基于物理-事理-人理系統方法論的制造業能源安全解鎖模型

張　峰，薛惠鋒，董會忠

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

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基于物理-事理-人理系統方法論的制造業能源安全解鎖模型

張峰1，薛惠鋒1，董會忠2

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

摘要：“工業4.0”和“中國制造2025”為制造業產業結構調整提供了新方向，針對制造業發展的多視角研究現狀，確定了以產業能源安全角度對實現“智造強國”新路徑進行探析的新思路。基于系統分析的“物理-事理-人理”理論和方法，構建了制造業能源安全的WSR三維解鎖模型，并對制造業能源安全的物理(人類社會-能源系統狀態)、事理(制造業能源安全預警)、人理(制造業能源立法)進行辯證分析，為制造業能源安全的系統研究提供了理論和方法支撐。

關鍵詞：制造業能源安全；系統論；預警

近年來，制造業發展成為全球熱點話題，特別是德國在漢諾威工業博覽會期間提出“工業4.0”，旨在以數字化網絡化智能化技術應用為重點，力圖依靠科技創新，謀求未來發展的主動權。為抓住全球性的產業革命契機，“中國制造2025”應運而生，再次將全球的目光集聚于中國可持續發展戰略。作為三大化石能源都為凈進口的國家，推動中國制造業能源安全問題更具時代意義。因此，立足于國內制造業發展的研究現狀，分析制造業能源安全驅動因素，實現制造業長期發展頂層設計，是迎接未來機遇與挑戰的重要抓手。本文通過引用“物理-事理-人理”系統方法論，剖析制造業能源系統內在關系，構建制造業能源安全預警系統框架及決策支持路線，為推動國內經濟及制造業的健康發展提供理論與方法支撐。

1制造業能源安全研究“鎖”態分析

能源安全指一個國家或地區所擁有的可支配能源資源，可持續穩定的供應和清潔高效的利用，以保障國民經濟持續穩定的發展和社會不斷進步的需要，能源系統處于健康運行的狀態。制造業能源安全系統作為其重要子系統，概念范疇與層次不斷發生改變，并呈現一些特殊性：①高能耗導致供需矛盾突出。1997年以來制造業能源消費總量從78054萬噸標準煤升至205667萬噸標準煤，而能源供需缺口由2141.5萬噸標準煤漲至29884萬噸標準煤。②能源結構亟需優化。1997—2012年制造業能源消費中煤炭從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狀。③制造業能源消費行業差別大。石油加工煉焦及核燃料加工業、非金屬礦物制品業、黑色金屬冶煉及壓延工業等能源消費比重大，2001—2012年分別增長1.4倍、1.7倍、2.5倍。④制造業節能潛力行業差異性強。一些勞動密集型產業能源強度降低，通過挖掘節能潛力大、輻射效應強的行業可帶動關聯產業能耗控制。⑤制造業人力資本不斷攀升加劇能源消耗。1997—2011年制造業人均工資增長率從6.04%升至203%。

目前學術界對制造業能源研究視角主要集中于：①基于能源強度視角的制造業能源安全研究[1-4]；②基于節能潛力的制造業發展研究[5-8]；③基于產業關聯的角度[9-11]。

通過總結現有研究成果，可知當前制造業能源安全研究被鎖于一定范圍之內，表現在：①缺乏從產業能源安全的角度對制造業能源安全的概念界定及內涵進行探析；②從產業能源角度對制造業能源安全的系統分析框架較少，現有研究多呈現零碎性；③從制造業能源安全的角度對制造業能源安全預警管理等難點問題探析不足，尤其是從時間維、邏輯維和知識維等角度對其安全預警的系統分析較少；④缺乏從立法的角度對制造業能源安全進行研究，特別是缺乏按照制造業能源安全系統的辨識至預警體系的構建及應用，再到制造業能源立法的邏輯進行系統探討。

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。物理是指物質在具體運動過程中所涉及的機理，采用自然科學知識的相關理論用以闡釋“物”具體指什么，如物體在做自由落體運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用現有資源。所采用的方法包括管理科學、運籌學等，重點解決“如何去做”，它是對系統的構建及模型的選擇做出最佳決策，實現系統優化與管理，從而對系統資源配置及環境進行改善[13]。

人理表示做人的道理。所涉及的知識領域主要包括人文社會科學，對系統運行過程中人為主觀關系進行分析，用以解決“應如何做”和“最好如何做”。人作為系統參與者具有高度的復雜性，所形成的實踐活動也是復雜多樣，系統運行也必須重視此因素的作用。

表1　物理、事理、人理系統方法論內容

資料來源：顧基發,唐錫晉.物理-事理-人理系統方法論。

3制造業能源安全的WSR解鎖模型

利用WSR系統論可構建制造業能源安全三維模型，見圖1。根據物理釋義，可知制造業能源安全的分析需要辨識該產業能源安全對象，明確是什么的問題。制造業能源安全是從產業能源的角度剖析人類社會與能源系統間的內在關系，即“人類社會-能源系統”的現存狀態及發展態勢。本文選取系統論實現制造業能源安全的內涵界定、本質探索及對象研究，確定制造業能源安全的基本涵義及其外延。同時，制造業能源安全是安全集合的子集，要通過確定制造業能源安全的內涵，實現其基本特征分析，最終完成制造業能源安全的系統內涵的科學界定。

圖1　制造業能源安全WSR三維解鎖模型

制造業能源安全的事理內容研究是建立在對“人類社會—能源系統”科學識別的基礎上，實現對制造業能源安全的狀態水平進行預測分析、警情預報及合理控制，探析符合制造業能源安全特點的系統預警方法，將上述系統運行中所涉及指標、數據等進行統計分析，對復合系統的變動態勢進行預測，及時發現整個系統運行穩定性的保持狀況，若發生偏離則及時產生警報。制造業能源安全管理者針對警情制定相應的調控手段，優化不符合制造業能源安全要素，消除威脅安全狀態的危機。

追溯制造業能源安全問題本源，為制造業可持續發展提供法律及政策導向，實現國家能源安全、經濟安全、社會安全奠定基礎，這是制造業能源安全人理所涉及的內容。通常可以采取多種措施引導及維護制造業能源安全，但最具有約束力的制度則為法律，利用產業能源立法對制造業能源進行科學規劃和合理引導人的多樣化行為。其目的在于以制造業能源安全為切入點，實現各產業能源消耗節約聯動式發展，達到國家能源的合理開發利用的標準，提升人類的生活質量。其具體內容是按照法定的基本程序，由國家立法機關對關于能源開發與利用、生態建設與環境保護等制度體系進行完善。

4制造業能源安全的WSR解鎖分析

4.1物理：人-能源系統狀態

按照系統論的觀點，自然生態系統可劃分為不同的子系統，物質、能量及信息在其間進行流通，實現子系統及要素間相互影響，形成一個相對穩定狀態。人類在自然生態系統中所進行的活動都需遵循生態系統演進客觀規律，而過去人類的社會經濟活動多數建立在對能源過度消耗基礎上，對能源結構的變動產生了嚴重影響[14]。制造業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系統的漸變與演化問題，也可理解為人類社會系統與能源系統間調整關系的問題。

參考漢語辭書，可以剖析安全的內涵。其中“安”的基本意義為安穩、平安，而“全”為整合、全面之意，兩者分別表示系統穩定性與整體性。安全不是“安”與“全”簡單的相加，兩者相結合體現了涌現性，即安全指系統或者研究對象能夠協調穩定，并處于非威脅狀態，由于安全本身沒有實體內容，應將其定位為一種屬性。只有當安全一詞與具體客觀存在的主體對象相結合時，方可賦予其內涵，如安全與水資源相結合，則為“水資源安全”，水資源為安全的主體。系統內不同客觀主體之間的相互作用關系所體現出的狀態，即為安全的本質。

通過對人類社會系統與能源系統以及安全內涵的分析，可從產業能源視角闡述制造業能源安全的定義：制造業能源安全是指在人類社會-自然資源復合系統中，制造業能源消費結構合理，清潔能源完成了對高排放、高污染能源的替代，能源消費總量趨于穩定，制造業能源消費行業差別不大或無差別，行業間的節能潛力相近，人類對能源的使用既能達到制造業穩定持續的發展的生產需求，也可保障人類的健康與社會經濟的協調發展，生態環境及資源也沒有遭受不可逆的破壞，整個系統沒有遭受威脅，維持一種穩定有序的運行狀態。

制造業能源安全從本質上可被認為是人類社會系統與能源資源系統間保持一種相互作用的動態關系：①制造業能源安全是一種狀態，這種狀態是反映制造業的發展與其他相關產業的聯動能力上，反映在人類社會與能源環境復合系統的穩定可持續提升的狀態，其終極目標是實現人類自我發展與能源利用之間的協調；②制造業能源安全是人類社會與能源系統之間的耦合性，其安全意義是建立在雙系統的相互作用基礎之上，即制造業能源安全的安全載體為人類社會—能源復合系統；③人類社會的和諧可持續發展是實現制造業能源安全的根本目標，生態環境質量是制造業能源安全的基本保障；④人類社會的健康發展是否遭受到制造業能源使用的威脅，應是判定制造業能源安全程度的最終標準。

4.2事理：制造業能源安全預警

根據A.D.Hall提出的系統三維結構，將制造業能源安全預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能源安全預警的具體程序，主要有界定警態、透析警源、評估警兆等。邏輯維是指能源安全預警所需進行的基礎工作，如數據資料收集與整理、系統建模、診斷分析等。知識維是指實現制造業能源安全預警過程中所涉及的技術、經驗、知識，集成跨學科、跨領域優勢。用系統工程理論指導制造業能源安全進行系統預警，確保對復合系統研究的整體性、關聯性。因此，它是以尋找制造業能源安全最佳預警方案為目標。按照制造業能源安全預警三維結構，可確定制造業能源安全預警系統作業流程，見圖2。

實現圖2所示6個過程要建立專門的制造業安全信息管理系統，對制造業基礎信息進行及時、全面、準確的收集整理與分析，同時建立安全預警與應急系統，建立健全安全預警機制，并按照不同的警情、警度，完善相應的應急預案，制定科學的預警措施。此外，建立專門的制造業能源安全預警管理機構，負責相關信息的統計、分析，對安全預警進行定期評價、對預警系統進行安全維護，以及安全制度的建立與完善等。

4.3人理：制造業能源立法

制造業能源立法需國家立法機關根據法定的程序，對相關規范性法律文件進行篩選、整合、補充與完善，涉及產業能源開發與使用、生態環境污染與防治等多方面。其基本特征如下：①全面性。制造業能源保護既要統籌被保護對象的廣泛性，也要兼顧保護方法的多樣性，這要求制造業能源安全立法所涉內容包括多方面要素。②關聯性。制造業能源立法是以產業能源之間的相互協調，推動人與自然和諧關系的構建，強調制造業的發展必須建立在人類社會-能源復合系統內各要素的相互作用基礎上，要符合自然生態內部規律。③公共性。從立法實施目標及保護對象來看，強調人類文明與健康、產業經濟的穩定發展、生態環境和諧有序，這個范疇涵蓋了全球產業能源的生態價值以及整個人類社會的利益，而非個人或局部利益，體現了制造業能源立法的社會職能。④焦點性。制造業能源安全問題已不是某個局部地區的問題，而是全球范圍內的產業能源安全問題，無論是德國4.0，還是中國制造2025的實現，都需強化區域間人才、技術等各方面優勢資源的合作。

通過系統分析目前國內產業能源相關法律法規，探析其中存在的漏洞及發展趨勢，積極借鑒制造業發達國家的發展模式及法律體系，選取綜合集成方法對國內制造業能源方面的法律制度進行優化，為建立健全制造業能源安全立法提供決策支持(見圖3)。其過程應特別注重以下幾點：①內容的全面性。制造業能源安全立法應明確作業環節中的準入程序，以及各作業環節、所采用的設備、工藝等能源消耗做出嚴格的標準，并確保監管到位。②與相關制度的配套性。制造業包括的能源具有種類多、總量大，所涉及部門繁多等特點，立法過程法必須協調好與現有制度、法律的關系，以及處理好與物流業等產業間的能源利益分配。③擴大制造業清潔能源市場份額。當前制造業正處于結構調整的關鍵期，清潔能源總量比重及市場份額較低，立法保護應予以制造業使用清潔能源穩定的市場份額，以保障制造業能源供應的平衡。

圖3　基于綜合集成的制造業能源安全立法決策技術

圖2　制造業能源安全預警系統框架圖

5結語

本文在分析當前制造業能源安全研究現狀的基礎上，提出了以系統方法對制造業能源安全進行研究的思路，建立了安全分析模型，并基于系統認識、預警和安全立法，對制造業能源安全的物理、事理、人理進行了系統分析，為解決當前制造業能源安全研究多視角、多領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能源安全的實踐工作具有指導作用。

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(責任編輯沈蓉)

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

文獻標識碼:A

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

收稿日期：2015-07-13

基金項目：國家自然科學基金項目“區域復合生態經濟系統耦合效應與政策調控研究——以黃河三角洲高效生態經濟區為例”(71371112)，山東省自然科學基金項目“山東半島藍色經濟區環境經濟復合系統仿真與預警機制研究”(ZR2012GM020)。