工业5.0：成为更有意义的工业系统

李高勇 刘露

欧盟在2020年9月发布的报告《工业5.0的使能技术》中提出工业5.0的概念，2021年1月发布首个工业5.0白皮书《工业5.0：迈向持续、以人为本且富有韧性的欧洲工业》。该白皮书中正式定义了工业5.0，认为工业5.0是“通过使生产尊重地球的边界，将工业劳动者与他们的利益提升为生产过程的优先利益，实现劳动者就业和经济增长以外更广泛的社会目标，提供稳健繁荣的新型工业系统和生态”。在2022年初发布的《工业5.0：欧洲变革愿景》进一步阐述了工业5.0的目标和愿景，期望构建可以应对冲击和压力、实现可持续增长的更具弹性的新经济生态系统，以应对当前以及未来可能爆发的各种危机。

工业5.0源于工业4.0，但又不是工业4.0的简单延续。它将工业4.0嵌套在更广泛的社会技术背景下，强调人代替技术决策和治理，从而提升工人的福祉以及实现环境的可持续发展。2013年，德国在汉诺威工业博览会提出工业4.0的概念。此后的近10年里，信息物理系统推动生产中的供应、制造、销售信息的数据化和智能化，并以此为基础建立高度灵活的、个性化和数字化的产品与服务生产模式。工业 4.0本质上是技术性的，以网络物理对象为中心，其目的是通过数字连接和人工智能提高效率。在工业4.0中，信息物理系统通过智能组件的嵌入实现信息系统与工业过程的深度整合，为价值链的全领域和全环节构造自感知、自分析、自诊断、自决策、自执行和自适应能力，从而降低研发、生产成本，提高生产效率和产品质量，也构建了灵活敏捷和可动态调整的的生产系统，为真正实现大规模定制生产提供技术基础。

但是以系统自治为中心的工业4.0也产生了很多新的问题。例如，工业机器人的广泛应用将劳动者排除在岗位之外，人工智能的应用使人类智能无法发挥在处理动态性、不确定性和平衡长短期目标方面的优势，造成了工业4.0在创造就业机会、抵御供应链产业链冲击、应对生态危机等方面的能力不足。因此，为了推进工业繁荣惠及劳动者，避免经济发展以牺牲环境可持续性为代价，发展以人为中心的、人类智慧驱动的、以“人—信息—物理”系统为主基础的、实现绿色环保可持续发展同时又兼具韧性的工业5.0体系成为一种必然选择（见图1）。

专家学者给出实现工业5.0的多种建议。例如，将工作分为常规操作和创造性工作，由人工智能和机器人承担常规操作，将人从单调的操作中解放出来，从事创造性工作。然而，随着技术的进步，越来越多的创造性工作被人工智能所取代，挤压了人类专家的创造空间。周济等提出，在新一代智能制造中要强化人在制造系统的核心地位，合理统筹“人”“信息系统”和“物理系统”三者之间的关系。还有学者提出应该构建体验驱动的人机协同可视化智能设计系统、考虑人的文化程度和背景的人机协作系统等。他们的观点为实现工业5.0提供了原则与方向，但是可操作性并不强。

本文基于意义构建的视角，从决策和生产两个环节给出实现工业5.0的建议。智能化和自动化将人排除出决策和生产的同时也使个体失去了追求意义和实现自我价值的途径。工业5.0社会中，人的发展水平很高，人们将自我价值实现置于主导地位。个体希望理解更多的知识，满足好奇心，不断探索未知事物，预测和掌控未来，希望激发自己潜能并获取新的能力。因此，如果能把这些追求与探索整合到高度自动化和智能化的决策和生产中，那么就可以找到实现工业5.0的突破口。

决策环节的意义构建

机器学习、深度学习等技术的发展，导致人工智能越来越多地嵌入工作和生活，并且突破了人們的预期。传统观点认为，人工智能的主要应用领域是程序化决策和日常工作，事实上非程序化决策和创意性工作也开始被人工智能所取代。例如，人工智能能够独立完成插画的创造，人类棋手被人工智能击败。故障预测和预测性维护、产品质量检验，以及产品销售量预测等人工智能应用在生产领域逐渐普及。人工智能在非程序化决策和创意工作上的应用将从业者排除在工作之外，同时也使他们通过非程序化决策和创意工作追求意义和个人价值实现，最终导致诸多负面影响。因此，如果能够在人工智能进行非程序化决策和创意性工作的同时为相关工作的从业者构建意义，就可以实现工业5.0中所倡导的以人为本、提升工人福祉的目的。下面针对决策前、决策中和决策后三个阶段的意义建构，分别给出相应的建议。

决策前的意义建构

在人工智能应用开发时，即实际的决策之前就开展意义构建。英国爱丁堡大学教授香农·瓦勒尔（Shannon Vallor）认为，“（人工智能系统）是人类根据自己的价值观、激励措施和权力结构建造和部署的，只有将它们嵌入到系统中，系统才能更好地辅助应用场景。”

在决策系统开发前，开发人员将人类的常识、业务运转的逻辑纳入到系统的算法中，从而实现决策前的意义构建。但是，由于人工智能程序的开发者和使用者之间存在着巨大的认知鸿沟，使用者的经验、业务逻辑等难以在决策系统中体现，这也是人工智能决策系统不被认可的原因。为此，需要开发能够在使用者和开发者之间架起沟通桥梁的工具。

笔者在一项研究中发现，决策者可以通过“讲故事”的方式，即通过设计剧情，将管理决策的内在逻辑传递给人工智能开发者，即进行决策前的干预。这可以使人工智能应用更加贴近业务需求，更重要的是，这将使管理者感知到人工智能决策是基于其自身经验、知识和价值观等作出的，进而从决策结果中感受到意义和自我价值实现。

决策中的意义建构

意义的重要来源是对事物的掌控感，如果个体丧失对事物的掌控，事情对他的意义就会降低。当前人工智能输出的结果是定量的。甚至会对不确定性等进行定量分析，使得决策结果过于精细，决策结果变成了毋庸置疑的命令，而这导致管理者丧失了自由裁量權。

管理中的自由裁量权是指管理者有权在自己的职责范围内、在一定的决策空间中作出决策，并对其决策结果负责。管理自由裁量权一方面可以使管理者感受到所发生的事情是在自己的掌控中的，另一方面，也使管理者的自我价值得以实现。当管理者发挥自由裁量权时，更有可能创造出比预期更好的产出和绩效，更有可能促进个人的发展。因此，管理自由裁量权的设计是意义构建的重要途径。

开发基于人工智能的自动化决策系统时，要预留自由裁量权，确保管理者感受到是自己在作出决策，并对决策结果负责。例如，由决策程序输出若干种决策方案，请决策者从中作出最终选择；降低人工智能决策的量化程度，在有限范围内处理风险的判读以及预测的结果，由管理者在范围区间内作出选择。

决策后的意义建构

人类天生对待处理的任务和待实施的行为有好奇心，希望知道原因以及隐藏的原理。通过了解事情的全貌，人们为任务和行为构建意义。然而，人工智能，特别是基于机器学习和深度学习的人工智能，其运算过程对于人类来说是黑盒子，这导致了人们无法了解决策依据，从而无法对任务构建意义。一项研究表明，在决策中使用人工智能，会降低那些责任心比较强的个体执行决策的动机，因为责任心强的管理者更希望了解任务。另外一项研究表明，对人工智能的决策进行解释，既可以提升决策执行的力度，也可以提升决策实施的效果。

因此，对于自动化决策的结果，应该给予充分的解释。在当前的技术框架下，人们难以明确机器学习的运算过程，但是依然可以采取一定的措施，对决策结果进行解读。具体来说，可以采取两种方式。

第一，关注决策的因果关系，而非决策的细节实现。例如，某线上服装销售商的销售数据显示，羽绒服销售较好的省份是江苏省，销量甚至高于寒冷的东北地区。通过对结果进行分析发现，江苏处于南北交界，冬天气候较为寒冷，但是又不属于集中供暖地区，由此便可以理解其羽绒服销量比东北地区更高的原因了。

第二，挖掘人工智能决策的依据与过程，帮助人们理解所执行任务的依据，以及工作的重要性，这样人们便可以为所执行的任务构建意义。正如普林斯顿大学的理论计算机科学家桑吉弗·阿罗拉（Sanjeev Arora）所说：“我们需要更多地了解深度学习系统的黑匣子里面发生了什么，让人们明白决策结果的依据，知道他们要从事的任务的意义。”

生产环节的意义构建

工业4.0中自动化设备和工业机器人的广泛应用大幅提升了生产效率。然而，效率提升的同时，产业工人数量却在减少，工人福利也在下降。工人成为自动化生产的辅助，从事诸如巡检等无意义的工作。这些工作重要性非常低，而且单调枯燥，工人无法从中获得意义，从而产生消极怠工情绪，缺少工作积极性。

工业5.0如何在生产环节实现以人为本？当前普遍的建议是实现人与机器的高度协同，并根据人与机器在执行任务时的关系构造“人在回路中”和“人在回路上”两类系统。“人在回路中”是指在系统中，机器根据人的指令完成任务，当机器完成任务后需要等待新的指令，再根据指令执行任务。“人在回路上”则是一套能够独立、完整执行任务的自治系统，人的主要任务是提供系统难以获取的专业知识，同时在系统无法完成任务或者忽略了重要问题时做出响应。实际操作中，“人在回路中”人的参与成为生产瓶颈，降低了自动化设备的效率，而“人在回路上”的应用范围有限，大量的自动化设备所处的生产环节属于程序化操作，对人类的专业知识需求量较小。那么，如何帮助工人感受到工作的意义，从而发挥其在自动化生产中的重要作用，以实现工业5.0？可以采取三种方法，即增加工人的临场感、参与度和掌控感。

增加临场感

临场感是指个体感知到自己身处现场的程度，它是个体产生心理感知的基础。临场感的增强更有利于激发个体的归属感以及个体执行任务的动机，有利于促进群体中的交互与协作，并增加群体成员的凝聚力。因此，通过增强临场感，工人们能获得更真实的生产作业体验，获得生产作业上的感性认识，从而感受到工作的意义。

当前，虚拟现实、增强现实和元宇宙等技术为增加工人的临场感提供了工具。高清视频和图像为工人提供沉浸感，使其能够观察和感知工作现场；超低延迟在功能上实现同步操作，可以及时为工作现场提供反馈。因此，远程登录依然可以让工人有身临其境的感觉，增加他们对工作现场的感知，提升他们对工作的认知，从而使他们感知到工作重要性。例如，在华为开发的智慧矿山解决方案中，5G高清视频将矿井里的设备状态、作业场景传送到地面指挥室，矿工在办公室同样能够感受到地下作业现场，在实现了自动化生产的同时，并没有将工人完全排除出生产，反而让他们感受到工作依然是重要的。

增加参与感

如果能够提升工人的参与感，他们便能获得独特的体验，感受到自己在创造独特的事物。当个体参与到任务中时，他们可以真实地感受到，通过自己的工作和努力能够如何影响事物并为自己带来回报，实现自身价值。因此，在工业5.0中，如何增加工人们的参与感，他们就可能避免因高度自动化而被排除生产过程所引发的负面情绪，使工人在自动化生产中获得独特的意义体验。

在现有基础上，可以通过两条路径来增加工人的参与感，进而实现工业5.0。

一条路径是“人在回路上”，即个体将自己的经验等内化到生产系统中。例如，工人参与生产系统的开发，并将他们的经验和对生产的理解与系统融合，提升生产系统的智能性和业务的匹配度。同时，工人对生产系统进行监督和控制。相较于工业4.0中的巡检等工作，这种方式使工人能够以更加智慧的方式参与到生产中。

另一条路径是使机器变成人体的延伸，从而增强人的力量、精准度等。这种操作从工业革命开始就一直存在，例如，汽车代替步行提升了人类速度，起重机提升了人类的力量。工业机器人可以协助人完成更加精细的工作，成为人类器官的延伸而非简单的替代。例如，远程手术中，医生操纵远程机器人为病人治疗，机器人成为医生的延伸，基于医生丰富的工作经验完成手术。

增加掌控感

掌控感是个体对所从事的工作与所执行的任务在多大程度上可以控制的感知。自动化包括流水线生产，其特点之一是剥夺了工人对生产过程的控制，工人成为生产线上的螺丝钉，从而厌倦工作，感受不到工作的意义。当人感受到自己能够控制自己的工作时，他们便会产生责任感，将完成工作以及高质量地完成工作作为他们价值的体现。

数字技术的广泛应用，重构了业务流程，消除了业务流程之间的边界，所有的企业成员都需要为企业的使命与目标负责，这为生产环节的每个人提供获得掌控感的条件。物联网技术实时存储生产流程中的作业状况、环境参数等数据，实现全流程管理和全程溯源。在生产中，为产品打上二维码，并与生产过程数据库链接，通过扫描二维码可以追踪生产过程中的每一个环节的生产状况和负责人。如果最终产品出现问题，则可以通过追溯查找产品在哪个环节出现异常。在这种情况下，工人需要对最终产品，而不是自己的下一生产环节负责。工业5.0中，企业的使命是提升环境的可持续性，可以采用同样的方式，追溯生产环节，从而使工人对自己的工作具有一定的掌控感。

本文从意义构建出发，从决策和生产两个环节给出实现工业5.0的建议。然而，工业5.0是复杂的工业系统，通过意义构建实现以人为本只是其部分目标，要实现工业5.0，还需要更多的努力和探索。