事關國家興衰的標準化領域
——復雜產品系統的標準化

文/李春田

事關國家興衰的標準化領域
——復雜產品系統的標準化

文/李春田

什么是復雜產品系統

復雜產品系統（complex products and systems，CoPS）是指研發投入大, 技術含量高,單件或小批量、定制生產的大型產品、系統或基礎設施。諸如大型電信通信系統、大型計算機、航空航天系統、智能大廈、電力網絡控制系統、大型船舶、高速列車、半導體生產線、自動化生產線、信息系統、軌道交通控制系統、社會保障及社會安全系統等等。

復雜產品系統這個概念，最早是由英國的Hobday提出，并作為與傳統的大規模制造的產品有重大差異的產品類型進行單獨研究。很顯然，其外延已經遠遠超出了通常的產品范圍，這里所講的“產品”是一類特殊的產品，其最大的特殊就是復雜，它不是一個孤立的產品而是一個復雜系統。我們今天所講的“大規模工程”指的基本上是這類對象。

復雜產品系統是由美國軍事開發系統中的大型技術系統（large technical systems）演化而來的，如美國陸軍的“探險者”計劃、海軍的“響尾蛇”導彈計劃、空軍的“宇宙神”計劃、航空航天局的月球探險計劃以及波音公司的“民兵”導彈計劃等等，它們的共同特征是產品系統由眾多子系統或零部件組成的多技術系統（multi-tech-nology systems），有的甚至是多達幾十種技術的復合體，如“柰基-2”導彈就由一百多萬個零件組成，不僅要把它們安排在窄小的空間里，而且還要互相關聯，其復雜性可想而知。負責這類項目的工程師們的共同感受是一旦介入這類項目，就陷入了復雜性災難之中，技術的復雜性造成了各種不同但又互相有關的混亂，有時僅僅由于計算中的一個誤差就會造成巨大損失。這就是推動運籌學和后來的系統工程發展的強大動力。

人類社會發展到今天，已經把我們從“大規模生產時代”帶到了“大規模工程時代”。大規模生產時代以生產工業產品為己任，大規模工程時代則以研制或建造復雜產品系統為己任。今天，凡是接觸復雜產品系統的人都有一個共同感受：在大規模生產時代，即使是管理最大的生產系統，問題也較簡單，同今天遇到的問題相比也是小問題。因此，與“大規模工程時代”相伴而生的復雜性難題，就成了我們這一代人必須面對的挑戰。

復雜產品系統的重要性

復雜產品系統，已成為當今世界各國普遍關注的戰略重點。德國的“工業4.0”戰略、美國正在大力推廣的“3D”打印技術，以及IEC正在推進的系統標準化，其終極目的都是針對復雜產品系統這個大目標的。為什么當今世界如此重視復雜產品系統呢？這主要是因為它的巨大技術經濟意義：

1.復雜產品系統與一般產品相比，相對數量雖少，但規模大、單價高，所以整個復雜產品系統產業的總產值占GDP的份額比較高，在現代經濟中有著舉足輕重的作用。例如，一項對外的高速鐵路工程，它所創造的價值，遠非一般工業產品可比。一列車蘋果換一臺設備，8億件襯衫換一架客機，講的都是這個道理。

2.復雜產品系統的綜合程度高，它由眾多子系統和零部件組成，一旦開發成功，便能夠迅速推動相關產業發展，進而帶動其他那些普通的大規模制造產品的發展，它對整個國民經濟的帶動作用無與倫比。

3.復雜產品系統涉及的技術種類多、技術含量高，其開發成功能夠直接導致內嵌在復雜產品系統的各種模塊技術應用到其他領域，這種技術擴散的速度遠遠快于通常的產品創新，從而引起整個相關產業鏈的技術升級，帶來國家競爭力的提升。

4.復雜產品系統屬于大型資本型產品，它們為生產“簡單”產品以及提供現代化服務創造了條件，它們是經濟和社會現代化的支撐平臺。眾多工業自動化系統的應用、大型項目的投資建設，將極大地推動國民經濟的騰飛。

5.復雜產品系統最能體現一個國家的綜合國力和科技競爭力，能使一個國家在當今以科技和知識為主導的國際競爭中占有相當主動的地位，同時還可以為國民經濟的結構調整以及整體發展方向指出戰略性的目標。對國民經濟起著支柱作用的復雜產品系統將承擔起在開放的環境下支撐我國經濟應對國際競爭的重任，尤其是國防尖端產品和戰略性新興產業的產品大多屬于復雜產品系統。

因此，可以說復雜產品系統的創新和發展，是一個國家在競爭加劇的國際環境中，提升國際競爭力和國際地位，賴以生存和發展的有效途徑，是關系國家強弱盛衰的命脈。

復雜產品系統的特點

復雜產品系統的研制或創新是一個巨大、復雜且技術密集的系統工程，與常規的產品開發、生產以及標準化有著截然不同的特點，如：

1.復雜產品系統結構的高度復雜性。構成產品系統的要素不僅數量巨大（如構成飛機的零件數目多達數百萬），而且要素之間的關系錯綜復雜。系統內部有眾多子系統， 這些子系統之間又是相互依賴的，子系統之間有許多協同作用，可以共同進化。在復雜系統中，子系統會分為很多層次，大小也各不相同等等。面對這種復雜產品，我們難以制定通常的產品標準對它進行規范。

2.復雜產品系統具有多學科知識集成的特點，這就使得復雜產品系統的管理更需要的是對多學科知識的集成管理。傳統標準化把學科專業分得非常細，培養了大批的專業標準化工作者，卻極度缺乏系統集成的綜合性人才和橫跨諸多專業和領域的標準化經驗；傳統標準化習慣于單個制定標準并追求單個標準的優秀，復雜產品系統的知識集成要求知識成套（標準成套）且互相協同。

3.復雜產品系統通常是高度定制化的產品。不僅整個產品系統是定制的，它的許多子系統和零部件也常常是定制的。已有的標準和標準體系無法滿足其要求，許多標準也必須量身定制。這同我們以往的標準化觀念有著天壤之別。

4.復雜產品系統多數情況下是單件或小批量制造的，批量生產法則常常不適用。建立在大批量生產方式基礎上的傳統標準化理論和思維方式也常常不適用。如傳統標準化以重復性事物為對象，強調標準的通用性；而復雜產品系統的標準化常以非重復性事物為對象，許多標準具有專用的特點等等。

5.復雜產品系統是動態系統，即與時間變量有關的系統。沒有時間的變化，就沒有系統的演化，也就談不上復雜性規律，因為事物總是發展變化的。以航空發動機為例，20世紀30年代Frank Whittle推出的航空發動機結構非常簡單，然而，隨著航空業對壓力、速度、飛行高度、溫度等各因素要求的不斷提高，航空發動機在原產品的基礎上不斷添加新的子系統，然后又需添加控制與監測子系統和其他相關元件，從而使得現代航空發動機發展成為具有代表性的復雜產品系統。現代的航空發動機由22 000多個零部件組成（其中許多零部件是定制的），它能夠實現許多新的功能，能挑戰原有發動機所不能克服的惡劣環境。但是傳統標準化的最大問題就是缺乏對這種動態變化的適應能力，企業的標準體系越是龐大，它的剛性便越強，動態變化的能力便越差。

6.復雜產品系統的研制與生產同步。它們是融合在一起的，很難把研制和生產區分開。標準怎么辦？我們沒有能力把研制過程中所需要的標準事先全部準備好，更沒必要等到研制結束后再去制定標準，許多標準也只能跟研制與生產同步進行——即需、即制、即用。

7.開發任務與開發人員的多元化，研制過程中各相關方的廣泛參與和協同創新以及由跨企業的多職能項目團隊承擔等等，都是傳統標準化從未涉足的領域。

復雜產品系統之所以有這么多與眾不同的特點，歸根結底是由于它的高度復雜性，一切皆由復雜性而生。復雜產品系統有的規模很大，如一項奧運工程，有的規模并不大，如一部智能手機，但復雜性卻是共同的特點。那么，什么是復雜性呢？復雜性當然與要素有關，但并不一定是要素越多越復雜。復雜性的根源主要在于產品的要素、設計參數和任務之間的相互依賴性、混沌性和不確定性。

復雜性與不確定性休戚相關。復雜產品系統的內嵌技術有著高度的不確定性，有的無法在研發生產前預知。通常是系統越復雜其內生的不確定性便越大。不確定性越大，失敗的概率越高，投資風險越大，但商機也會越多（這也是人們甘冒風險的原因）。那么，不確定性是因何而來的呢？主要是由于人們預期的不完全性和解決復雜問題能力的有限性。

因此，如何克服復雜性和不確定性，如何改變預期的不完全性和解決復雜問題能力的有限性，就成為人類跨越復雜性障礙的關鍵。

面對這個關鍵性難題的挑戰，標準化能否有所作為？這不僅是對標準化的重大考驗，而且對未來標準化的發展與走向有著至關重要的意義。

復雜產品系統的標準化模式

基于上述的與傳統工業產品截然不同的特點，傳統的管理理論、傳統的流程管理工具（如ERP）以及常規管理模式，如質量管理體系、企業標準體系等等，由于它們都是著眼于企業內部的管理，對于橫跨諸多行業、專業與組織的項目管理則不具有指導意義。

傳統標準化的管理模式是：把一個組織開展各項活動所需要的標準事先全部制定出來，存到倉庫里備用。這種模式，在技術進步非常緩慢的工業化初期或計劃經濟年代，以及產品和生產（服務）流程長期不變的企業是基本可行的；隨著科學技術的快速發展、市場競爭環境的急劇變化以及產品生命周期的縮短，單靠以往積累的標準來應對當今的市場挑戰，已經越來越不能適應了；到了后工業化時代，不要說無法滿足越來越多的復雜產品系統的要求，就是一般工業產品的多元化快速應變都顯得力不從心，傳統標準化到了該轉型的時候了。

正如恩格斯所說：“社會一旦有技術上的需求，則這種需求就會比十所大學更能把科學推向前進。”技術的快速進步、嚴峻的市場形勢和復雜產品系統標準化的迫切需求是把傳統標準化推向現代標準化的決定性力量。

作為現代標準化前沿的模塊化已經在諸多領域里大行其道，中國的綜合標準化和IEC的系統標準化正在積聚經驗、蓄勢待發，它們將最先擔當起復雜產品系統標準化的重任。根據已有的經驗，復雜產品系統的運作方式可以初步概括為以下3種模式：A模式、B模式和A+B模式。（未完待續）

（作者：中國標準化協會常務副理事長、上海市質量和標準化研究院首席標準化顧問）