工業5.0：成為更有意義的工業系統

李高勇 劉露

歐盟在2020年9月發布的報告《工業5.0的使能技術》中提出工業5.0的概念，2021年1月發布首個工業5.0白皮書《工業5.0：邁向持續、以人為本且富有韌性的歐洲工業》。該白皮書中正式定義了工業5.0，認為工業5.0是“通過使生產尊重地球的邊界，將工業勞動者與他們的利益提升為生產過程的優先利益，實現勞動者就業和經濟增長以外更廣泛的社會目標，提供穩健繁榮的新型工業系統和生態”。在2022年初發布的《工業5.0：歐洲變革愿景》進一步闡述了工業5.0的目標和愿景，期望構建可以應對沖擊和壓力、實現可持續增長的更具彈性的新經濟生態系統，以應對當前以及未來可能爆發的各種危機。

工業5.0源于工業4.0，但又不是工業4.0的簡單延續。它將工業4.0嵌套在更廣泛的社會技術背景下，強調人代替技術決策和治理，從而提升工人的福祉以及實現環境的可持續發展。2013年，德國在漢諾威工業博覽會提出工業4.0的概念。此后的近10年里，信息物理系統推動生產中的供應、制造、銷售信息的數據化和智能化，并以此為基礎建立高度靈活的、個性化和數字化的產品與服務生產模式。工業 4.0本質上是技術性的，以網絡物理對象為中心，其目的是通過數字連接和人工智能提高效率。在工業4.0中，信息物理系統通過智能組件的嵌入實現信息系統與工業過程的深度整合，為價值鏈的全領域和全環節構造自感知、自分析、自診斷、自決策、自執行和自適應能力，從而降低研發、生產成本，提高生產效率和產品質量，也構建了靈活敏捷和可動態調整的的生產系統，為真正實現大規模定制生產提供技術基礎。

但是以系統自治為中心的工業4.0也產生了很多新的問題。例如，工業機器人的廣泛應用將勞動者排除在崗位之外，人工智能的應用使人類智能無法發揮在處理動態性、不確定性和平衡長短期目標方面的優勢，造成了工業4.0在創造就業機會、抵御供應鏈產業鏈沖擊、應對生態危機等方面的能力不足。因此，為了推進工業繁榮惠及勞動者，避免經濟發展以犧牲環境可持續性為代價，發展以人為中心的、人類智慧驅動的、以“人—信息—物理”系統為主基礎的、實現綠色環保可持續發展同時又兼具韌性的工業5.0體系成為一種必然選擇（見圖1）。

專家學者給出實現工業5.0的多種建議。例如，將工作分為常規操作和創造性工作，由人工智能和機器人承擔常規操作，將人從單調的操作中解放出來，從事創造性工作。然而，隨著技術的進步，越來越多的創造性工作被人工智能所取代，擠壓了人類專家的創造空間。周濟等提出，在新一代智能制造中要強化人在制造系統的核心地位，合理統籌“人”“信息系統”和“物理系統”三者之間的關系。還有學者提出應該構建體驗驅動的人機協同可視化智能設計系統、考慮人的文化程度和背景的人機協作系統等。他們的觀點為實現工業5.0提供了原則與方向，但是可操作性并不強。

本文基于意義構建的視角，從決策和生產兩個環節給出實現工業5.0的建議。智能化和自動化將人排除出決策和生產的同時也使個體失去了追求意義和實現自我價值的途徑。工業5.0社會中，人的發展水平很高，人們將自我價值實現置于主導地位。個體希望理解更多的知識，滿足好奇心，不斷探索未知事物，預測和掌控未來，希望激發自己潛能并獲取新的能力。因此，如果能把這些追求與探索整合到高度自動化和智能化的決策和生產中，那么就可以找到實現工業5.0的突破口。

決策環節的意義構建

機器學習、深度學習等技術的發展，導致人工智能越來越多地嵌入工作和生活，并且突破了人們的預期。傳統觀點認為，人工智能的主要應用領域是程序化決策和日常工作，事實上非程序化決策和創意性工作也開始被人工智能所取代。例如，人工智能能夠獨立完成插畫的創造，人類棋手被人工智能擊敗。故障預測和預測性維護、產品質量檢驗，以及產品銷售量預測等人工智能應用在生產領域逐漸普及。人工智能在非程序化決策和創意工作上的應用將從業者排除在工作之外，同時也使他們通過非程序化決策和創意工作追求意義和個人價值實現，最終導致諸多負面影響。因此，如果能夠在人工智能進行非程序化決策和創意性工作的同時為相關工作的從業者構建意義，就可以實現工業5.0中所倡導的以人為本、提升工人福祉的目的。下面針對決策前、決策中和決策后三個階段的意義建構，分別給出相應的建議。

決策前的意義建構

在人工智能應用開發時，即實際的決策之前就開展意義構建。英國愛丁堡大學教授香農·瓦勒爾（Shannon Vallor）認為，“（人工智能系統）是人類根據自己的價值觀、激勵措施和權力結構建造和部署的，只有將它們嵌入到系統中，系統才能更好地輔助應用場景。”

在決策系統開發前，開發人員將人類的常識、業務運轉的邏輯納入到系統的算法中，從而實現決策前的意義構建。但是，由于人工智能程序的開發者和使用者之間存在著巨大的認知鴻溝，使用者的經驗、業務邏輯等難以在決策系統中體現，這也是人工智能決策系統不被認可的原因。為此，需要開發能夠在使用者和開發者之間架起溝通橋梁的工具。

筆者在一項研究中發現，決策者可以通過“講故事”的方式，即通過設計劇情，將管理決策的內在邏輯傳遞給人工智能開發者，即進行決策前的干預。這可以使人工智能應用更加貼近業務需求，更重要的是，這將使管理者感知到人工智能決策是基于其自身經驗、知識和價值觀等作出的，進而從決策結果中感受到意義和自我價值實現。

決策中的意義建構

意義的重要來源是對事物的掌控感，如果個體喪失對事物的掌控，事情對他的意義就會降低。當前人工智能輸出的結果是定量的。甚至會對不確定性等進行定量分析，使得決策結果過于精細，決策結果變成了毋庸置疑的命令，而這導致管理者喪失了自由裁量權。

管理中的自由裁量權是指管理者有權在自己的職責范圍內、在一定的決策空間中作出決策，并對其決策結果負責。管理自由裁量權一方面可以使管理者感受到所發生的事情是在自己的掌控中的，另一方面，也使管理者的自我價值得以實現。當管理者發揮自由裁量權時，更有可能創造出比預期更好的產出和績效，更有可能促進個人的發展。因此，管理自由裁量權的設計是意義構建的重要途徑。

開發基于人工智能的自動化決策系統時，要預留自由裁量權，確保管理者感受到是自己在作出決策，并對決策結果負責。例如，由決策程序輸出若干種決策方案，請決策者從中作出最終選擇；降低人工智能決策的量化程度，在有限范圍內處理風險的判讀以及預測的結果，由管理者在范圍區間內作出選擇。

決策后的意義建構

人類天生對待處理的任務和待實施的行為有好奇心，希望知道原因以及隱藏的原理。通過了解事情的全貌，人們為任務和行為構建意義。然而，人工智能，特別是基于機器學習和深度學習的人工智能，其運算過程對于人類來說是黑盒子，這導致了人們無法了解決策依據，從而無法對任務構建意義。一項研究表明，在決策中使用人工智能，會降低那些責任心比較強的個體執行決策的動機，因為責任心強的管理者更希望了解任務。另外一項研究表明，對人工智能的決策進行解釋，既可以提升決策執行的力度，也可以提升決策實施的效果。

因此，對于自動化決策的結果，應該給予充分的解釋。在當前的技術框架下，人們難以明確機器學習的運算過程，但是依然可以采取一定的措施，對決策結果進行解讀。具體來說，可以采取兩種方式。

第一，關注決策的因果關系，而非決策的細節實現。例如，某線上服裝銷售商的銷售數據顯示，羽絨服銷售較好的省份是江蘇省，銷量甚至高于寒冷的東北地區。通過對結果進行分析發現，江蘇處于南北交界，冬天氣候較為寒冷，但是又不屬于集中供暖地區，由此便可以理解其羽絨服銷量比東北地區更高的原因了。

第二，挖掘人工智能決策的依據與過程，幫助人們理解所執行任務的依據，以及工作的重要性，這樣人們便可以為所執行的任務構建意義。正如普林斯頓大學的理論計算機科學家桑吉弗·阿羅拉（Sanjeev Arora）所說：“我們需要更多地了解深度學習系統的黑匣子里面發生了什么，讓人們明白決策結果的依據，知道他們要從事的任務的意義。”

生產環節的意義構建

工業4.0中自動化設備和工業機器人的廣泛應用大幅提升了生產效率。然而，效率提升的同時，產業工人數量卻在減少，工人福利也在下降。工人成為自動化生產的輔助，從事諸如巡檢等無意義的工作。這些工作重要性非常低，而且單調枯燥，工人無法從中獲得意義，從而產生消極怠工情緒，缺少工作積極性。

工業5.0如何在生產環節實現以人為本？當前普遍的建議是實現人與機器的高度協同，并根據人與機器在執行任務時的關系構造“人在回路中”和“人在回路上”兩類系統。“人在回路中”是指在系統中，機器根據人的指令完成任務，當機器完成任務后需要等待新的指令，再根據指令執行任務。“人在回路上”則是一套能夠獨立、完整執行任務的自治系統，人的主要任務是提供系統難以獲取的專業知識，同時在系統無法完成任務或者忽略了重要問題時做出響應。實際操作中，“人在回路中”人的參與成為生產瓶頸，降低了自動化設備的效率，而“人在回路上”的應用范圍有限，大量的自動化設備所處的生產環節屬于程序化操作，對人類的專業知識需求量較小。那么，如何幫助工人感受到工作的意義，從而發揮其在自動化生產中的重要作用，以實現工業5.0？可以采取三種方法，即增加工人的臨場感、參與度和掌控感。

增加臨場感

臨場感是指個體感知到自己身處現場的程度，它是個體產生心理感知的基礎。臨場感的增強更有利于激發個體的歸屬感以及個體執行任務的動機，有利于促進群體中的交互與協作，并增加群體成員的凝聚力。因此，通過增強臨場感，工人們能獲得更真實的生產作業體驗，獲得生產作業上的感性認識，從而感受到工作的意義。

當前，虛擬現實、增強現實和元宇宙等技術為增加工人的臨場感提供了工具。高清視頻和圖像為工人提供沉浸感，使其能夠觀察和感知工作現場；超低延遲在功能上實現同步操作，可以及時為工作現場提供反饋。因此，遠程登錄依然可以讓工人有身臨其境的感覺，增加他們對工作現場的感知，提升他們對工作的認知，從而使他們感知到工作重要性。例如，在華為開發的智慧礦山解決方案中，5G高清視頻將礦井里的設備狀態、作業場景傳送到地面指揮室，礦工在辦公室同樣能夠感受到地下作業現場，在實現了自動化生產的同時，并沒有將工人完全排除出生產，反而讓他們感受到工作依然是重要的。

增加參與感

如果能夠提升工人的參與感，他們便能獲得獨特的體驗，感受到自己在創造獨特的事物。當個體參與到任務中時，他們可以真實地感受到，通過自己的工作和努力能夠如何影響事物并為自己帶來回報，實現自身價值。因此，在工業5.0中，如何增加工人們的參與感，他們就可能避免因高度自動化而被排除生產過程所引發的負面情緒，使工人在自動化生產中獲得獨特的意義體驗。

在現有基礎上，可以通過兩條路徑來增加工人的參與感，進而實現工業5.0。

一條路徑是“人在回路上”，即個體將自己的經驗等內化到生產系統中。例如，工人參與生產系統的開發，并將他們的經驗和對生產的理解與系統融合，提升生產系統的智能性和業務的匹配度。同時，工人對生產系統進行監督和控制。相較于工業4.0中的巡檢等工作，這種方式使工人能夠以更加智慧的方式參與到生產中。

另一條路徑是使機器變成人體的延伸，從而增強人的力量、精準度等。這種操作從工業革命開始就一直存在，例如，汽車代替步行提升了人類速度，起重機提升了人類的力量。工業機器人可以協助人完成更加精細的工作，成為人類器官的延伸而非簡單的替代。例如，遠程手術中，醫生操縱遠程機器人為病人治療，機器人成為醫生的延伸，基于醫生豐富的工作經驗完成手術。

增加掌控感

掌控感是個體對所從事的工作與所執行的任務在多大程度上可以控制的感知。自動化包括流水線生產，其特點之一是剝奪了工人對生產過程的控制，工人成為生產線上的螺絲釘，從而厭倦工作，感受不到工作的意義。當人感受到自己能夠控制自己的工作時，他們便會產生責任感，將完成工作以及高質量地完成工作作為他們價值的體現。

數字技術的廣泛應用，重構了業務流程，消除了業務流程之間的邊界，所有的企業成員都需要為企業的使命與目標負責，這為生產環節的每個人提供獲得掌控感的條件。物聯網技術實時存儲生產流程中的作業狀況、環境參數等數據，實現全流程管理和全程溯源。在生產中，為產品打上二維碼，并與生產過程數據庫鏈接，通過掃描二維碼可以追蹤生產過程中的每一個環節的生產狀況和負責人。如果最終產品出現問題，則可以通過追溯查找產品在哪個環節出現異常。在這種情況下，工人需要對最終產品，而不是自己的下一生產環節負責。工業5.0中，企業的使命是提升環境的可持續性，可以采用同樣的方式，追溯生產環節，從而使工人對自己的工作具有一定的掌控感。

本文從意義構建出發，從決策和生產兩個環節給出實現工業5.0的建議。然而，工業5.0是復雜的工業系統，通過意義構建實現以人為本只是其部分目標，要實現工業5.0，還需要更多的努力和探索。