超乎想象的“標準孿生”世界

吳笑風 趙 川 范 維 王 晶

標準孿生是一種虛擬化的表征模型，可以作為系統工程工具嵌入產品的生命周期管理。

當下，“標準孿生（Standard Twin）”已成為海事界的新熱詞，其理念及應用場景，正逐漸顯示出了其越來越大的推廣價值。

標準孿生是什么？

目前，船舶工業的標準化工作正逐漸呈現出新的特征：一是與海事立法活動的更深度耦合。海事立法是船舶工業領域標準化活動的主要驅動力之一。隨著國際海事組織（IMO）近年來對船舶節能環保、自主船舶等問題的關注以及目標型船舶建造標準（GBS）方法的發展，標準化將在為立法活動提供支持方面發揮更重要的作用。二是涉及來自不同標準化機構的更多標準互補。造船是龐大而復雜的系統工程,需要生產環節之間的良好合作和高度國際化的供應鏈網絡。這一過程中將廣泛涉及來自各類標準化機構的標準共同發揮作用，為產品的整個生命周期提供保障。三是更頻繁的跨領域標準化活動。與其他工業領域類似，隨著“智能化”趨勢的出現，對跨領域（特別是信息和通信技術領域）標準的需求顯著提升。同時，更嚴苛環保的要求也使得對燃料、廢氣排放、海洋生態等跨領域的標準有了更多的關注。

當前的標準化主要是基于經驗和共識的。標準制修訂方面，層級式組織（即技術委員會、分技術委員會、工作組和各類專家咨詢組）和決策模式已在國際上廣泛實施；標準應用方面，用戶根據行業特點和業務需求獨立自行采納相關標準予以實施，也已被實踐證明有效。然而面對新的挑戰，對標準化需求的定位和識別以及對法規和標準的跟蹤和同步等方面所導致的工作難度和工作量的提升都是不可忽視的。因此，借助信息化工具實施“精準標準化”——針對標準用戶的實際狀況，運用科學有效的程序精確識別標準化需求、精確采納和實施標準、精確主導或參與標準制修訂，是一種有益的嘗試。

在這樣的背景下，“標準孿生（Standard Twin）”系統模型理論的提出及應用，對行業標準的發展具有深遠意義。其核心是一個用標準條款描述的動態表征系統，用于從特定用戶視角描述對象（如某產品、系統、過程、服務等）所遵循的標準集合。對標準孿生模型的使用可以貫穿對象的整個生命周期，便于標準用戶和標準化管理者精準地識別對象的標準化程度以及標準的合理性、先進性等關鍵特征，為標準化工作提供重要的決策依據。

標準孿生系統

1、系統結構和運行方式

標準孿生系統的結構如圖1所示。所謂標準孿生系統，實質是一套基于數據庫的關系型模型和應用，通過在標準條款（clause）層級對標準化對象的關鍵特征進行描述，實現對對象標準化情況的精準表征，從而成為標準化活動的決策依據。

標準孿生系統中涉及兩種數據庫應用程序，即面向用戶的“標準孿生體”和面向標準化總體管理的“標準孿生空間”。其中，標準孿生體是針對用戶需求抽取相應標準條款形成的輕量化、精準化的數據庫，主要滿足該用戶視角下對對象的標準化情況的實時表征，反映對象品質控制、接口和界面、后期維護等的管理衡準和依據；標準孿生空間是全部標準孿生體中（不重復）標準條款的集合，因此也是作用對象的一個相對完整的標準模型。“標準孿生”系統通過各環節間的信息流動和標準化活動實現信息的同步并體現對信息的運用。

標準孿生系統的運行原理可描述如下：各用戶根據自身關切從各標準化組織的數據庫中（也包括私有數據庫如企業標準庫或采納的事實標準）獲得與對象相關的標準條款，并通過標準孿生體為其構建模型。該模型即描述了該對象的實際標準化狀況的“標準孿生體”，可作為質量控制、接口和協作管理、生命周期管理等活動的參考依據。同時，用戶可根據標準孿生體識別對象的標準化狀態，擇機參與相關標準的制修訂或設定更加適用的私有標準。系統中設一中心管理員用戶，對象的標準孿生空間由其運營。標準孿生空間數據庫由標準孿生體中的信息聚合而成。同時，中心管理員還承擔跟蹤標準化組織官方動態，同步更新標準孿生空間中標準條款的職能。而后標準孿生空間通過信息廣播服務，向各標準孿生體發布內容更新。中心管理員通過標準孿生空間也可識別出潛在的標準化需求，從而為對應的標準化組織提供輸入。

圖1：標準孿生系統結構示意

圖2：標準孿生系統的數據組織形式示意

2、 數據組織形式

標準孿生系統的數據組織形式如圖2所示。標準條款是標準孿生系統中的基本標準信息載體。這里的“條款”是對對象某一特性的最基本描述。對于標準文件，通常是較低級標題下對應的內容；對于海事法規等規范性文件，常為1個或多個段落。

每一標準條款擁有唯一的識別碼。除條款內容文本外，標準孿生空間數據庫還記錄每個標準條款的適用對象、條款關鍵詞、用戶和利益攸關方、及與其直接關聯的標準條款識別碼。對用戶（孿生體）端而言，若孿生空間數據庫中已有相關的標準條款記錄，則可直接提取使用，否則需要錄入信息并向孿生空間端推送。這些信息的獲取方式描述如表1。在當前的模型原型驗證階段，數據庫信息的錄入仍以依靠經驗為主。在后期的系統優化中可考慮在對相應對象技術體系充分梳理的基礎上引入封閉式列表的方式，有助于提升信息的規范性。

系統功能的實現依靠數據庫應用程序的開發，即利用以上各信息域中的內容進行信息查詢和檢索。常用功能可包括生成某對象的全部適用標準條款、根據條款關鍵詞篩選不同生命周期階段中適用的標準、顯示針對某特性的所有（來自不同標準化組織的）適用標準條款、跟蹤與某條款關聯的條款的更新情況等。用戶可基于這些功能對標準化對象的狀況進行分析，從而為標準化活動的決策提供依據。

表1：數據庫中標準條款各信息域內容的獲取

3、關鍵特性

根據上述系統結構和實現方式，標準孿生系統體現出如下特性：

（1）全面且精益：標準孿生系統中，標準信息以條款級別進行組織。這一形式允許不同用戶針對個性化的需求將來自不同標準化組織和不同行業的標準條款被準確地提取和組合。例如，它可以有效識別和管理“隱性”條款（關于某設備的技術要求可能作為一部通用標準中的一個子條款而存在）。雖然大多傳統標準數據庫已提供關鍵字搜索和全文檢索等功能，但標準孿生系統的目標是提供自動化的信息同步和更直接的映射方式。這一機制將有助于用戶對給定標準化對象表征的完整性和成熟度做出評估，便于描述出該對象的適用標準中存在的缺失、重疊和沖突等情況，從而可進一步識別未來標準化需求。

（2）用戶為中心的高度可定制化：標準孿生體的設計初衷是促進以用戶（即標準使用者）為中心的標準化模式，通過開發定制化的應用可對不同用戶的關注導出精確的模型。例如，設備硬件制造企業更多專注于生產程序、測試和質量要求等；軟件集成企業則傾向于關注詳細規范的接口、數據通信協議及組件之間的互操作性等。標準孿生系統中的標準類型也包括了海事法規、傳統意義的技術標準、個性化的企業標準以及對象實際采用的事實標準，可忠實反映該用戶視角下對象的標準化狀況。

（3）良好的可實現性和互用性：標準孿生系統的底層是由關系數據庫實現的，通過開發數據庫應用程序對標準條款進行操作，實現各種功能。該模型具有通用性，可通過多種數據庫和應用開發手段實現。我們使用微軟Access進行了系統原型的模擬和查詢功能的試驗。實際操作中，該結構可較為方便地向通用的數據庫和應用開發平臺上移植。這使得標準孿生系統容易在各級產業生態內部署。此外，通過構建層級式體系結構對包含多組件的系統構建“標準孿生體”亦是可能的。

（4）對海事立法敏感：以為海事立法提供支持為目的的標準化活動需要對相應法規和標準進行及時同步。標準孿生系統在設計中納入了法規和標準的耦合關系。通過這種對應關系，用戶可追蹤二者的變化情況，并通過標準孿生系統獲得相關的修訂產生的影響范圍，預測潛在影響，從而評估對相應法規條款或標準條款進行更新的需求。更進一步，它可成為未來GBS框架下標準化活動的有效分析工具。

應用初探

充氣式救生筏是重要的海上救生設備。IMO《經修正的救生設備試驗建議》文件（MSC.81(70)）規定了“充氣式救生筏（inflatable liferafts）”的測試要求。其中的孔隙度測試（porosity test）和耐油性測試（oil resistance test）條款引用了ISO/TR 6065文件和ASTM（美國試驗材料協會）關于試驗油料的相關文件。而ISO/TR 6065文件已于2013年12月被撤銷；耐油性測試所指定的ASTM第1號油料已于2005年停產。但直到2018年，IMO才在ISO的建議下開啟對該《修訂建議》文件的更新修訂。對用戶而言，在此期間雖然可以自主尋找替代手段解決這一問題，但長期使用過時的標準條款在產品生命周期管理和監管工作中無疑是不利因素。

以“充氣式救生筏”為對象，以“設備制造商”用戶視角建立標準孿生模型。與本例相關的條款體現在測試要求（MSC.81(70)文件）——材料測試——孔隙度測試（5.17.13.2.2.7條款）和耐油性測試（5.17.13.2.2.8條款）中。其中，孔隙度測試條款直接引用國際標準技術報告文件ISO/TR 6065第A.2.10.2段落；耐油性測試條款直接引用ISO/TR 6065第A.2.5段落，且指明使用ASTM第1號油料。

圖3：準孿生系統的模擬工作狀況示意（信息片段）

通過標準孿生空間與用戶標準孿生體間的標準信息同步定期廣播服務，上述文件被標識為“失效”。由此，用戶獲知需要在產品生命周期管理中更新標準。同時，用戶在實踐中發現，ISO/TR 6065第A.2.10.2段落有關孔隙度測試的要求 和ISO/TR 6065第A.2.5段 落有關耐油性測試要求可分別被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號油料替換。因此，用戶可在獲得標準孿生空間同步服務的第一時間更新其孿生體，從而使標準化對象得到精準的描述。根據上述情況，中心管理員用戶可通過有關渠道及時向IMO提出修訂原文件的建議。圖3給出了本例中標準孿生系統的模擬工作狀況。

從本例看出，對用戶（設備制造商）而言，為產品設置一套精準的技術和管理衡準對于質量控制、監管要求、生命周期管理等都是有必要的。當前的標準化工作機制已能夠為用戶的標準化需求提供較好的保障，但在對標準更新情況的跟蹤以及標準和法規的同步等方面仍有優化的空間。實踐中，這依賴于標準用戶和標準化管理者間的協作。標準孿生系統的應用恰恰為這種協作提供了工具。

應用展望

借助信息化手段支持標準化管理已不是新理念。從標準化管理機構到企業的生產實踐，已有諸多通過信息化工具輔助標準化工作的嘗試。然而，在標準條款級別進行針對不同用戶的訂制化表征尚屬首次。針對船舶和海事工業界特點，這一系統中納入了標準與海事法規（一種廣義標準）的相互關聯，使得其擁有了更強的行業適用性。但總體上，標準孿生系統仍具有通用性，適合在應對標準化管理精準化新挑戰中作為一種輔助工具存在。

標準孿生概念的提出或多或少受到了“數字孿生（Digital Twin）”的啟發。后者是以數字化方式創建物理實體的虛擬模型，可通過模擬仿真和數據分析等手段對物理實體進行分析，從而實現優化和擴展等。標準孿生同樣是一種虛擬化的表征模型，可以作為系統工程工具嵌入產品的生命周期管理。但它不只面向于物理實體，對于流程、服務等“軟對象”亦有良好的適用性。其多用戶訂制功能的靈活性為各層級標準化戰略的精準實施提供了實用的輔助分析決策工具。特別是高度定制化的數據結構和索引系統使它具有與技術體系相結合的潛力，使得它還有可能在未來為標準體系的建設提供一種新思路。

筆者也注意到，標準孿生的應用會在標準條款的結構化整理和數據庫錄入等方面產生一定的額外工作量，同時甚至會需要在標準化工作機制方面進行一定的革新（例如對于系統中心管理員角色的分配、用戶組之間的協調和管理流程等）。但它被信息化手段賦予的靈活性和潛在的效率優勢對用戶和標準化管理主體仍有吸引力。總之，標準孿生作為標準化管理創新的嘗試，具有積極意義和參考價值，值得做進一步探索。