环经济系统进行初步的系统分析。

德国理论物理学家赫尔曼.哈肯于1977年发表的《协同理论导论》,建立了协同理论的理论框架,标志着这门学科的诞生。协同理论研究各种完全不同的系统在远离平衡时通过子系统之间的协同合作,从无序态转变为有序态的共同规律。任何一个系统都是由大量的子系统组成的,系统的整体行为取决于系统内子系统间的相互作用,当子系统间的相互作用较大,而其独立性较小时,系统的整体在宏观上显示出结构特征,这样的系统是有序的。反之,当子系统之间的相互作用较小,使子系统的独立性占主导地位时,它们便处于杂乱无章的“热运动”状态,使系统在宏观上没有一个稳定的结构,这样的系统就是无序的。由此可见,子系统之间的相互作用是有序的起因,热运动是无序的根源。协同导致有序。协同理论用序参量来描述一个系统宏观有序的程度。一个系统内部的子系统之间的协同合作产生了序参量,序参量之间的合作与竞争形成自组织结构。因此,协同是自组织结构的内在依据。这种序参量之间的协同合作与竞争决定着系统从无序到有序的演化进程,是协同理论的精髓所在,也是协同理论中协同的真正意义。

气象学家洛沦兹(edwardlorenz)1963年率先提出了混沌的概念。这里的所谓混沌并不意味着无序,也不是有序的对立面,而是有序的“前兆和伙伴”;是包含于无序中的有序模式,它随机出现但却包含着有序的隐蔽结构和模式,即在混沌中隐含着局部随机整体稳定。混沌理论具有以下三个关键(核心)概念。对初始条件的敏感性:即著名的“蝴蝶效应”。理解它的一个很好的比喻是:“一只蝴蝶在巴西扇动翅膀可能会在美国得克萨斯引起一场龙卷风。”混沌系统对初始条件是非常敏感的,初始条件的轻微变化都可能导致不成比例的巨大后果。分形(fractals):分形是著名数学家曼德勃罗特(mandelbrot)创立的分形几何理论中的概念,意为系统在不同标度下具有自相似性质。自相似性是跨尺度的对称性,它意味着递归,即在一个模式内部还有一个模式。由于系统特征具有跨标度的重复性,故可产生出具有结构和规则的隐蔽的有序模式。

广义信息论的发展为人们提供了一种研究系统功能的方法——信息方法。所谓信息方法,就是运用信息的观点,把对象作为系统,完全脱开其具体运动形态,将其运动过程抽象成为一个借助信息的传输和变化,实现其目标的运动过程的研究方法。通常用反馈信息作为实现系统目标的控制手段。信息方法不同于传统的经验方法。它具有综合性的特点。它从系统对信息的接收和使用过程来研究对象的特征,研究对象系统与外界环境之间的信息输入与输出关系,从而可以把不同的对象加以类比研究。同时它又是用联系、转化的观点,综合研究系统运动的信息过程。通过这样的方法对复杂事物进行研究,就不需要像通常那样去解剖分析整体结构,而是直接从整体上综合考察信息的流程,由此获得有关的知识。这对于认识和揭示事物的复杂性、系统性和整体性,是大有裨益的。[6](p45-46)信息方法具有较高的普遍意义和较大的适用范围,不但适用于广泛的自然科学领域,而且也可以应用于部分的社会科学领域,如现代经济学、生态科学、环境科学中。

循环经济要求系统内部通过自组织,形成“生产者、“消费者”和“分解者”之间的有机匹配与合理衔接。人类社会组织分工中缺少相当于自然界中“分解者”地位和作用的废弃物处理者,影响了“废物”在人类社会经济体系中的“内循环”和使“废物”友好进入环境的“外循环”。因此,循环经济大系统的整体优化,要求其通过自组织,使用功能模拟法,模仿自然生态系统的“生产者、“消费者”和“分解者”功能,通过增强循环经济系统中“分解者”的功能,使之与“生产者、“消费者”的功能相匹配,从根本上恢复和重建“自然-经济―社会”的合理规则和运行路线,形成良性的循环互动。人类社会经济体系中的“分解者”功能,主要由静脉产业来实现。根据物质流动的方向,如果我们将承担从资源—产品—消费过程的产业称为动脉产业,那么承担将废弃物收集运输、分解分类及再资源化和无害化处置过程的产业就称为静脉产业。静脉产业可以变废为宝,循环利用,如同将含有较多二氧化碳的血液送回心脏的静脉。静脉产业通过对废弃物进行再资源化,创造出了再生资源,为人类经济社会活动提供了一种新的可供选择的资源来源,从而可以有效地减少对一次能源、资源的需求量和开采量,延长自然资源的使用年限,延缓自然资源的枯竭速度;静脉产业可以通过对废弃物中不能回收利用的部分进行无害化、减量化的最终处置,减少人类社会经济系统向自然生态系统排放的废弃物数量,减轻排放物对生态环境的有害程度,将人类社会经济活动对自然生态系统的影响程度降低到生态环境承载力之内,逐渐减少甚至消除环境污染。

系统论思想要求人们从一种分散地、孤立地、简单地看待世界和事物的机械论理念转变为一种联系地、有机地、整体地看待世界和事物的理念。这种理念启发人们把循环经济看作是一个复杂的巨系统。所谓复杂巨系统是由大量相互作用或相互分离的子系统结合在一起,是不同优先级的、各种可变化的子任务要同时满足或依次满足性能指标的系统,所有表示系统环境的外部作用对系统的影响是本质的,这种系统具有非线性的、混沌或事先不确定的动态行为。[8](p1-3)复杂系统的本质特征在于它的复杂性:从定量上讲数学模型是高维的,具有多输入多输出;从定性上讲系统具有整体性、非线性、层次性、动态性,有复杂的和多重的控制目标。具体来说,循环经济系统的复杂性主要体现在以下几个方面。

2.控制论的信息方法

循环经济系统的控制应该依靠制度创新。根据系统信息显示的现有的制度体系中存在着不利于系统发展的制度障碍,如:自然资源和环境成本的使用价格过低,成本外部化,形成系统发展的成本障碍;价格形成机制不科学,构成系统发展的价格障碍;法律法规建设滞后,循环经济法律法规较缺乏,不能满足系统发展的需要;相关政策支持不利,以市场机制为基础的政策较少且效率不高,对系统发展的激励作用不够等。循环经济系统应该通过制度创新,注入负反馈信息,消除系统发展的制度障碍。①实现环境成本内部化。逐步取消自然资源开发利用补贴制度,使资源价格反映其真实的生态学、经济学价值。对环境容量等共有财产使用者征收高税费,提高生产和消费环节的排污和废弃成本,促使环境成本内部化,解决循环型生产环节的成本障碍。②建立基于资源全部成本的完全价格体制。该体制不可能通过市场自发建立,需政府有规划的组织生态学家、经济学家对资源价值进行货币化评估,计算出其真实价值,并以税收形式计入产品或服务的市场价格,通过市场机制和价值规律消除循环经济发展的价格障碍。③健全循环经济法律体系。以《循环经济促进法》为框架法,以《资源有效利用促进法》为基本法,包括《绿色消费法》、《包装物再生利用法》、《家电再生利用法》、《食品再生利用法》、《建材再生利用法》、《汽车再生利用法》、《节能法》、《废弃物处理法》及相关子法。制定城市垃圾处理、水和大气污染治理的监管条例,将责任主体和监管部门的行为置于法律规范之下。制定可持续发展认证体系,产品质量标准体系、环境标志和标准体系等。④完善循环经济激励政策。征收资源税,实现资源有偿使用,限制不可再生资源的开采和使用、限制资源型产品出口;征收废弃物处理费、垃圾填埋和焚烧税,推动垃圾分类处理,促进其减量化、资源化;以废弃物为原料的企业,可获相关废弃物处理费的补偿;对环境有害的技术和产品,在销售环节加征环境附加费,使其在成本效益选择中更乐于采用洁净技术、生产洁净产品;将循环技术纳入科技创新体系,在风险投资基金中划出一定比例支持循环型技术研发;对循环经济项目,给予财政补贴、贷款担保与贴息、低息贷款、优先贷款、延长信贷周期、减免税收或税前还贷等支持;通过倾斜的产业政策,支持其到资本市场融资;对清洁汽车、能源及获环境标志和能源效率标志的产品,减征消费税;对原污染型生产设施,折旧率可以提高到30%以上等。⑤健全循环经济保障制度。包括有利于循环经济的资源、产权、市场和产业等经济制度;循环经济核算、会计、审计、生产、消费、贸易、包装和回收等规范制度;有利于循环经济的财政、金融、税收和投资等激励制度。总之,要考虑资源环境成本,通过价格、税收等经济杠杆的调节作用,使资源环境价值纳入生产和消费成本,引导人们通过成本——效益核算,选择资源节约型、环境友好型的生产和消费方式。[12]

1.控制论的基本概念

3.控制论的黑箱方法

(四)循环经济系统的自组织

自组织是现代非线性科学和非平衡态热力学的最令人惊异的发现之一。从系统论观点看,自组织是指一个系统在内在机制的驱动下,自动从简单向复杂、从粗糙向细致方向发展,不断提高自身的复杂性和精细度的过程。从热力学观点看,自组织是指一个系统通过与外界交换物质、能量和信息,不断降低自身的熵含量(熵产),提高其有序度的过程。从统计力学观点看,自组织是指一个系统自发地从最可几状态向几率较低的方向变化或移动的过程。从进化论观点看,自组织是指一个系统在“遗传”、“变异”和“优胜劣汰”等机制的作用下,其组织结构和运行模式不断地自我完善,从而不断提高其适应环境能力的过程。[1](p58-61)自组织的过程就是系统的各子系统的状态变量相互作用,形成一种统一的力量,使系统发生质变的过程。从这一特点出发,哈肯提出了序参量的概念。序参量是描述系统有序程度的量,它是指在系统处于无序状态时,其值为零,随着系统由无序向有序转化,其值从零向正有限值变化或由小向大变化的一个或几个变量。它可以用来描述系统的有序程度或自组织状态。一系列系统理论,对于深入认识系统的自组织有着特别重要的意义。这其中包括前面谈到的主要以既成系统为研究对象的一般系统论、信息论和控制论。也包括20世纪60~70年代兴起的,以系统的发生、发展为重点,探讨系统自组织演化问题的耗散结构理论、协同理论、超循环理论、突变理论、混沌理论和分形学。

循环经济系统的控制应该借助物质流分析法。循环经济的系统控制要求在一定自然资源投入的情况下,使总产出最大化,使排出废弃物最小化,使资源环境影响最低化。因此,有必要借助物质流分析法。物质流分析(materialsflowanalysis,简称为mfa)是指在一定时空范围内,用物理的重量单位(通常用t)对特定系统中物质流动和贮存的系统性分析。主要涉及的是物质流动的源、路径及汇。根据质量守恒定律,物质流分析的结果总是能通过其所有的输入、贮存及输出过程来达到最终的物质平衡。[13](p368)物质流分析的基础是对物质的投入和产出进行量化分析,建立物质投入和产出的账户,以便进行以物质流为基础的优化管理。它主要衡量的是系统的物质投入、产出和物质利用效率,确定物质在系统流动路径的影响因素,并为系统内的物质流动路径和模式的调控提供定量基础。通过物质流分析,可以控制有毒有害物质的投入和流向,分析物质流的使用总量和使用强度,为环境政策提供了新的方法和视角。物质流分析的基本观点是,人类活动所产生的环境影响在很大程度上取决于进入经济社会系统的自然资源和物质的数量与质量,以及从经济社会系统排入环境的废弃物的数量与质量。前者产生对环境的扰动,引起资源的耗竭和环境的退化;后者则引起环境的污染。物质流分析从实物的质量出发,通过追踪人类对自然资源和物质的开发、利用及遗弃过程,研究可持续发展问题,即通过对自然资源和物质的开采、生产、转移、分配、消耗、循环、废弃等过程的分析,揭示物质在系统内的流动特征和转化效率,找出环境压力的直接来源,作为系统发展的可持续性指标,进而提出相应的减少环境压力的解决方案,为系统可持续发展目标的制定提供科学依据。[14](p60-64)

4.循环经济系统是一个动态系统

5.混沌理论

循环经济系统不同于以经济、社会、自然三维分裂为特征的传统经济系统,它是一个“经济—社会—自然”三维一体的复合系统和有机整体,经济系统只是其中的一个子系统。循环经济系统的整体目标是要实现社会、经济系统与自然系统之间的动态均衡。作为有机整体,这个巨系统有复杂的多重目标。经济子系统不能只追求自己的分目标,实现自身的有序发展(经济效益的最大化),而加剧其它子系统(自然系统)的无序化程度(资源枯竭、环境污染、生态恶化等),从而影响系统整体的有序发展和整体目标的实现。发展循环经济就是要从系统整体的角度着眼,综合调节和控制循环经济系统整体和部分的关系,统筹整体功能和局部利益,在追求经济发展、社会进步、资源节约和环境保护的动态平衡中达到经济效益、社会效益、生态效益的最大化,实现“经济—社会—自然”大系统的整体优化。

信息论是关于信息的基本理论,是研究信息的本质,并用数学方法研究其计量、交换、传递和储存的学科。信息论可分为狭义信息论与广义信息论。狭义信息论又称申农信息论,它是以数学方法研究通讯技术中关于信息的传输和变换规律的一门科学。它给出了各种条件概率下的信源信息量、信道容量、信息传递和交换、噪声与滤波、调制等的计算方法和公式,对信息的规律进行定量处理。广义信息论也称信息科学,它超出了通讯技术的范围来研究信息问题,它以各种系统、各门科学中的信息为对象,广泛地研究信息的本质和特点,以及信息的取得、计量、传输、储存、处理、控制和利用的一般规律。

4.控制论的功能模拟法

毫无疑问,静脉产业是实现循环经济减量化、再利用、再资源化的经济主体产业。因此,静脉产业在循环经济中具有特别重要的意义。离开了静脉产业,循环经济系统将无法实现物质和能量的循环。从一定意义上讲,循环经济系统优化的过程可以说是对经济系统中缺失的分解者——静脉产业部门发展、完善的过程。静脉产业的发展,为循环经济系统的有序进化注入了负熵流。总之,循环经济系统是一个复杂的巨系统,系统的整体优化和结构有序演化,有赖于在对系统信息进行科学分析的基础上,充分发挥系统控制和自组织功能。

信息方法为研究“经济—社会—自然”三维结合的复杂循环经济系统提供了新的思路。可以说正是由于自然生态系统不断向人类发出的反馈信息(资源枯竭、环境污染、生态恶化等),才使得人类认识到自然生态系统存在着承载力极限,传统经济系统的发展模式突破了这一极限,加剧了自然生态系统的无序化程度,于是,人类才开始探索新的发展模式,导致循环经济这种资源节约环境友好型的新经济发展模式的产生。在循环经济系统产生的过程中,自然生态系统被看作主要的信息来源(信源),各种自然现象及其监测手段就是信息的通道(信道),从事循环经济的研究者、决策者、管理者、生产者和参与者都是信息的接收者(信宿)。根据信息论的基本原理,人们只有对循环经济系统发展的即时状况进行充分的了解,才能通过反馈的方式对其做出决策,进而产生影响。由于循环经济系统的复杂性,决定了循环经济系统在其发展和完善的过程中,如果仍然以从事循环经济的研究者、决策者、管理者、生产者和参与者等做为信息的接收者(信宿)的话,那么,信息的来源则很多,可以来自自然、社会、经济子系统,也可以来自循环型生产系统、流通服务系统、消费系统、社会系统、基础设施系统以及生态循环系统等,还可以来微观循环系统、中观循环系统和宏观循环系统。信源发出的信息的种类也很多,资源环境状况、能源供需情况、产品价格变动、经济增长、社会进步等各项指标都能成为反映循环经济系统运行状况的重要信息。

(三)循环经济系统的控制

作为系统论研究对象的“系统”,是现实世界的形形色色的系统的抽象。人们抽去了实际存在的物质系统或概念系统的具体属性,考察和肯定了它们共同的系统方面的特征和性质。系统的这些性质的客观存在构成了系统论的基本原理。它们包括:⑴整体性原理。系统是由若干要素组成的具有一定新功能的有机整体,各要素一旦组成系统整体,就具有独立要素所不具有的性质和功能,形成了新的系统的质的规定性,其诸构成要素的特定状态的最佳组合秩序构成系统的整体最优化,即系统的整体功能大于系统各要素功能的迭加。⑵层次性原理。由于组成系统的诸要素的种种差异,从而使系统组织在地位与作用,结构与功能上表现出等级秩序性,形成了具有质的差异的系统等级,即层次。⑶开放性原理。系统具有不断地与外界环境进行物质、能量、信息交换的性质和功能,系统向环境开放是系统得以向上发展的前提,也是系统得以稳定存在的条件。⑷目的性原理。系统在与环境的相互作用中,在一定的范围内,其发展变化不受或少受条件变化或途径经历的影响,坚持表现出某种趋向预先确定的状态的特性。⑸有序性原理。系统内部按一定的规律运行,各要素在系统中的位置以及它们之间的联系有一定的秩序,能够使系统产生一定的功能。⑹动态性原理。一切系统都处于不断变化、发展之中,绝对静态的系统是不存在的;任何系统的正常运转,不但受到系统本身的条件限制和制约,还受到相关系统的影响和制约,所以,随着系统内外条件的变化,加快了系统内外条件的组合和重新组合,从而激化了系统运动的动态性。此外,系统论还包括:相似性、相关性、稳定性、惯性和负反馈原理等。

1925年,奥地利生物学家贝塔菲(l.v.bertalanffy1901-1971)创立了系统论。系统是“由若干要素按一定关系组合的具有特定功能的有机整体,其中要素又称为子系统”。系统论是研究系统的一般模式、结构和规律的学问。它研究各种系统的共同特征,用数学方法定量地描述其功能,寻求并确立适用于一切系统的原理、原则和数学模型,是具有逻辑和数学性质的一门科学。[1](p55)系统是普遍存在的。由于构成要素不同,要素之间相互联系、相互作用的方式不同,系统可分为不同的类型。按自然属性,可分为自然系统和人造系统;按物质属性,可分为实体系统和概念系统;按运动属性,可分为动态系统和静态系统;按系统与环境的关系,可分为开放系统、封闭系统和孤立系统;按反馈属性,可分为开环系统和闭环系统;[2](p128-129)按规模,可分为小型系统、中型系统、大型系统和巨型系统;按复杂程度,可分为简单系统、复杂系统、超复杂系统;按状态,可分为平衡态系统和非平衡态系统。对系统进行分类,是为了把系统的抽象性与具体的客观事物联系起来加以研究。实际上,现实系统常常是以上几种典型类型的综合体,例如,自然生态系统和人类社会经济系统都是非平衡态的超复杂巨型系统。

4.突变理论

(四)系统的自组织理论

循环经济是指物质和能量梯次、闭环流动型经济,本质上是一种与环境友好的生态经济。它是运用生态学规律指导人类社会经济活动,回归人类社会经济系统与自然生态系统之间物质循环运动的本质属性,按照物质循环运动的规律利用自然资源和环境容量,实现人类社会经济活动的生态化和绿色化转向,实现人类社会经济系统与自然生态系统之间的良性循环。循环经济与传统经济最根本的区别在于:传统经济将经济系统看作完全孤立、封闭的系统,把经济增长看作是物质财富的线性增加过程,追求的理想目标是经济效益的最大化。从物质流向看,这种模式的特点是“资源—产品—废弃物”的物质单向流动,从自然生态系统提取物质和能源,还给自然生态系统污染和废物,通过把资源持续不断地变成垃圾来实现经济的数量型增长。而循环经济模式则克服了经济系统与自然生态系统相互割裂的弊端,要求恢复经济、社会与自然生态系统作为一个大系统的完整性,回归人类社会-经济系统与自然生态系统之间物质循环运动的本质属性,将经济系统组织成“资源—产品—再生资源”的反馈式流程,强调构筑“经济食物链”和修复循环链,在社会生产、流通、消费和产生废物的各个环节循环利用资源,对废弃物进行回收利用、无害化及再生,以提高资源的利用率,使所有的物质和能源在不断的循环中得到合理和持久的利用,把人类的经济活动和社会活动等对自然环境的影响降低到尽可能小的程度。循环经济系统内部的经济、社会、自然子系统之间相互进行着物质、能量和信息交换,目的是要改变工业革命以来,人类社会中的生产者和消费者越来越强,分解者越来越弱,引发越来越严重的资源、环境危机的现状,遵循“人类向自然的索取必须由人类对自然的回馈相平衡”的核心原则,实现“生产者、“消费者”和“分解者”之间的有机匹配与合理衔接,从根本上恢复和重建“自然—经济—社会”的合理规则和运行路线,形成良性的循环互动。

1.循环经济系统是复合的有机整体

突变论的创始人是法国数学家雷内托姆。他于1972年发表的《结构稳定性与形态发生学》阐述了突变理论。突变理论的主要特点是用形象而精确的数学模型来描述和预测事物的连续性中断的质变过程。突变论是一门应用科学,当它作为一门数学分支时,它是关于奇点的理论,可以根据势函数对临界点分类,并且研究各种临界点附近的非连续现象的特征。突变论认为,系统所处的状态,可以用一组参数描述。当系统处于稳定态时,标志该系统状态的某个函数应取唯一的值。当参数在某个范围内变化,该函数值有不止一个极值时,系统必然处于不稳定状态。雷内托姆指出:系统从一种稳定状态进入不稳定状态,随参数的再变化,又使不稳定状态进入另一种稳定状态,那么,系统状态就在这一刹那间发生了突变。突变论给出了系统状态的参数变化区域。

循环经济系统的信息获取,可以通过观察、调查、查询、监测、数据统计等多种手段。对获取的信息进行分析,也可以采用多种方法,归纳法、对比法、统计法、评价法等,在这里我们重点介绍其中的一种方法——指标评价法。为了便于对复杂的循环经济系统的错综复杂的信息进行科学的、综合的分析、处理,我们可将这些复杂的信息抽象成为一个综合反映循环经济发展状况和发展趋势的指标体系。所谓循环经济评价指标体系是对一定时期内循环经济系统各层次、各环节的发展水平和发展趋势进行全面、系统地测定和计量,并进行综合评价的一系列指标的总称。依据循环经济的内涵和目标,我们构建了循环经济评价指标体系,包括目标层、准责层、指标层3个层次。目标层:循环经济综合评价指数是我们通过测算所要得到的最终结果,这一结果横向可与其他国家(地区)进行同期比较,纵向可与本地不同时期进行比较,通过比较可以反映循环经济系统整体发展水平和发展趋势。总指数的计量来源于准责层的6个子模块。准责层:由6个子模块构成。经济增长指数用于评价系统的经济发展水平和趋势;科技进步指数用于评价系统的社会进步、科技进步状况;资源消耗指数用于评价系统中资源消耗的水平和趋势;废弃物排放指数用于评价系统废弃物排放的水平和趋势;资源利用效率指数用于评价系统资源利用效率水平;循环利用指数用于评价系统中资源循环利用的水平和趋势。6个子模块指数的计量分别来源于指标层相对应的指标。指标层:有36个指标。①经济增长指数包括13个指标。其中:国内生产总值增长率、人均国内生产总值、工业总产值、财政收入、进出口商品总额,反映综合经济发展规模和增长水平;资源密集型产业产值比重减少率、高新技术产业产值比重、第三产业占gdp比重、静脉产业占gdp比重增长率、资源密集型产品净出口比重,反映经济结构水平和趋势;全员劳动生产率、万元投资回报率、固定资产产值率,反映经济效益水平和趋势。②科技进步指数包括7个指标:科技进步贡献率、科技费占gdp比重、绿色技术占新技术比重、有毒有害产品淘汰率、有毒有害原料淘汰率、落后工艺技术设备淘汰率、绿色能源使用比率。③资源消耗指数包括5个指标:万元gdp能源终端消费量减少率、万元gdp消耗不可再生资源减少率、万元gdp耗水量减少率、万元gdp占用土地减少率、产品物料流失(损失)量减少率。④废弃物排放指数包括4个指标:单位gdp废气排放量减少率、单位gdp废水排放量减少率、单位gdp工业固体废弃物排放量减少率、单位gdp城市生活垃圾排放量减少率。⑤资源利用效率指数包括2个指标:能源利用率、原材料利用率。⑥循环利用指数包括5个指标:污水处理率、废水循环利用率、工业固体废弃物循环利用率、包装物回收利用率、城市生活垃圾分类处理率。[11]

1.信息的概念与特征

(三)控制论与控制论方法

2.循环经济系统是非线性系统

2.系统论的基本原理

所谓功能模拟法,就是根据模型和原型之间的相似关系来模拟对象,通过模型来间接地研究原型的规律性的实验方法。控制论的模型大致有两类:一类是实体模型或实物模型;另一类是理想模型,即形象或符号模型。功能模拟法不同于传统的模拟法,它不着眼于对象内部的具体物质组成和结构形态,也不着眼于对象的运动形态和能量特征,而是以功能或行为的相似性、代表性和外推性为条件,在系统与系统之间进行对比和模拟。由于这种功能或行为的相似性,在生物和机器以至社会生活中普遍存在,因而功能模拟法适用的范围更为广泛。功能模拟法可以运用黑箱理论从功能上描述复杂系统对环境影响的反应方式,而无需分析系统内部的物质基础和个别元素,不追求模型的结构是否与原型相同,从而揭示原型的复杂机制和基本功能。比如,电脑撇开人脑的复杂的结构和组成,从功能方面模拟人脑。功能模拟法注重信息在控制和自组织系统中所发挥的功能,并不意味着它完全撇开结构谈功能。不同的结构可以有相似或相同的功能,从这些相似或相同的功能中去揭示和确定它们各自的结构特点,就必须研究功能与结构之间更为复杂和细致的关系。功能模拟法建立在功能和结构是辩证的统一这种认识的基础之上。正是在对模型的行为和结构的内在联系进行研究的条件下,它可以发现和揭示新的尚未被认识的系统原型的特点和属性。[6](p98-112)

分形具有两个普遍特征:第一,它们自始至终都是不规则的;第二,在不同的尺度上,不规则的程度却是一个常量。奇异吸引子:这是系统被吸引并最终固定于某一状态的性态。有三种不同的吸引子控制和限制物体的运动程度:点吸引子、极限环吸引子和奇异吸引子(即混沌吸引子)。点吸引子与极限环吸引子都起着限制的作用,以便系统的性态呈现出静态的、平衡的特征,故它们也叫做收敛性吸引子。而奇异吸引子则与前二者不同,它使系统偏离收敛性吸引子的区域而导向不同的性质。它通过诱发系统的活力,使其变为非预设模式,从而创造出了不可预测性。从总体上看,耗散结构理论对于理解系统演化的前提条件有基本的重要性。协同理论阐述了子系统之间的竞争和协同,推动系统从无序到有序的演化,总体上推动了我们对系统自组织演化内部机制和动力的认识。超循环理论指出相互作用构成循环,提出了循环等级学说,从低级循环到高级循环,不同的循环层次与一定的发展水平相联系,揭示了系统自组织演化发展采取了循环发展形式。突变理论与系统自组织演化的相变理论①密切联系在一起,揭示原因连续的作用有可能导致结果的突然变化,揭示出相变的方式和途径、相变的多样性。对混沌和分形的研究,使得我们对于系统自组织的复杂性、系统自组织的发展的整个过程有了更深刻的理解。于是这些系统自组织理论使我们认识到,充分开放是系统自组织演化的前提条件,非线性相互作用是自组织系统演化的内在动力,涨落成为系统自组织演化的原初诱因,循环是系统自组织演化的组织形式,相变和分叉体现了系统自组织演化方式的多样性,混沌和分形揭示了从简单到复杂的系统自组织演化的图景。[7](p69-82)

循环经济系统作为非线性、非平衡态的复杂系统,其演化必然要遵循自组织原则。循环经济系统内部各子系统之间、各产业、各企业、各个社会基本单元之间,互相联系、相互作用,协同合作,从而使系统内部组织和结构,经历从简单到复杂、从相对分离到互相依赖、从封闭到开放、从无序到混沌到突变再到有序的演化过程。循环经济之所以能够保持经济、社会、生态的可持续发展,最根本的原因就是由于系统内部经过有效地演进和互动过程,使系统整体产生了特有的新质,释放出新的倍增的能量,具有自觉适应环境而不断自我更新和自我发展的功能机制。所以,循环经济在人类社会化生产中表现出勃勃生机。循环经济要求系统内部通过自组织,形成包含串联耦合和并联耦合的物质循环系统。由于现行经济运行体系是按产品流向构造的,即具有前向、后向关联的产品之间构成产业链和产品链;而缺少按物质流向构造的循环链,即上游产品、企业、产业的废料,成为下游产品、企业、产业的原料……。因此,循环经济系统要正常运行,就必须通过自组织,建立包含串联耦合和并联耦合的物质循环系统。串联耦合是指甲企业的产出成为乙企业的投入;而乙企业的产出成为丙企业的投入;最后,丙企业的产出又成为甲企业的投入。并联耦合则是指一个企业要输入多个企业的产品,又要把本企业的产品输往多个其他企业,这样就形成了一个并联回路。循环经济要求不仅在企业产品方面,而且在废弃物利用方面,在企业之间实现交叉输配的串联回路和并联回路,最终形成多重耦合的物质代谢网状结构。产品输出串联企业越多,生产效率越低;而废弃物输出串联企业越多,资源利用效率越高。要在两者间取得平衡,以基本实现资源的循环利用为标准。

比利时科学家伊里亚.普里高津(i.prigogine)在研究某些远离平衡态并且包含多基元多层次的开放化学系统时,发现这些系统通过耗散运动(与外界进行的物质、能量、信息的交换运动),在系统内部涨落(局部的起伏偏差)的触发下,可以自组织地形成某种动态稳定的时空上有序的结构,称之为耗散结构。生命系统、社会经济系统都是耗散结构,具有丰富的层次和结构。这些系统内部不断产生正熵,使系统趋向于混乱。为维持自身在空间上、时间上或功能上的有序状态,系统就要不断地从外界引入负熵流,进行新陈代谢过程。