基于物理-事理-人理系統(tǒng)方法論的制造業(yè)能源安全解鎖模型

張　峰，薛惠鋒，董會忠

(1.中國航天系統(tǒng)科學(xué)與工程研究院，北京　100048；2.山東理工大學(xué)商學(xué)院，山東　淄博　255012)

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基于物理-事理-人理系統(tǒng)方法論的制造業(yè)能源安全解鎖模型

張峰1，薛惠鋒1，董會忠2

(1.中國航天系統(tǒng)科學(xué)與工程研究院，北京100048；2.山東理工大學(xué)商學(xué)院，山東淄博255012)

摘要：“工業(yè)4.0”和“中國制造2025”為制造業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整提供了新方向，針對制造業(yè)發(fā)展的多視角研究現(xiàn)狀，確定了以產(chǎn)業(yè)能源安全角度對實(shí)現(xiàn)“智造強(qiáng)國”新路徑進(jìn)行探析的新思路?；谙到y(tǒng)分析的“物理-事理-人理”理論和方法，構(gòu)建了制造業(yè)能源安全的WSR三維解鎖模型，并對制造業(yè)能源安全的物理(人類社會-能源系統(tǒng)狀態(tài))、事理(制造業(yè)能源安全預(yù)警)、人理(制造業(yè)能源立法)進(jìn)行辯證分析，為制造業(yè)能源安全的系統(tǒng)研究提供了理論和方法支撐。

關(guān)鍵詞：制造業(yè)能源安全；系統(tǒng)論；預(yù)警

近年來，制造業(yè)發(fā)展成為全球熱點(diǎn)話題，特別是德國在漢諾威工業(yè)博覽會期間提出“工業(yè)4.0”，旨在以數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化智能化技術(shù)應(yīng)用為重點(diǎn)，力圖依靠科技創(chuàng)新，謀求未來發(fā)展的主動權(quán)。為抓住全球性的產(chǎn)業(yè)革命契機(jī)，“中國制造2025”應(yīng)運(yùn)而生，再次將全球的目光集聚于中國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。作為三大化石能源都為凈進(jìn)口的國家，推動中國制造業(yè)能源安全問題更具時代意義。因此，立足于國內(nèi)制造業(yè)發(fā)展的研究現(xiàn)狀，分析制造業(yè)能源安全驅(qū)動因素，實(shí)現(xiàn)制造業(yè)長期發(fā)展頂層設(shè)計(jì)，是迎接未來機(jī)遇與挑戰(zhàn)的重要抓手。本文通過引用“物理-事理-人理”系統(tǒng)方法論，剖析制造業(yè)能源系統(tǒng)內(nèi)在關(guān)系，構(gòu)建制造業(yè)能源安全預(yù)警系統(tǒng)框架及決策支持路線，為推動國內(nèi)經(jīng)濟(jì)及制造業(yè)的健康發(fā)展提供理論與方法支撐。

1制造業(yè)能源安全研究“鎖”態(tài)分析

能源安全指一個國家或地區(qū)所擁有的可支配能源資源，可持續(xù)穩(wěn)定的供應(yīng)和清潔高效的利用，以保障國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展和社會不斷進(jìn)步的需要，能源系統(tǒng)處于健康運(yùn)行的狀態(tài)。制造業(yè)能源安全系統(tǒng)作為其重要子系統(tǒng)，概念范疇與層次不斷發(fā)生改變，并呈現(xiàn)一些特殊性：①高能耗導(dǎo)致供需矛盾突出。1997年以來制造業(yè)能源消費(fèi)總量從78054萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤升至205667萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，而能源供需缺口由2141.5萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤漲至29884萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤。②能源結(jié)構(gòu)亟需優(yōu)化。1997—2012年制造業(yè)能源消費(fèi)中煤炭從62.4%降至51.93%，電力從5.993%漲至10.51%，清潔能源愈加被重視，但仍未擺脫以煤為主的現(xiàn)狀。③制造業(yè)能源消費(fèi)行業(yè)差別大。石油加工煉焦及核燃料加工業(yè)、非金屬礦物制品業(yè)、黑色金屬冶煉及壓延工業(yè)等能源消費(fèi)比重大，2001—2012年分別增長1.4倍、1.7倍、2.5倍。④制造業(yè)節(jié)能潛力行業(yè)差異性強(qiáng)。一些勞動密集型產(chǎn)業(yè)能源強(qiáng)度降低，通過挖掘節(jié)能潛力大、輻射效應(yīng)強(qiáng)的行業(yè)可帶動關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)能耗控制。⑤制造業(yè)人力資本不斷攀升加劇能源消耗。1997—2011年制造業(yè)人均工資增長率從6.04%升至203%。

目前學(xué)術(shù)界對制造業(yè)能源研究視角主要集中于：①基于能源強(qiáng)度視角的制造業(yè)能源安全研究[1-4]；②基于節(jié)能潛力的制造業(yè)發(fā)展研究[5-8]；③基于產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)的角度[9-11]。

通過總結(jié)現(xiàn)有研究成果，可知當(dāng)前制造業(yè)能源安全研究被鎖于一定范圍之內(nèi)，表現(xiàn)在：①缺乏從產(chǎn)業(yè)能源安全的角度對制造業(yè)能源安全的概念界定及內(nèi)涵進(jìn)行探析；②從產(chǎn)業(yè)能源角度對制造業(yè)能源安全的系統(tǒng)分析框架較少，現(xiàn)有研究多呈現(xiàn)零碎性；③從制造業(yè)能源安全的角度對制造業(yè)能源安全預(yù)警管理等難點(diǎn)問題探析不足，尤其是從時間維、邏輯維和知識維等角度對其安全預(yù)警的系統(tǒng)分析較少；④缺乏從立法的角度對制造業(yè)能源安全進(jìn)行研究，特別是缺乏按照制造業(yè)能源安全系統(tǒng)的辨識至預(yù)警體系的構(gòu)建及應(yīng)用，再到制造業(yè)能源立法的邏輯進(jìn)行系統(tǒng)探討。

2WSR方法論

物理-事理-人理(WuLi-ShiLi-RenLi,WSR)方法論主要包括“物理”、“事理”、“人理”3個方面，見表1。物理是指物質(zhì)在具體運(yùn)動過程中所涉及的機(jī)理，采用自然科學(xué)知識的相關(guān)理論用以闡釋“物”具體指什么，如物體在做自由落體運(yùn)動時所遵循的萬有引力定律等[12]。

事理表示做事的道理，主要是探索怎么去調(diào)用現(xiàn)有資源。所采用的方法包括管理科學(xué)、運(yùn)籌學(xué)等，重點(diǎn)解決“如何去做”，它是對系統(tǒng)的構(gòu)建及模型的選擇做出最佳決策，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化與管理，從而對系統(tǒng)資源配置及環(huán)境進(jìn)行改善[13]。

人理表示做人的道理。所涉及的知識領(lǐng)域主要包括人文社會科學(xué)，對系統(tǒng)運(yùn)行過程中人為主觀關(guān)系進(jìn)行分析，用以解決“應(yīng)如何做”和“最好如何做”。人作為系統(tǒng)參與者具有高度的復(fù)雜性，所形成的實(shí)踐活動也是復(fù)雜多樣，系統(tǒng)運(yùn)行也必須重視此因素的作用。

表1　物理、事理、人理系統(tǒng)方法論內(nèi)容

資料來源：顧基發(fā),唐錫晉.物理-事理-人理系統(tǒng)方法論。

3制造業(yè)能源安全的WSR解鎖模型

利用WSR系統(tǒng)論可構(gòu)建制造業(yè)能源安全三維模型，見圖1。根據(jù)物理釋義，可知制造業(yè)能源安全的分析需要辨識該產(chǎn)業(yè)能源安全對象，明確是什么的問題。制造業(yè)能源安全是從產(chǎn)業(yè)能源的角度剖析人類社會與能源系統(tǒng)間的內(nèi)在關(guān)系，即“人類社會-能源系統(tǒng)”的現(xiàn)存狀態(tài)及發(fā)展態(tài)勢。本文選取系統(tǒng)論實(shí)現(xiàn)制造業(yè)能源安全的內(nèi)涵界定、本質(zhì)探索及對象研究，確定制造業(yè)能源安全的基本涵義及其外延。同時，制造業(yè)能源安全是安全集合的子集，要通過確定制造業(yè)能源安全的內(nèi)涵，實(shí)現(xiàn)其基本特征分析，最終完成制造業(yè)能源安全的系統(tǒng)內(nèi)涵的科學(xué)界定。

圖1　制造業(yè)能源安全WSR三維解鎖模型

制造業(yè)能源安全的事理內(nèi)容研究是建立在對“人類社會—能源系統(tǒng)”科學(xué)識別的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對制造業(yè)能源安全的狀態(tài)水平進(jìn)行預(yù)測分析、警情預(yù)報(bào)及合理控制，探析符合制造業(yè)能源安全特點(diǎn)的系統(tǒng)預(yù)警方法，將上述系統(tǒng)運(yùn)行中所涉及指標(biāo)、數(shù)據(jù)等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對復(fù)合系統(tǒng)的變動態(tài)勢進(jìn)行預(yù)測，及時發(fā)現(xiàn)整個系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的保持狀況，若發(fā)生偏離則及時產(chǎn)生警報(bào)。制造業(yè)能源安全管理者針對警情制定相應(yīng)的調(diào)控手段，優(yōu)化不符合制造業(yè)能源安全要素，消除威脅安全狀態(tài)的危機(jī)。

追溯制造業(yè)能源安全問題本源，為制造業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供法律及政策導(dǎo)向，實(shí)現(xiàn)國家能源安全、經(jīng)濟(jì)安全、社會安全奠定基礎(chǔ)，這是制造業(yè)能源安全人理所涉及的內(nèi)容。通?？梢圆扇《喾N措施引導(dǎo)及維護(hù)制造業(yè)能源安全，但最具有約束力的制度則為法律，利用產(chǎn)業(yè)能源立法對制造業(yè)能源進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃和合理引導(dǎo)人的多樣化行為。其目的在于以制造業(yè)能源安全為切入點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)各產(chǎn)業(yè)能源消耗節(jié)約聯(lián)動式發(fā)展，達(dá)到國家能源的合理開發(fā)利用的標(biāo)準(zhǔn)，提升人類的生活質(zhì)量。其具體內(nèi)容是按照法定的基本程序，由國家立法機(jī)關(guān)對關(guān)于能源開發(fā)與利用、生態(tài)建設(shè)與環(huán)境保護(hù)等制度體系進(jìn)行完善。

4制造業(yè)能源安全的WSR解鎖分析

4.1物理：人-能源系統(tǒng)狀態(tài)

按照系統(tǒng)論的觀點(diǎn)，自然生態(tài)系統(tǒng)可劃分為不同的子系統(tǒng)，物質(zhì)、能量及信息在其間進(jìn)行流通，實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)及要素間相互影響，形成一個相對穩(wěn)定狀態(tài)。人類在自然生態(tài)系統(tǒng)中所進(jìn)行的活動都需遵循生態(tài)系統(tǒng)演進(jìn)客觀規(guī)律，而過去人類的社會經(jīng)濟(jì)活動多數(shù)建立在對能源過度消耗基礎(chǔ)上，對能源結(jié)構(gòu)的變動產(chǎn)生了嚴(yán)重影響[14]。制造業(yè)能源安全問題既可理解為由人類社會作為參與者的自然生態(tài)系統(tǒng)的漸變與演化問題，也可理解為人類社會系統(tǒng)與能源系統(tǒng)間調(diào)整關(guān)系的問題。

參考漢語辭書，可以剖析安全的內(nèi)涵。其中“安”的基本意義為安穩(wěn)、平安，而“全”為整合、全面之意，兩者分別表示系統(tǒng)穩(wěn)定性與整體性。安全不是“安”與“全”簡單的相加，兩者相結(jié)合體現(xiàn)了涌現(xiàn)性，即安全指系統(tǒng)或者研究對象能夠協(xié)調(diào)穩(wěn)定，并處于非威脅狀態(tài)，由于安全本身沒有實(shí)體內(nèi)容，應(yīng)將其定位為一種屬性。只有當(dāng)安全一詞與具體客觀存在的主體對象相結(jié)合時，方可賦予其內(nèi)涵，如安全與水資源相結(jié)合，則為“水資源安全”，水資源為安全的主體。系統(tǒng)內(nèi)不同客觀主體之間的相互作用關(guān)系所體現(xiàn)出的狀態(tài)，即為安全的本質(zhì)。

通過對人類社會系統(tǒng)與能源系統(tǒng)以及安全內(nèi)涵的分析，可從產(chǎn)業(yè)能源視角闡述制造業(yè)能源安全的定義：制造業(yè)能源安全是指在人類社會-自然資源復(fù)合系統(tǒng)中，制造業(yè)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)合理，清潔能源完成了對高排放、高污染能源的替代，能源消費(fèi)總量趨于穩(wěn)定，制造業(yè)能源消費(fèi)行業(yè)差別不大或無差別，行業(yè)間的節(jié)能潛力相近，人類對能源的使用既能達(dá)到制造業(yè)穩(wěn)定持續(xù)的發(fā)展的生產(chǎn)需求，也可保障人類的健康與社會經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)發(fā)展，生態(tài)環(huán)境及資源也沒有遭受不可逆的破壞，整個系統(tǒng)沒有遭受威脅，維持一種穩(wěn)定有序的運(yùn)行狀態(tài)。

制造業(yè)能源安全從本質(zhì)上可被認(rèn)為是人類社會系統(tǒng)與能源資源系統(tǒng)間保持一種相互作用的動態(tài)關(guān)系：①制造業(yè)能源安全是一種狀態(tài)，這種狀態(tài)是反映制造業(yè)的發(fā)展與其他相關(guān)產(chǎn)業(yè)的聯(lián)動能力上，反映在人類社會與能源環(huán)境復(fù)合系統(tǒng)的穩(wěn)定可持續(xù)提升的狀態(tài)，其終極目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)人類自我發(fā)展與能源利用之間的協(xié)調(diào)；②制造業(yè)能源安全是人類社會與能源系統(tǒng)之間的耦合性，其安全意義是建立在雙系統(tǒng)的相互作用基礎(chǔ)之上，即制造業(yè)能源安全的安全載體為人類社會—能源復(fù)合系統(tǒng)；③人類社會的和諧可持續(xù)發(fā)展是實(shí)現(xiàn)制造業(yè)能源安全的根本目標(biāo)，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量是制造業(yè)能源安全的基本保障；④人類社會的健康發(fā)展是否遭受到制造業(yè)能源使用的威脅，應(yīng)是判定制造業(yè)能源安全程度的最終標(biāo)準(zhǔn)。

4.2事理：制造業(yè)能源安全預(yù)警

根據(jù)A.D.Hall提出的系統(tǒng)三維結(jié)構(gòu)，將制造業(yè)能源安全預(yù)警體系劃分為時間維、邏輯維和知識維[15]。時間維是指時間序列下制造業(yè)能源安全預(yù)警的具體程序，主要有界定警態(tài)、透析警源、評估警兆等。邏輯維是指能源安全預(yù)警所需進(jìn)行的基礎(chǔ)工作，如數(shù)據(jù)資料收集與整理、系統(tǒng)建模、診斷分析等。知識維是指實(shí)現(xiàn)制造業(yè)能源安全預(yù)警過程中所涉及的技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)、知識，集成跨學(xué)科、跨領(lǐng)域優(yōu)勢。用系統(tǒng)工程理論指導(dǎo)制造業(yè)能源安全進(jìn)行系統(tǒng)預(yù)警，確保對復(fù)合系統(tǒng)研究的整體性、關(guān)聯(lián)性。因此，它是以尋找制造業(yè)能源安全最佳預(yù)警方案為目標(biāo)。按照制造業(yè)能源安全預(yù)警三維結(jié)構(gòu)，可確定制造業(yè)能源安全預(yù)警系統(tǒng)作業(yè)流程，見圖2。

實(shí)現(xiàn)圖2所示6個過程要建立專門的制造業(yè)安全信息管理系統(tǒng)，對制造業(yè)基礎(chǔ)信息進(jìn)行及時、全面、準(zhǔn)確的收集整理與分析，同時建立安全預(yù)警與應(yīng)急系統(tǒng)，建立健全安全預(yù)警機(jī)制，并按照不同的警情、警度，完善相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案，制定科學(xué)的預(yù)警措施。此外，建立專門的制造業(yè)能源安全預(yù)警管理機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)相關(guān)信息的統(tǒng)計(jì)、分析，對安全預(yù)警進(jìn)行定期評價(jià)、對預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行安全維護(hù)，以及安全制度的建立與完善等。

4.3人理：制造業(yè)能源立法

制造業(yè)能源立法需國家立法機(jī)關(guān)根據(jù)法定的程序，對相關(guān)規(guī)范性法律文件進(jìn)行篩選、整合、補(bǔ)充與完善，涉及產(chǎn)業(yè)能源開發(fā)與使用、生態(tài)環(huán)境污染與防治等多方面。其基本特征如下：①全面性。制造業(yè)能源保護(hù)既要統(tǒng)籌被保護(hù)對象的廣泛性，也要兼顧保護(hù)方法的多樣性，這要求制造業(yè)能源安全立法所涉內(nèi)容包括多方面要素。②關(guān)聯(lián)性。制造業(yè)能源立法是以產(chǎn)業(yè)能源之間的相互協(xié)調(diào)，推動人與自然和諧關(guān)系的構(gòu)建，強(qiáng)調(diào)制造業(yè)的發(fā)展必須建立在人類社會-能源復(fù)合系統(tǒng)內(nèi)各要素的相互作用基礎(chǔ)上，要符合自然生態(tài)內(nèi)部規(guī)律。③公共性。從立法實(shí)施目標(biāo)及保護(hù)對象來看，強(qiáng)調(diào)人類文明與健康、產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展、生態(tài)環(huán)境和諧有序，這個范疇涵蓋了全球產(chǎn)業(yè)能源的生態(tài)價(jià)值以及整個人類社會的利益，而非個人或局部利益，體現(xiàn)了制造業(yè)能源立法的社會職能。④焦點(diǎn)性。制造業(yè)能源安全問題已不是某個局部地區(qū)的問題，而是全球范圍內(nèi)的產(chǎn)業(yè)能源安全問題，無論是德國4.0，還是中國制造2025的實(shí)現(xiàn)，都需強(qiáng)化區(qū)域間人才、技術(shù)等各方面優(yōu)勢資源的合作。

通過系統(tǒng)分析目前國內(nèi)產(chǎn)業(yè)能源相關(guān)法律法規(guī)，探析其中存在的漏洞及發(fā)展趨勢，積極借鑒制造業(yè)發(fā)達(dá)國家的發(fā)展模式及法律體系，選取綜合集成方法對國內(nèi)制造業(yè)能源方面的法律制度進(jìn)行優(yōu)化，為建立健全制造業(yè)能源安全立法提供決策支持(見圖3)。其過程應(yīng)特別注重以下幾點(diǎn)：①內(nèi)容的全面性。制造業(yè)能源安全立法應(yīng)明確作業(yè)環(huán)節(jié)中的準(zhǔn)入程序，以及各作業(yè)環(huán)節(jié)、所采用的設(shè)備、工藝等能源消耗做出嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，并確保監(jiān)管到位。②與相關(guān)制度的配套性。制造業(yè)包括的能源具有種類多、總量大，所涉及部門繁多等特點(diǎn)，立法過程法必須協(xié)調(diào)好與現(xiàn)有制度、法律的關(guān)系，以及處理好與物流業(yè)等產(chǎn)業(yè)間的能源利益分配。③擴(kuò)大制造業(yè)清潔能源市場份額。當(dāng)前制造業(yè)正處于結(jié)構(gòu)調(diào)整的關(guān)鍵期，清潔能源總量比重及市場份額較低，立法保護(hù)應(yīng)予以制造業(yè)使用清潔能源穩(wěn)定的市場份額，以保障制造業(yè)能源供應(yīng)的平衡。

圖3　基于綜合集成的制造業(yè)能源安全立法決策技術(shù)

圖2　制造業(yè)能源安全預(yù)警系統(tǒng)框架圖

5結(jié)語

本文在分析當(dāng)前制造業(yè)能源安全研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出了以系統(tǒng)方法對制造業(yè)能源安全進(jìn)行研究的思路，建立了安全分析模型，并基于系統(tǒng)認(rèn)識、預(yù)警和安全立法，對制造業(yè)能源安全的物理、事理、人理進(jìn)行了系統(tǒng)分析，為解決當(dāng)前制造業(yè)能源安全研究多視角、多領(lǐng)域造成的不一致性問題提供了新思路，并對新形勢下保障國家制造業(yè)能源安全的實(shí)踐工作具有指導(dǎo)作用。

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(責(zé)任編輯沈蓉)

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

中圖分類號:X32

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

作者簡介：張峰(1989-)，男，山東濟(jì)南人，中國航天系統(tǒng)科學(xué)與工程研究院博士研究生；研究方向：系統(tǒng)工程。

收稿日期：2015-07-13

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“區(qū)域復(fù)合生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)耦合效應(yīng)與政策調(diào)控研究——以黃河三角洲高效生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)為例”(71371112)，山東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目“山東半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)環(huán)境經(jīng)濟(jì)復(fù)合系統(tǒng)仿真與預(yù)警機(jī)制研究”(ZR2012GM020)。