超乎想象的“標(biāo)準(zhǔn)孿生”世界

吳笑風(fēng) 趙 川 范 維 王 晶

標(biāo)準(zhǔn)孿生是一種虛擬化的表征模型，可以作為系統(tǒng)工程工具嵌入產(chǎn)品的生命周期管理。

當(dāng)下，“標(biāo)準(zhǔn)孿生（Standard Twin）”已成為海事界的新熱詞，其理念及應(yīng)用場(chǎng)景，正逐漸顯示出了其越來(lái)越大的推廣價(jià)值。

標(biāo)準(zhǔn)孿生是什么？

目前，船舶工業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化工作正逐漸呈現(xiàn)出新的特征：一是與海事立法活動(dòng)的更深度耦合。海事立法是船舶工業(yè)領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)的主要驅(qū)動(dòng)力之一。隨著國(guó)際海事組織（IMO）近年來(lái)對(duì)船舶節(jié)能環(huán)保、自主船舶等問(wèn)題的關(guān)注以及目標(biāo)型船舶建造標(biāo)準(zhǔn)（GBS）方法的發(fā)展，標(biāo)準(zhǔn)化將在為立法活動(dòng)提供支持方面發(fā)揮更重要的作用。二是涉及來(lái)自不同標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)的更多標(biāo)準(zhǔn)互補(bǔ)。造船是龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)工程,需要生產(chǎn)環(huán)節(jié)之間的良好合作和高度國(guó)際化的供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)。這一過(guò)程中將廣泛涉及來(lái)自各類標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)共同發(fā)揮作用，為產(chǎn)品的整個(gè)生命周期提供保障。三是更頻繁的跨領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)。與其他工業(yè)領(lǐng)域類似，隨著“智能化”趨勢(shì)的出現(xiàn)，對(duì)跨領(lǐng)域（特別是信息和通信技術(shù)領(lǐng)域）標(biāo)準(zhǔn)的需求顯著提升。同時(shí)，更嚴(yán)苛環(huán)保的要求也使得對(duì)燃料、廢氣排放、海洋生態(tài)等跨領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)有了更多的關(guān)注。

當(dāng)前的標(biāo)準(zhǔn)化主要是基于經(jīng)驗(yàn)和共識(shí)的。標(biāo)準(zhǔn)制修訂方面，層級(jí)式組織（即技術(shù)委員會(huì)、分技術(shù)委員會(huì)、工作組和各類專家咨詢組）和決策模式已在國(guó)際上廣泛實(shí)施；標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用方面，用戶根據(jù)行業(yè)特點(diǎn)和業(yè)務(wù)需求獨(dú)立自行采納相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)予以實(shí)施，也已被實(shí)踐證明有效。然而面對(duì)新的挑戰(zhàn)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化需求的定位和識(shí)別以及對(duì)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的跟蹤和同步等方面所導(dǎo)致的工作難度和工作量的提升都是不可忽視的。因此，借助信息化工具實(shí)施“精準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)化”——針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)用戶的實(shí)際狀況，運(yùn)用科學(xué)有效的程序精確識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)化需求、精確采納和實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)、精確主導(dǎo)或參與標(biāo)準(zhǔn)制修訂，是一種有益的嘗試。

在這樣的背景下，“標(biāo)準(zhǔn)孿生（Standard Twin）”系統(tǒng)模型理論的提出及應(yīng)用，對(duì)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展具有深遠(yuǎn)意義。其核心是一個(gè)用標(biāo)準(zhǔn)條款描述的動(dòng)態(tài)表征系統(tǒng)，用于從特定用戶視角描述對(duì)象（如某產(chǎn)品、系統(tǒng)、過(guò)程、服務(wù)等）所遵循的標(biāo)準(zhǔn)集合。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)孿生模型的使用可以貫穿對(duì)象的整個(gè)生命周期，便于標(biāo)準(zhǔn)用戶和標(biāo)準(zhǔn)化管理者精準(zhǔn)地識(shí)別對(duì)象的標(biāo)準(zhǔn)化程度以及標(biāo)準(zhǔn)的合理性、先進(jìn)性等關(guān)鍵特征，為標(biāo)準(zhǔn)化工作提供重要的決策依據(jù)。

標(biāo)準(zhǔn)孿生系統(tǒng)

1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式

標(biāo)準(zhǔn)孿生系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。所謂標(biāo)準(zhǔn)孿生系統(tǒng)，實(shí)質(zhì)是一套基于數(shù)據(jù)庫(kù)的關(guān)系型模型和應(yīng)用，通過(guò)在標(biāo)準(zhǔn)條款（clause）層級(jí)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)象的關(guān)鍵特征進(jìn)行描述，實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)象標(biāo)準(zhǔn)化情況的精準(zhǔn)表征，從而成為標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)的決策依據(jù)。

標(biāo)準(zhǔn)孿生系統(tǒng)中涉及兩種數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用程序，即面向用戶的“標(biāo)準(zhǔn)孿生體”和面向標(biāo)準(zhǔn)化總體管理的“標(biāo)準(zhǔn)孿生空間”。其中，標(biāo)準(zhǔn)孿生體是針對(duì)用戶需求抽取相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)條款形成的輕量化、精準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)庫(kù)，主要滿足該用戶視角下對(duì)對(duì)象的標(biāo)準(zhǔn)化情況的實(shí)時(shí)表征，反映對(duì)象品質(zhì)控制、接口和界面、后期維護(hù)等的管理衡準(zhǔn)和依據(jù)；標(biāo)準(zhǔn)孿生空間是全部標(biāo)準(zhǔn)孿生體中（不重復(fù)）標(biāo)準(zhǔn)條款的集合，因此也是作用對(duì)象的一個(gè)相對(duì)完整的標(biāo)準(zhǔn)模型?！皹?biāo)準(zhǔn)孿生”系統(tǒng)通過(guò)各環(huán)節(jié)間的信息流動(dòng)和標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)實(shí)現(xiàn)信息的同步并體現(xiàn)對(duì)信息的運(yùn)用。

標(biāo)準(zhǔn)孿生系統(tǒng)的運(yùn)行原理可描述如下：各用戶根據(jù)自身關(guān)切從各標(biāo)準(zhǔn)化組織的數(shù)據(jù)庫(kù)中（也包括私有數(shù)據(jù)庫(kù)如企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)或采納的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)）獲得與對(duì)象相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)條款，并通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)孿生體為其構(gòu)建模型。該模型即描述了該對(duì)象的實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)化狀況的“標(biāo)準(zhǔn)孿生體”，可作為質(zhì)量控制、接口和協(xié)作管理、生命周期管理等活動(dòng)的參考依據(jù)。同時(shí)，用戶可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)孿生體識(shí)別對(duì)象的標(biāo)準(zhǔn)化狀態(tài)，擇機(jī)參與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制修訂或設(shè)定更加適用的私有標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)中設(shè)一中心管理員用戶，對(duì)象的標(biāo)準(zhǔn)孿生空間由其運(yùn)營(yíng)。標(biāo)準(zhǔn)孿生空間數(shù)據(jù)庫(kù)由標(biāo)準(zhǔn)孿生體中的信息聚合而成。同時(shí)，中心管理員還承擔(dān)跟蹤標(biāo)準(zhǔn)化組織官方動(dòng)態(tài)，同步更新標(biāo)準(zhǔn)孿生空間中標(biāo)準(zhǔn)條款的職能。而后標(biāo)準(zhǔn)孿生空間通過(guò)信息廣播服務(wù)，向各標(biāo)準(zhǔn)孿生體發(fā)布內(nèi)容更新。中心管理員通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)孿生空間也可識(shí)別出潛在的標(biāo)準(zhǔn)化需求，從而為對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化組織提供輸入。

圖1：標(biāo)準(zhǔn)孿生系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

圖2：標(biāo)準(zhǔn)孿生系統(tǒng)的數(shù)據(jù)組織形式示意

2、 數(shù)據(jù)組織形式

標(biāo)準(zhǔn)孿生系統(tǒng)的數(shù)據(jù)組織形式如圖2所示。標(biāo)準(zhǔn)條款是標(biāo)準(zhǔn)孿生系統(tǒng)中的基本標(biāo)準(zhǔn)信息載體。這里的“條款”是對(duì)對(duì)象某一特性的最基本描述。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)文件，通常是較低級(jí)標(biāo)題下對(duì)應(yīng)的內(nèi)容；對(duì)于海事法規(guī)等規(guī)范性文件，常為1個(gè)或多個(gè)段落。

每一標(biāo)準(zhǔn)條款擁有唯一的識(shí)別碼。除條款內(nèi)容文本外，標(biāo)準(zhǔn)孿生空間數(shù)據(jù)庫(kù)還記錄每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)條款的適用對(duì)象、條款關(guān)鍵詞、用戶和利益攸關(guān)方、及與其直接關(guān)聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)條款識(shí)別碼。對(duì)用戶（孿生體）端而言，若孿生空間數(shù)據(jù)庫(kù)中已有相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)條款記錄，則可直接提取使用，否則需要錄入信息并向?qū)\生空間端推送。這些信息的獲取方式描述如表1。在當(dāng)前的模型原型驗(yàn)證階段，數(shù)據(jù)庫(kù)信息的錄入仍以依靠經(jīng)驗(yàn)為主。在后期的系統(tǒng)優(yōu)化中可考慮在對(duì)相應(yīng)對(duì)象技術(shù)體系充分梳理的基礎(chǔ)上引入封閉式列表的方式，有助于提升信息的規(guī)范性。

系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)依靠數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用程序的開發(fā)，即利用以上各信息域中的內(nèi)容進(jìn)行信息查詢和檢索。常用功能可包括生成某對(duì)象的全部適用標(biāo)準(zhǔn)條款、根據(jù)條款關(guān)鍵詞篩選不同生命周期階段中適用的標(biāo)準(zhǔn)、顯示針對(duì)某特性的所有（來(lái)自不同標(biāo)準(zhǔn)化組織的）適用標(biāo)準(zhǔn)條款、跟蹤與某條款關(guān)聯(lián)的條款的更新情況等。用戶可基于這些功能對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)象的狀況進(jìn)行分析，從而為標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)的決策提供依據(jù)。

表1：數(shù)據(jù)庫(kù)中標(biāo)準(zhǔn)條款各信息域內(nèi)容的獲取

3、關(guān)鍵特性

根據(jù)上述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)方式，標(biāo)準(zhǔn)孿生系統(tǒng)體現(xiàn)出如下特性：

（1）全面且精益：標(biāo)準(zhǔn)孿生系統(tǒng)中，標(biāo)準(zhǔn)信息以條款級(jí)別進(jìn)行組織。這一形式允許不同用戶針對(duì)個(gè)性化的需求將來(lái)自不同標(biāo)準(zhǔn)化組織和不同行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)條款被準(zhǔn)確地提取和組合。例如，它可以有效識(shí)別和管理“隱性”條款（關(guān)于某設(shè)備的技術(shù)要求可能作為一部通用標(biāo)準(zhǔn)中的一個(gè)子條款而存在）。雖然大多傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)已提供關(guān)鍵字搜索和全文檢索等功能，但標(biāo)準(zhǔn)孿生系統(tǒng)的目標(biāo)是提供自動(dòng)化的信息同步和更直接的映射方式。這一機(jī)制將有助于用戶對(duì)給定標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)象表征的完整性和成熟度做出評(píng)估，便于描述出該對(duì)象的適用標(biāo)準(zhǔn)中存在的缺失、重疊和沖突等情況，從而可進(jìn)一步識(shí)別未來(lái)標(biāo)準(zhǔn)化需求。

（2）用戶為中心的高度可定制化：標(biāo)準(zhǔn)孿生體的設(shè)計(jì)初衷是促進(jìn)以用戶（即標(biāo)準(zhǔn)使用者）為中心的標(biāo)準(zhǔn)化模式，通過(guò)開發(fā)定制化的應(yīng)用可對(duì)不同用戶的關(guān)注導(dǎo)出精確的模型。例如，設(shè)備硬件制造企業(yè)更多專注于生產(chǎn)程序、測(cè)試和質(zhì)量要求等；軟件集成企業(yè)則傾向于關(guān)注詳細(xì)規(guī)范的接口、數(shù)據(jù)通信協(xié)議及組件之間的互操作性等。標(biāo)準(zhǔn)孿生系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)類型也包括了海事法規(guī)、傳統(tǒng)意義的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、個(gè)性化的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及對(duì)象實(shí)際采用的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，可忠實(shí)反映該用戶視角下對(duì)象的標(biāo)準(zhǔn)化狀況。

（3）良好的可實(shí)現(xiàn)性和互用性：標(biāo)準(zhǔn)孿生系統(tǒng)的底層是由關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)開發(fā)數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用程序?qū)?biāo)準(zhǔn)條款進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)各種功能。該模型具有通用性，可通過(guò)多種數(shù)據(jù)庫(kù)和應(yīng)用開發(fā)手段實(shí)現(xiàn)。我們使用微軟Access進(jìn)行了系統(tǒng)原型的模擬和查詢功能的試驗(yàn)。實(shí)際操作中，該結(jié)構(gòu)可較為方便地向通用的數(shù)據(jù)庫(kù)和應(yīng)用開發(fā)平臺(tái)上移植。這使得標(biāo)準(zhǔn)孿生系統(tǒng)容易在各級(jí)產(chǎn)業(yè)生態(tài)內(nèi)部署。此外，通過(guò)構(gòu)建層級(jí)式體系結(jié)構(gòu)對(duì)包含多組件的系統(tǒng)構(gòu)建“標(biāo)準(zhǔn)孿生體”亦是可能的。

（4）對(duì)海事立法敏感：以為海事立法提供支持為目的的標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)需要對(duì)相應(yīng)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行及時(shí)同步。標(biāo)準(zhǔn)孿生系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中納入了法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的耦合關(guān)系。通過(guò)這種對(duì)應(yīng)關(guān)系，用戶可追蹤二者的變化情況，并通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)孿生系統(tǒng)獲得相關(guān)的修訂產(chǎn)生的影響范圍，預(yù)測(cè)潛在影響，從而評(píng)估對(duì)相應(yīng)法規(guī)條款或標(biāo)準(zhǔn)條款進(jìn)行更新的需求。更進(jìn)一步，它可成為未來(lái)GBS框架下標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)的有效分析工具。

應(yīng)用初探

充氣式救生筏是重要的海上救生設(shè)備。IMO《經(jīng)修正的救生設(shè)備試驗(yàn)建議》文件（MSC.81(70)）規(guī)定了“充氣式救生筏（inflatable liferafts）”的測(cè)試要求。其中的孔隙度測(cè)試（porosity test）和耐油性測(cè)試（oil resistance test）條款引用了ISO/TR 6065文件和ASTM（美國(guó)試驗(yàn)材料協(xié)會(huì)）關(guān)于試驗(yàn)油料的相關(guān)文件。而ISO/TR 6065文件已于2013年12月被撤銷；耐油性測(cè)試所指定的ASTM第1號(hào)油料已于2005年停產(chǎn)。但直到2018年，IMO才在ISO的建議下開啟對(duì)該《修訂建議》文件的更新修訂。對(duì)用戶而言，在此期間雖然可以自主尋找替代手段解決這一問(wèn)題，但長(zhǎng)期使用過(guò)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)條款在產(chǎn)品生命周期管理和監(jiān)管工作中無(wú)疑是不利因素。

以“充氣式救生筏”為對(duì)象，以“設(shè)備制造商”用戶視角建立標(biāo)準(zhǔn)孿生模型。與本例相關(guān)的條款體現(xiàn)在測(cè)試要求（MSC.81(70)文件）——材料測(cè)試——孔隙度測(cè)試（5.17.13.2.2.7條款）和耐油性測(cè)試（5.17.13.2.2.8條款）中。其中，孔隙度測(cè)試條款直接引用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)報(bào)告文件ISO/TR 6065第A.2.10.2段落；耐油性測(cè)試條款直接引用ISO/TR 6065第A.2.5段落，且指明使用ASTM第1號(hào)油料。

圖3：準(zhǔn)孿生系統(tǒng)的模擬工作狀況示意（信息片段）

通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)孿生空間與用戶標(biāo)準(zhǔn)孿生體間的標(biāo)準(zhǔn)信息同步定期廣播服務(wù)，上述文件被標(biāo)識(shí)為“失效”。由此，用戶獲知需要在產(chǎn)品生命周期管理中更新標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，用戶在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，ISO/TR 6065第A.2.10.2段落有關(guān)孔隙度測(cè)試的要求 和ISO/TR 6065第A.2.5段 落有關(guān)耐油性測(cè)試要求可分別被ISO 15372:2000文件中的6.2.9.2條款和6.2.5條款等效替換；ASTM第1號(hào)油料也從ASTM D471文件2006版起（目前最新版本為2016年修訂，即ASTM D471-16a）被IRM 901號(hào)油料替換。因此，用戶可在獲得標(biāo)準(zhǔn)孿生空間同步服務(wù)的第一時(shí)間更新其孿生體，從而使標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)象得到精準(zhǔn)的描述。根據(jù)上述情況，中心管理員用戶可通過(guò)有關(guān)渠道及時(shí)向IMO提出修訂原文件的建議。圖3給出了本例中標(biāo)準(zhǔn)孿生系統(tǒng)的模擬工作狀況。

從本例看出，對(duì)用戶（設(shè)備制造商）而言，為產(chǎn)品設(shè)置一套精準(zhǔn)的技術(shù)和管理衡準(zhǔn)對(duì)于質(zhì)量控制、監(jiān)管要求、生命周期管理等都是有必要的。當(dāng)前的標(biāo)準(zhǔn)化工作機(jī)制已能夠?yàn)橛脩舻臉?biāo)準(zhǔn)化需求提供較好的保障，但在對(duì)標(biāo)準(zhǔn)更新情況的跟蹤以及標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)的同步等方面仍有優(yōu)化的空間。實(shí)踐中，這依賴于標(biāo)準(zhǔn)用戶和標(biāo)準(zhǔn)化管理者間的協(xié)作。標(biāo)準(zhǔn)孿生系統(tǒng)的應(yīng)用恰恰為這種協(xié)作提供了工具。

應(yīng)用展望

借助信息化手段支持標(biāo)準(zhǔn)化管理已不是新理念。從標(biāo)準(zhǔn)化管理機(jī)構(gòu)到企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)踐，已有諸多通過(guò)信息化工具輔助標(biāo)準(zhǔn)化工作的嘗試。然而，在標(biāo)準(zhǔn)條款級(jí)別進(jìn)行針對(duì)不同用戶的訂制化表征尚屬首次。針對(duì)船舶和海事工業(yè)界特點(diǎn)，這一系統(tǒng)中納入了標(biāo)準(zhǔn)與海事法規(guī)（一種廣義標(biāo)準(zhǔn)）的相互關(guān)聯(lián)，使得其擁有了更強(qiáng)的行業(yè)適用性。但總體上，標(biāo)準(zhǔn)孿生系統(tǒng)仍具有通用性，適合在應(yīng)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化管理精準(zhǔn)化新挑戰(zhàn)中作為一種輔助工具存在。

標(biāo)準(zhǔn)孿生概念的提出或多或少受到了“數(shù)字孿生（Digital Twin）”的啟發(fā)。后者是以數(shù)字化方式創(chuàng)建物理實(shí)體的虛擬模型，可通過(guò)模擬仿真和數(shù)據(jù)分析等手段對(duì)物理實(shí)體進(jìn)行分析，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)化和擴(kuò)展等。標(biāo)準(zhǔn)孿生同樣是一種虛擬化的表征模型，可以作為系統(tǒng)工程工具嵌入產(chǎn)品的生命周期管理。但它不只面向于物理實(shí)體，對(duì)于流程、服務(wù)等“軟對(duì)象”亦有良好的適用性。其多用戶訂制功能的靈活性為各層級(jí)標(biāo)準(zhǔn)化戰(zhàn)略的精準(zhǔn)實(shí)施提供了實(shí)用的輔助分析決策工具。特別是高度定制化的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和索引系統(tǒng)使它具有與技術(shù)體系相結(jié)合的潛力，使得它還有可能在未來(lái)為標(biāo)準(zhǔn)體系的建設(shè)提供一種新思路。

筆者也注意到，標(biāo)準(zhǔn)孿生的應(yīng)用會(huì)在標(biāo)準(zhǔn)條款的結(jié)構(gòu)化整理和數(shù)據(jù)庫(kù)錄入等方面產(chǎn)生一定的額外工作量，同時(shí)甚至?xí)枰跇?biāo)準(zhǔn)化工作機(jī)制方面進(jìn)行一定的革新（例如對(duì)于系統(tǒng)中心管理員角色的分配、用戶組之間的協(xié)調(diào)和管理流程等）。但它被信息化手段賦予的靈活性和潛在的效率優(yōu)勢(shì)對(duì)用戶和標(biāo)準(zhǔn)化管理主體仍有吸引力?？傊瑯?biāo)準(zhǔn)孿生作為標(biāo)準(zhǔn)化管理創(chuàng)新的嘗試，具有積極意義和參考價(jià)值，值得做進(jìn)一步探索。