复杂网络理论下生态工业系统稳定性管理研究

"生态工业"的提出推动了全球生态工业园在短短二十年里发展到12000余个。而发展中频频出现的种种脆弱性问题已成为这一模式推广的最大障碍。本项目运用近二十年来影响力和实用价值日渐提高的复杂网络理论，建立"资源-企业-系统"多级网络模型和系统稳定性信号源，以此揭示生态工业系统波动的演变规律。用节点度值为基础构建企业重要度模型，以识别企业地位。构建企业波动方程揭示企业稳定运行的内在规律。构建企业关系模型，提出企业关系动态演变的有向有权网络图，确立企业关系的监视信号和方法；从小样本条件下评估企业关系性质，提出维持关系稳定的管理思路。借助于度分布值分析生态工业系统的发展周期，进而运用择优机制和增长机制构建系统的发展模型，并测试系统的鲁棒性和脆弱性。探讨通过管理分别增强系统的修复能力和抵抗能力，并研究系统运行的同步性管理。这些研究体现出运用复杂网络工具提升生态工业系统稳定运行的新思路。

在生态工业模式成为现代工业制造创新模式过程中体现出的脆弱之处，暴露出当前国内外相关研究中存在如下不足：①在构建和运行生态工业系统时，如何辨识系统中企业重要度、系统结构特征、企业波动的因素及其关联的参数集，并据此形成可控的管理参数集值得进一步研究；②在构建不同种类的企业耦合及互作用时，如何建立更有效的复杂关系处理机制，为企业及其关系稳态发展提供新的控制工具并进一步拓展到多产业链值得深入研究；③在企业和企业关系基础上如何有效地诊断生态工业系统增长和发展过程中的波动仍缺乏相应的模型化方法。.为此，本项目旨在识别生态工业系统复杂网络结构特征与增长机制基础上，从企业、企业关系和生态工业系统三个层面揭示生态工业系统成长和波动成因、演变规律与稳定性管理原理。经过四年研究，解决了以下关键问题：.（1）生态工业网络结构特征识别。本项目将复杂加权网络理论引入生态工业系统描述中，构建“资源-企业-系统”多级拓扑网络，建立系统资源配置模型，重点分析生态工业网络结构的复杂性特征和社团性特征，证明运用复杂网络理论研究生态工业系统的可行性；.（2）共生环境下企业关系识别与预测机理。运用复杂网络理论探讨生态工业系统的形成机制，改进了复杂网络理论中的BA模型和HK模型。奠定了生态系统中可控关系参数与目标关系参数的辨识的理论基础；.（3）生态工业系统波动成因。构建系统静态波动的检测信号，确立系统运行稳定性判断的客观数据。在此基础上，运用网络增长模型研究生态工业系统的增长机制，探索系统波动的内部规律。这些研究成果将丰富生态工业系统管理理论与方法，提升系统运行的可实践性和稳定性。.研究报告分为七章，第一章介绍项目的研究背景。第二章以复杂网络理论为基础，重点分析生态工业网络结构的复杂性特征和社团性特征。第三章探讨生态工业系统在边删减的动态情形下和社团结构下的形成机制。上述三章为本项目的研究奠定理论基础。第四章研究生态工业系统中企业重要性的识别方法、核心节点和关键链的评估方法。第五章、第六章从静态和动态两个角度研究了生态工业系统中企业关系及稳定性问题。作为报告的集成，第七章从静态和动态两个角度探讨系统稳定性衡量指标、稳定性评价模型，以及系统运行效率评价方法。.比较此前相关研究中存在的缺陷，本项目的研究成果极大地丰富了生态工业理论的研究内容，也为生态工业模式的推广奠定了切实可行的理论基础和管理方案的设计思路。