基于物理-事理-人理系统方法论的制造业能源安全解锁模型

张　峰，薛惠锋，董会忠

(1.中国航天系统科学与工程研究院，北京　100048；2.山东理工大学商学院，山东　淄博　255012)



基于物理-事理-人理系统方法论的制造业能源安全解锁模型

张峰1，薛惠锋1，董会忠2

(1.中国航天系统科学与工程研究院，北京100048；2.山东理工大学商学院，山东淄博255012)

摘要：“工业4.0”和“中国制造2025”为制造业产业结构调整提供了新方向，针对制造业发展的多视角研究现状，确定了以产业能源安全角度对实现“智造强国”新路径进行探析的新思路。基于系统分析的“物理-事理-人理”理论和方法，构建了制造业能源安全的WSR三维解锁模型，并对制造业能源安全的物理(人类社会-能源系统状态)、事理(制造业能源安全预警)、人理(制造业能源立法)进行辩证分析，为制造业能源安全的系统研究提供了理论和方法支撑。

关键词：制造业能源安全；系统论；预警

近年来，制造业发展成为全球热点话题，特别是德国在汉诺威工业博览会期间提出“工业4.0”，旨在以数字化网络化智能化技术应用为重点，力图依靠科技创新，谋求未来发展的主动权。为抓住全球性的产业革命契机，“中国制造2025”应运而生，再次将全球的目光集聚于中国可持续发展战略。作为三大化石能源都为净进口的国家，推动中国制造业能源安全问题更具时代意义。因此，立足于国内制造业发展的研究现状，分析制造业能源安全驱动因素，实现制造业长期发展顶层设计，是迎接未来机遇与挑战的重要抓手。本文通过引用“物理-事理-人理”系统方法论，剖析制造业能源系统内在关系，构建制造业能源安全预警系统框架及决策支持路线，为推动国内经济及制造业的健康发展提供理论与方法支撑。

1制造业能源安全研究“锁”态分析

能源安全指一个国家或地区所拥有的可支配能源资源，可持续稳定的供应和清洁高效的利用，以保障国民经济持续稳定的发展和社会不断进步的需要，能源系统处于健康运行的状态。制造业能源安全系统作为其重要子系统，概念范畴与层次不断发生改变，并呈现一些特殊性：①高能耗导致供需矛盾突出。1997年以来制造业能源消费总量从78054万吨标准煤升至205667万吨标准煤，而能源供需缺口由2141.5万吨标准煤涨至29884万吨标准煤。②能源结构亟需优化。1997—2012年制造业能源消费中煤炭从62.4%降至51.93%，电力从5.993%涨至10.51%，清洁能源愈加被重视，但仍未摆脱以煤为主的现状。③制造业能源消费行业差别大。石油加工炼焦及核燃料加工业、非金属矿物制品业、黑色金属冶炼及压延工业等能源消费比重大，2001—2012年分别增长1.4倍、1.7倍、2.5倍。④制造业节能潜力行业差异性强。一些劳动密集型产业能源强度降低，通过挖掘节能潜力大、辐射效应强的行业可带动关联产业能耗控制。⑤制造业人力资本不断攀升加剧能源消耗。1997—2011年制造业人均工资增长率从6.04%升至203%。

目前学术界对制造业能源研究视角主要集中于：①基于能源强度视角的制造业能源安全研究[1-4]；②基于节能潜力的制造业发展研究[5-8]；③基于产业关联的角度[9-11]。

通过总结现有研究成果，可知当前制造业能源安全研究被锁于一定范围之内，表现在：①缺乏从产业能源安全的角度对制造业能源安全的概念界定及内涵进行探析；②从产业能源角度对制造业能源安全的系统分析框架较少，现有研究多呈现零碎性；③从制造业能源安全的角度对制造业能源安全预警管理等难点问题探析不足，尤其是从时间维、逻辑维和知识维等角度对其安全预警的系统分析较少；④缺乏从立法的角度对制造业能源安全进行研究，特别是缺乏按照制造业能源安全系统的辨识至预警体系的构建及应用，再到制造业能源立法的逻辑进行系统探讨。

2WSR方法论

物理-事理-人理(WuLi-ShiLi-RenLi,WSR)方法论主要包括“物理”、“事理”、“人理”3个方面，见表1。物理是指物质在具体运动过程中所涉及的机理，采用自然科学知识的相关理论用以阐释“物”具体指什么，如物体在做自由落体运动时所遵循的万有引力定律等[12]。

事理表示做事的道理，主要是探索怎么去调用现有资源。所采用的方法包括管理科学、运筹学等，重点解决“如何去做”，它是对系统的构建及模型的选择做出最佳决策，实现系统优化与管理，从而对系统资源配置及环境进行改善[13]。

人理表示做人的道理。所涉及的知识领域主要包括人文社会科学，对系统运行过程中人为主观关系进行分析，用以解决“应如何做”和“最好如何做”。人作为系统参与者具有高度的复杂性，所形成的实践活动也是复杂多样，系统运行也必须重视此因素的作用。

表1　物理、事理、人理系统方法论内容

资料来源：顾基发,唐锡晋.物理-事理-人理系统方法论。

3制造业能源安全的WSR解锁模型

利用WSR系统论可构建制造业能源安全三维模型，见图1。根据物理释义，可知制造业能源安全的分析需要辨识该产业能源安全对象，明确是什么的问题。制造业能源安全是从产业能源的角度剖析人类社会与能源系统间的内在关系，即“人类社会-能源系统”的现存状态及发展态势。本文选取系统论实现制造业能源安全的内涵界定、本质探索及对象研究，确定制造业能源安全的基本涵义及其外延。同时，制造业能源安全是安全集合的子集，要通过确定制造业能源安全的内涵，实现其基本特征分析，最终完成制造业能源安全的系统内涵的科学界定。

图1　制造业能源安全WSR三维解锁模型

制造业能源安全的事理内容研究是建立在对“人类社会—能源系统”科学识别的基础上，实现对制造业能源安全的状态水平进行预测分析、警情预报及合理控制，探析符合制造业能源安全特点的系统预警方法，将上述系统运行中所涉及指标、数据等进行统计分析，对复合系统的变动态势进行预测，及时发现整个系统运行稳定性的保持状况，若发生偏离则及时产生警报。制造业能源安全管理者针对警情制定相应的调控手段，优化不符合制造业能源安全要素，消除威胁安全状态的危机。

追溯制造业能源安全问题本源，为制造业可持续发展提供法律及政策导向，实现国家能源安全、经济安全、社会安全奠定基础，这是制造业能源安全人理所涉及的内容。通常可以采取多种措施引导及维护制造业能源安全，但最具有约束力的制度则为法律，利用产业能源立法对制造业能源进行科学规划和合理引导人的多样化行为。其目的在于以制造业能源安全为切入点，实现各产业能源消耗节约联动式发展，达到国家能源的合理开发利用的标准，提升人类的生活质量。其具体内容是按照法定的基本程序，由国家立法机关对关于能源开发与利用、生态建设与环境保护等制度体系进行完善。

4制造业能源安全的WSR解锁分析

4.1物理：人-能源系统状态

按照系统论的观点，自然生态系统可划分为不同的子系统，物质、能量及信息在其间进行流通，实现子系统及要素间相互影响，形成一个相对稳定状态。人类在自然生态系统中所进行的活动都需遵循生态系统演进客观规律，而过去人类的社会经济活动多数建立在对能源过度消耗基础上，对能源结构的变动产生了严重影响[14]。制造业能源安全问题既可理解为由人类社会作为参与者的自然生态系统的渐变与演化问题，也可理解为人类社会系统与能源系统间调整关系的问题。

参考汉语辞书，可以剖析安全的内涵。其中“安”的基本意义为安稳、平安，而“全”为整合、全面之意，两者分别表示系统稳定性与整体性。安全不是“安”与“全”简单的相加，两者相结合体现了涌现性，即安全指系统或者研究对象能够协调稳定，并处于非威胁状态，由于安全本身没有实体内容，应将其定位为一种属性。只有当安全一词与具体客观存在的主体对象相结合时，方可赋予其内涵，如安全与水资源相结合，则为“水资源安全”，水资源为安全的主体。系统内不同客观主体之间的相互作用关系所体现出的状态，即为安全的本质。

通过对人类社会系统与能源系统以及安全内涵的分析，可从产业能源视角阐述制造业能源安全的定义：制造业能源安全是指在人类社会-自然资源复合系统中，制造业能源消费结构合理，清洁能源完成了对高排放、高污染能源的替代，能源消费总量趋于稳定，制造业能源消费行业差别不大或无差别，行业间的节能潜力相近，人类对能源的使用既能达到制造业稳定持续的发展的生产需求，也可保障人类的健康与社会经济的协调发展，生态环境及资源也没有遭受不可逆的破坏，整个系统没有遭受威胁，维持一种稳定有序的运行状态。

制造业能源安全从本质上可被认为是人类社会系统与能源资源系统间保持一种相互作用的动态关系：①制造业能源安全是一种状态，这种状态是反映制造业的发展与其他相关产业的联动能力上，反映在人类社会与能源环境复合系统的稳定可持续提升的状态，其终极目标是实现人类自我发展与能源利用之间的协调；②制造业能源安全是人类社会与能源系统之间的耦合性，其安全意义是建立在双系统的相互作用基础之上，即制造业能源安全的安全载体为人类社会—能源复合系统；③人类社会的和谐可持续发展是实现制造业能源安全的根本目标，生态环境质量是制造业能源安全的基本保障；④人类社会的健康发展是否遭受到制造业能源使用的威胁，应是判定制造业能源安全程度的最终标准。

4.2事理：制造业能源安全预警

根据A.D.Hall提出的系统三维结构，将制造业能源安全预警体系划分为时间维、逻辑维和知识维[15]。时间维是指时间序列下制造业能源安全预警的具体程序，主要有界定警态、透析警源、评估警兆等。逻辑维是指能源安全预警所需进行的基础工作，如数据资料收集与整理、系统建模、诊断分析等。知识维是指实现制造业能源安全预警过程中所涉及的技术、经验、知识，集成跨学科、跨领域优势。用系统工程理论指导制造业能源安全进行系统预警，确保对复合系统研究的整体性、关联性。因此，它是以寻找制造业能源安全最佳预警方案为目标。按照制造业能源安全预警三维结构，可确定制造业能源安全预警系统作业流程，见图2。

实现图2所示6个过程要建立专门的制造业安全信息管理系统，对制造业基础信息进行及时、全面、准确的收集整理与分析，同时建立安全预警与应急系统，建立健全安全预警机制，并按照不同的警情、警度，完善相应的应急预案，制定科学的预警措施。此外，建立专门的制造业能源安全预警管理机构，负责相关信息的统计、分析，对安全预警进行定期评价、对预警系统进行安全维护，以及安全制度的建立与完善等。

4.3人理：制造业能源立法

制造业能源立法需国家立法机关根据法定的程序，对相关规范性法律文件进行筛选、整合、补充与完善，涉及产业能源开发与使用、生态环境污染与防治等多方面。其基本特征如下：①全面性。制造业能源保护既要统筹被保护对象的广泛性，也要兼顾保护方法的多样性，这要求制造业能源安全立法所涉内容包括多方面要素。②关联性。制造业能源立法是以产业能源之间的相互协调，推动人与自然和谐关系的构建，强调制造业的发展必须建立在人类社会-能源复合系统内各要素的相互作用基础上，要符合自然生态内部规律。③公共性。从立法实施目标及保护对象来看，强调人类文明与健康、产业经济的稳定发展、生态环境和谐有序，这个范畴涵盖了全球产业能源的生态价值以及整个人类社会的利益，而非个人或局部利益，体现了制造业能源立法的社会职能。④焦点性。制造业能源安全问题已不是某个局部地区的问题，而是全球范围内的产业能源安全问题，无论是德国4.0，还是中国制造2025的实现，都需强化区域间人才、技术等各方面优势资源的合作。

通过系统分析目前国内产业能源相关法律法规，探析其中存在的漏洞及发展趋势，积极借鉴制造业发达国家的发展模式及法律体系，选取综合集成方法对国内制造业能源方面的法律制度进行优化，为建立健全制造业能源安全立法提供决策支持(见图3)。其过程应特别注重以下几点：①内容的全面性。制造业能源安全立法应明确作业环节中的准入程序，以及各作业环节、所采用的设备、工艺等能源消耗做出严格的标准，并确保监管到位。②与相关制度的配套性。制造业包括的能源具有种类多、总量大，所涉及部门繁多等特点，立法过程法必须协调好与现有制度、法律的关系，以及处理好与物流业等产业间的能源利益分配。③扩大制造业清洁能源市场份额。当前制造业正处于结构调整的关键期，清洁能源总量比重及市场份额较低，立法保护应予以制造业使用清洁能源稳定的市场份额，以保障制造业能源供应的平衡。

图3　基于综合集成的制造业能源安全立法决策技术

图2　制造业能源安全预警系统框架图

5结语

本文在分析当前制造业能源安全研究现状的基础上，提出了以系统方法对制造业能源安全进行研究的思路，建立了安全分析模型，并基于系统认识、预警和安全立法，对制造业能源安全的物理、事理、人理进行了系统分析，为解决当前制造业能源安全研究多视角、多领域造成的不一致性问题提供了新思路，并对新形势下保障国家制造业能源安全的实践工作具有指导作用。

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(责任编辑沈蓉)

An Analytical Model for Energy Safety of Manufacturing Based on the System Methodology of Wuli-Shili-Renli

Zhang Feng1，Xue Huifeng1，Dong Huizhong2

(1.China Academy of Aerospace System Scientific and Engineering，Beijing 100048，China;2.School of Business，Shandong University of Technology，Zibo 255012，China)

Abstract：The industrial structure adjustment of manufacturing is provided a new direction for the plan of “Industry 4.0”and “Made in China 2025”.There are many ways to realize manufacturing industry transformation，but the industry energy security is a new perspective.So the manufacturing energy security of the WSR three-dimensional model is built based on the systematic analysis of“Wuli-Shili-Renli”theory and method.Human society-energy system state is the Wuli of manufacturing energy security，and manufacturing energy security early warning is the Shili，and manufacturing energy legislation is the Renli.It can provide the theoretical and method support for the manufacturing of energy security system research.

Key words:Manufacturing energy security；System theory；Early warning

中图分类号:X32

文献标识码:A

作者简介：张峰(1989-)，男，山东济南人，中国航天系统科学与工程研究院博士研究生；研究方向：系统工程。

收稿日期：2015-07-13

基金项目：国家自然科学基金项目“区域复合生态经济系统耦合效应与政策调控研究——以黄河三角洲高效生态经济区为例”(71371112)，山东省自然科学基金项目“山东半岛蓝色经济区环境经济复合系统仿真与预警机制研究”(ZR2012GM020)。