事关国家兴衰的标准化领域（续）——复杂产品系统的标准化

文/李春田

事关国家兴衰的标准化领域（续）
——复杂产品系统的标准化

文/李春田

A模式——基于黑箱理论的模块化

1. A模式的方法论基础：黑箱方法

黑箱方法是探索复杂大系统的重要工具。它通过考察对象的输入、输出及其动态过程，而不直接考察其内部结构和相互作用的大量细节，只是从总体行为上去描述和把握系统、预测系统的行为，定量地认识研究对象的功能特征、行为方式及其机理的一种科学方法，这在研究复杂系统时特别有用。

所谓“黑箱”，就是指那些既不能打开，又不能从外部直接观察其内部状态的系统。黑箱方法则从综合的角度为人们提供了一条认识事物的重要途径，尤其对某些内部结构比较复杂的系统和迄今为止人们的力量尚不能彻底认识的系统。

运用黑箱方法研究系统，首先要孤立黑箱、确认黑箱——规定它与周围环境的边界，将它从系统（环境）中分离出来之后，即可采用被动考察和主动实验等方法来研究黑箱，使黑箱变成白箱。有时黑箱模型不止一个，这种情况下，系统应辨识其中最合理的一个。

当我们把一个复杂产品系统作为研制对象时，由于这个系统中还有许多未知的领域和大量的不确定问题，我们无法像对待一般产品那样，一切全在掌握之中，可以做到由总体设计到施工设计再到生产制造一气呵成。对于复杂产品系统，只好把那些连总设计师也不清楚的不确定的难题装进黑箱里，一步步地向能打开黑箱的专业人员传递，最后再一层层地打开黑箱，变不确定为确定，变未知为已知。

2. A模式的运作方式：模块化设计制造

模块化是标准化的高级形式、黑箱方法的实现形式。模块化运用黑箱原理应对复杂性的主要对策是：

①复杂产品系统的全部功能要求，可通过组合功能模块的方法来实现，即复杂产品系统采用模块化架构。

②用模块分割系统，限制要素间的交互作用，把复杂系统变成一个个较为简单的系统，模块设计者所承担的任务，其复杂程度便会显著降低。

③如果模块还是复杂，可继续分割下去，直到对专业人员来说，黑箱已变成了白箱，这时便可设计制造模块了。

④产品的模块化架构，有利于对复杂系统分散决策，使决策方式从集中管理变为对每个模块的管理，从而可以显著地降低对复杂产品系统管理的难度。

⑤当所有黑箱被一层层打开，所有模块均已建成，即可通过一层层的模块系统集成，最终实现复杂产品系统。

⑥由于复杂产品系统通常是根据用户的特殊要求定制的，产品结构中将使用较多的专用模块。又由于模块的开发工作量极大，所以模块集成商常需将非核心技术模块外包，形成模块化产业集群。

⑦模块化产业集群一旦形成，便开始了背靠背的模块研发竞争，产生无与伦比的创新效率。

⑧模块具有可并行开发、分散化创新、竞争性再集中和事后改进，以及模块的可分、可合、可互换等特点，从而使采用模块化架构的复杂产品系统充满无限的生机和活力，产品系统虽然高度复杂却有极强的应变能力。这种能力已经成为当今市场竞争中决定胜负的关键能力。

在上述所有活动中，必须首先建立能确保系统整体性的“设计规则”或“设计规范”，对模块划分、模块研制、模块集成过程中必须遵守的规则和必须满足的要求，以及在整个过程中必须保留和正确处理的关系、联系和接口等作岀统一规定。它既是模块化架构的顶层设计，又是整个系统运作的总依据。如果模块（子系统、分系统）较大，是一个相对复杂的系统的话，它还要通过建立相应的子规范、分规范，用以指导子系统、分系统内部的模块化。如此发展下去，便形成一个规范体系，它是模块化成功的最重要的保证。

此外，模块化所特有的选择权和事后改进的特点，可以一定程度地弥补人们预期的不完全性和解决复杂问题能力的有限性，起到降低不确定性的作用。

在传统制造业里模块化方法早有利用，用模块化解决复杂产品系统最成功的典范是IBM的计算机设计革命。到现在，无论是一般工业产品还是复杂产品系统，模块化已成为首选的创新模式。从家用电器到机器设备，从运载火箭到航空雷达，从高速列车到航空母舰，都不约而同地选择了模块化架构，最具竞争力的模块化智能手机也已问世。

B模式——基于系统理论的综合标准化

1. B模式的方法论基础：系统分析方法

当我们要创建一个复杂产品系统或者要解决复杂产品系统中的某些问题时，标准是必不可少的。但是，由于前面提到的，人们认识和解决复杂问题能力的有限性，我们无法知道需要制定多少标准？什么标准？更无法知道标准该制定成什么样？如何克服这个复杂性难题呢？系统分析方法便是可借助的科学方法之一。它不仅把标准化对象作为一个系统，而且还把这个系统放到它所存在的更大的系统（环境）中进行考察。根据我们创建这个系统的目的和确立的目标，运用各类方法和工具（如模型化方法、定量化方法、最优化方法，以及从定性到定量的综合集成方法等），通过自上而下的分析，不仅要找到影响目标实现的相关要素，而且要弄清楚目标与要素之间，以及要素与要素之间的定性与定量关系，从而为总目标的分解、落实，以及相关标准的制定提供基本依据。这个系统分析过程非常之重要，是决定综合标准化成败的关键。每一个综合标准化项目，都是一项系统工程，都要经历一系列步骤和过程，其中的每一步都要经历分析和决策的反复迭代，可以说，在综合标准化过程中起关键作用的是以系统理论为基础的系统分析方法。

2. B模式的运作方式：综合标准化

综合标准化不是单纯制定标准，它是要解决问题，而且是解决比较复杂的问题。恰是由于复杂，常常无从下手，不知道该怎样做、做什么才能达到预期的目标。综合标准化借助系统分析方法，进行“自上而下”的分析，不仅要确定与目标的实现密切相关的要素，而且要搞清楚各相关要素与产品系统之间，以及各要素相互之间的定性和定量关系，依此将我们设定的总目标（总要求）分解为各相关要素的分目标（分要求）。如果相关要素的分目标仍然复杂难以落实，可再进行分解，直到能够落实到具体的执行主体，随后的工作就是制定确保目标实现的标准。这些标准虽然各自的目标不同、任务不同、执行主体也不同，但却都围绕一个总目标并保证总目标的实现，它们被称为“标准综合体”。贯彻实施这个标准综合体，便可使复杂产品系统创建和运行中的问题得到解决，这种方法运作上的特点便属于IEC所提倡的“自上而下”的标准化方法。

从系统分析到形成标准综合体，是一个由分析到综合的反复迭代过程。在这个过程中，自上而下的分析使复杂系统简化，帮助我们认识系统，知道该定哪些标准和定什么样的标准；自下而上的综合，是把标准组织起来，形成一个标准综合体，也就是建立一个复杂的标准系统。只有用复杂的标准系统才能解决复杂产品系统的问题。因为这个标准综合体已不是单个标准的简单相加，而是参数指标经过整体协调，各要素互相关联、互相作用的有特定功能的有机整体，它所产生的系统效应，是它能解决问题的根据。

为实现一个较为简单的目标，通常建一个标准综合体就能解决问题。对于较复杂的系统目标（需要再分解的目标）则需要建多个标准综合体，分别解决各个分目标的问题。各综合体之间的关系，犹如各子系统之间也是互相关联的，共同保证更高层目标的实现。

《中国工业报》曾经对综合标准化做过这样的评论：“我国战略性新兴产业作为技术前沿领域，标准体系尚不成熟完备，标准缺口较大，而综合标准化恰好采取集中、成套制定标准模式，可以在短期内填补标准空白，解决标准缺口较大问题。其次，我国战略性新兴产业具有技术种类多、更新快，产业竞争白热化等特点，使得标准制定中的配套性、协调性难以保障，而综合标准化恰好采取系统思考、统筹规划的方法，可以解决标准内容之间协调优化问题，保障标准的配套性。可见，当前在战略性新兴产业开展综合标准化工作，正好契合了战略性新兴产业对标准的需求，可谓开展正当时。”[1]

A+B模式——模块化与综合标准化互相融合

模块化和综合标准化都是应对复杂性的标准化工具。

模块化是从改变复杂产品系统的架构入手，将复杂产品系统的一体化架构改变为模块化架构，实现对一体化架构的分割，从而使其每一部分变得简单，以达到降低复杂性的目的，使我们有可能对复杂产品展开设计和制造。

综合标准化是从复杂产品系统的目标入手。我们无论创建什么系统，都是有目的和具体目标的。实现预定目标，是创建复杂产品系统的最终目的。因此，综合标准化坚守目标导向原则和用系统分析方法对目标进行分解。但是，目标不是抽象的，对复杂产品系统来说，会大量涉及物理实体，如设备、材料、部件、零件等，它们都可能是目标的载体。对目标的分解，常常会变成对物理实体的分解，这就演变成模块化过程。反过来，在模块化过程中对每个具体模块（黑箱）进行处理时，又可借助综合标准化的方法对黑箱进行系统分析，找到打开黑箱的途径。

因此，A模式和B模式都不是绝对的，它们在解决具体问题过程中有时只用A模式或B模式，有时交叉并用，你中有我，我中有你，这就是A+B模式。

复杂产品系统的标准化是“重中之重”

注：[1]摘自《契合新需求 创综合标准化新局》（中国工业报，2011-08-26）

复杂产品系统的标准化，是一个世纪性课题。虽然我们对它的认识还很肤浅，但是，有一点是肯定的，它己经或必将成为国家之间经济和科技实力较量的焦点和未来标准化发展的重点。因此，IEC已经将其提到议事日程并纳入《发展纲要》。IEC认为：“技术多样性以及许多新兴市场中的技术融合（特别是那些大型基础设施建设领域），现在需要自上而下的方法开展标准化。首先从系统或系统架构层面开展工作，而非以往的从产品层面开展工作。系统标准在多领域的需求将快速增长，包括环境、安全和健康。”ISO在质量管理和环境管理领域的标准化取得成功之后，一发而不可收拾，接着在食品安全、社会安全、信息安全、道路交通安全、能源管理、风险管理、社会责任等关键领域，推出了近20个基于系统方法的管理系列标准。2012年国家标准委以“系统管理”的思维将综合标准化列为“重中之重”，选择了现代农业、大型客机、海上钻井平台、智能电网、电子商务、社会管理和公共服务等典型的复杂产品系统开展了大范围的综合标准化试点。工业与信息化部在太阳能光伏、半导体照明、云计算、物联网、锂离子电池、智能电视、智能终端等产业发展的重点领域（共10大领域72个子领域）的综合标准化项目正在扎实推进，并筹划下一步挑战智能制造领域。中国向高难度的现代标准化迈出的这一步，是有里程碑意义的，必将对中国经济的腾飞产生深远的影响。

在面对复杂系统的大规模工程时代，所谓标准化实力，主要不在于你拥有多少标准，也不在于你有多大机构和多少人，更不在于你规范了多少业务流程，关键是看你是否具有应对复杂系统的能力并参与其中做出实实在在的成效，这才是当今时代要求标准化具备的“能力”。

这种“能力”的培育和形成，要经历极其艰难的过程，要做大量艰苦细致的工作，要有相当规模的资源投入，毫无疑问它一定是标准化战略的重点。

这种“能力”的研究，也就是解决复杂产品系统的标准化难题，必将成为各类科研机构攻坚的目标。对标准化研究机构来说，同样的是对它的研究能力和研究水平的考验。

所谓“高素质标准化人才”的培养，除了把他们放到复杂性“灾难”之中去磨练，让他们组织跨学科、跨专业、跨领域的专家团队去攻克标准化难题之外，别无他法。

我国的标准化搞了60多年，已经有了相当的基础，标准数量的增长已不是当务之急，到了该用标准解决关键性难题的时候了，也就是到了该转型的时候了。

当年，聂荣臻元帅主管标准化工作时，讲过一句很有分量的话，他说标准化工作搞不好会“误大事”的。什么才是大事呢？事关国家兴衰的课题就是大事，别的小事做得再多再好，如果对这类大事无所作为，就有可能“误大事”。标准化工作的对象永远是无限的，随便一抓就是一大把，但标准化的资源却是有限的，因此，国际标准化界才提出了“优先顺序”的概念。聂帅的教导不仅为我们安排优先顺序指明了方向，而且指出了标准化规划和战略的重点和方向。当前的重点和方向就是要把这类与国家命运攸关的事情提上日程。

本文所述的复杂产品系统标准化的3种模式（可能还有许多种），只是根据已有经验的探索，需要解决的技术和方法难题还有很多，探索的路还会很长、很艰巨。但是可以预见，无论哪个国家要想使自已的复杂产品系统在国际市场占有一席之地，就一定要占领这个标准化高地。

（作者：中国标准化协会常务副理事长、上海市质量和标准化研究院首席标准化顾问）