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清华大学特聘教授、复杂系统工程研究中心主任张新国作《智慧企业建设参考框架》专题报告
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| 张新国：各位领导、各位嘉宾、各位代表，大家上午好，很高兴有这个机会跟大家交流关于
智慧企业架构设计的一些过程。 我想分三个方面：第一个是数字时代的复杂性挑战，这部分主要想说一下我们遇到的目 前的数字技术或者网络技术给我们带来了无穷的好处。同时我们也看到系统变复杂以后我们 遇到的挑战是什么，如果这个挑战我们不能解决我们又如何向下一步迈进。从某种程度上也 是在说为什么我们需要架构、需要整体设计。第二部分因为我们需要架构，就需要说一下架 构的整体原理，架构怎么帮助我们去解决这些问题，从总体看、从全局看，以及它的作用和 我们怎么设计架构，怎么用架构的方法来描述我们目前面对的问题。最后一部分说一下在前 两部分的基础上我们怎么进行的这次智慧企业参考架构的设计过程，大家手里有这份资料， 所以我主要讲前面两部分，最后一部分说一下智慧企业参考架构的基本内容。 我想所有做工业企业的组织应该都熟悉工业协同制造模型，也就是说我们大家都在围绕 着三个图在设想，横坐标是价值链，就相当于我们左边是供应链，右边是客户关系链，我想 这次疫情之后我们真正看到了供应链的重要性和客户关系链的重要性，如果供应链不可靠， 我们的工业生产就不能持续，如果我们的客户关系链不可靠，即使你生产出来也卖不出去。 企业内部的经营管理是纵轴，第三个轴是产品生命周期，或者有时候可以认为是技术生命周 期。而随着技术的变化，产品的生命周期和技术的生命周期都在不断地缩短，在加速，实际 上工业4.0说起来要做很多，但实际上就是企业轴、价值链轴和技术以及产品生命周期轴， 三个轴如何综合。目前数字技术帮助我们解决了很多问题，但是这三个轴目前在每一个轴上 没有综合起来，这三个轴更没有综合起来。 当我们进入工业互联网，进入工业4.0以后，我们谈的不仅仅是信息，是在信息技术的 支撑和帮助下，我们如何去把所有的设备连起来，当前的通讯只是人与人的通讯，下一部是 人与机器的通讯，以及机器与机器的通讯，这也是5G要解决的问题。但是赛博物理系统面对 的不仅仅是信息，同时要面对物质和能量，也就是信息系统出现一些故障不会出现大的崩 溃，但是如果和所有的设备、和物理系统相连，任何时间上的延迟，甚至小小的故障都可能 导致灾难性的事故，甚至于包括我们的核电站，包括水利电站等等，或者大型的设备，这些 大家都经历过。 赛博物理系统的问题是我们要应对计算单元、信息单元和执行单元，如果我们把赛博物 理系统放在企业的组织里来看，赛博指的是计算与通信，我们国内目前很多把它翻译为信 息，这是很大的问题，是计算和通讯，并不是信息本身，另一个是传感器和执行机构基本上 是在物理层面，我们现在拿不到数据根本原因不是我们拿不到大数据，是很多数据我们还没 有办法去获取，或者是获取了还不够全，所以传感器技术仍然很重要。包括机器人，机器人 高性能的传感器和执行机构基本上是不足的，这些问题都不能忽视，否则我们又再一次面临 后面发展的“卡脖子”问题。 智能制造主要处理执行管理这一层，如何把设备连起来，如何进行生产编排，如何能够 高效生产。但是这上面最重要的一条是业务智能，也就是企业联盟和企业层的管理，朱会长 刚才已经谈到了这个问题，如果上面这一层的业务智能我们没有做好，即使我们用到了最先 进的智能设备，我们的组织可能用得并不高效。从这一次美国应对疫情就可以看出来，美国 拥有全世界最先进的医疗设备，但是美国的抗疫效果并不好，这说明了什么呢？说明政府管 理和运行机制的重要。如果放在一个企业来讲，即使你拥有最先进的智能设备，但是你的企 业管理和运营跟不上。 如果把社会上的设备、企业的设备，交通以及智能居住等等衣食住行都包括进来，这样 的系统会变得更加复杂，不仅仅是我们现在的通信网络所能回答的。当这个系统变得越来越 复杂的时候，我们就要问一个问题，我们曾经面对的设备基本上是机械，我们过去的设备、 机床，以及汽车、火车、飞机大量是以机械为主，后来随着机械的发展，第一次、第二次、 第三次工业革命映射到产品上就由机械走到了机电，最后走到了机、电、软件、网络，系统 所含的元素数以及关系数，以及系统与环境相关的关系数，三个数目加起来成指数。现在我 们的管理方法、思维方式还停留前一层、前两层，去管理第三层，这带来了很大的挑战，甚 至可能是危险。 我们企业组织目前面临的挑战应该说也很大，尽管数字化已经进行了30多年，但是人类 自从有了亚当斯密劳动分工以来，劳动分工提供了效率，每个人都有专业，从手工业转到大 工业以来，西方国家在90年代初就总结过，复杂的程度越来越难，目前能掌握全局的就是手 工业，只要是大工业都面临同样的问题。所以在信息化的时候就提出来怎么样组织再次还原 到它的整体，就是通过流程，通过业务流程来穿越我们已经被分开的智能组织，分开了的专 业组织回归整体。但是如果说这件事没有做，那么我们就在原来碎片化的专业分工、职能分 工的组织上进行碎片化、信息化，实际上现在很多单位的数字化仍然是碎片化，管财务的、 人力资源的、管计划的，工业部门管软件的、管机械的，各自都有自己的信息工具，但是所 有的工具都不能集成，所有的数据不能交换，所有的模型也不能综合。新一代网络技术也 是，我们听到的很多名词，但是这些技术又怎么集成，其实我们也没有完全回答。不管是管 理领域、信息技术领域，还是产品的整个生命周期所用的工具都大量存在问题，即使是我们 现在很多很优秀的企业，比如说IT企业，甚至在帮别人进行数字化的企业，他自身内部也出 现力不自治的情况，这些问题都是摆在我们面前的挑战，实际上都是下一步进行全面数字化 和智能企业建设的一些障碍。 复杂系统的演进实际上是一个过程，我们过去看到一个系统往下分解，都讲往下有哪个 部门，很少讲属于哪个部门，每个产品都在往下分解，这也是习惯。反过来说向外看，不管 你这个企业还是你这个产品，一定跟外部的环境是有联系的。你就拿我们最近碰到的事来 说，最近电商非常高效，大家买东西觉得我手机只要订出去东西就能送来，如果你上街走一 圈就会看到有很多的快递小哥在进行货物分拣，而且占用城市公共区域，同时有几百万快递 小哥一边满足城市需求，一边为了平台的考验，冒着违反交通的风险，而且出现了很多交通 事故。说明了什么？电商到用户这一部还是物理实验，这一部分又如何解决，所以系统越来 越大，大家可以回想共享单车，所有城市在前几年都出现了无数个共享单车，两三年后发现 最后都集中在了公共地铁站和汽车站，这才找到了应用场景。共享电车和公共汽车、地铁不 连续，但是我们并不是从应用场景开发来的，而是自下而上去应用，结果导致很多无序的投 资和很多无序的浪费，所以复杂系统应该研究所有的问题，不仅仅研究系统本身，还要研究 体系，体系是由系统组成的系统，还有复杂系统，把人类的运营方式放进去，即使我们有了 快速的高铁以后，现在有些城市已经开始考虑如何把室内公共交通和高铁的班次进行对接， 如果不这样对接高铁节省来的时间会在这个城市到达以后因为等车把加快的时间又给损失 掉，所以整个运行要放在社会运行环境下，企业是如此，社会也是如此。 所以复杂系统分为很多类，我们现在应对的是有组织的复杂性，需要顶层设计。不管企 业内还是产品内有组织的系统，但是运行的环境是随机的，这也是当前无人车遇到的问题， 无人车不是技术问题，无人车上不了路才是问题，你出了事故以后是司机负责任，还是造车 的人负责任，像这些问题我们都要把它考虑在内可能才能回答所有问题，否则我们一个方面 的努力被另一个方面的东西所抵消。传统的信息技术30年来取得了巨大的进步，但也数据终 获取透视和行动却未变化许多。 第二部分我说一下原理及其核心作用。 传统的系统工程第一条是产品的系统工程，第二条线是组织的系统工程，人类开使用自 己做物理系统的办法设计自己的组织，这两条线都有缺失，中间都缺架构设计，所以我们大 量的组织都能拿出组织架构图，但拿不出流程架构图，就是拿静态的图，却拿不出运行的 图。很多城市都拿出三维的城市模型展，表现不出这个城市的交通是怎么运行的。我们买车 的时候看到是270公里，加速到100公里用几秒，但是我们上路的时候发现你开到40公里以上 的机会很少，所以像这些问题其实都是我们没有总体回答的问题，我们都盯着一个点在说。 所以复杂组织体（Enterprise）确实有企业的含义，但是在复杂工程里并不指是企业， 是指人类所有的范围。它至少应该有人、流程、技术，当然也可以有资金和组织，就人、流 程和技术是复杂组织体的三要素。我们如果只说物理系统，那就只有技术就可以了，但是只 要涉及到人类的活动，必然涉及到人和流程，所有的要素相互依赖有目的地组合，对于环境 相互作用构成一个复杂网络，所以复杂组织体架构在我们国家，在国际上这个学科已经有十 多年，甚至二十年，但是在我们国家一直说成是企业架构，但其实是复杂组织体系架构。 因为在美国实际上它是在军队先用，因为美国先发起了全球信息化战争的网络，我觉得 我们国家很可能会从企业的架构而引领整个架构的发展。 我们看一下架构的定义，就是一个系统的基本组织具体体现于其内部组建、组建与环境 之间的关系，以及支持对其设计和演进全过程进行治理的原则与指南，不可能一蹴而就，不 可能变。 那如果用网络来描述架构，我们做的任何一个系统一定有使命，而且使命就是目的，也 一定有环境，就是所生存的环境。这个系统不管是企业组织还是产品系统，一定有利益攸关 者。不同的利益攸关者他关心的问题一定不一样，我们中国人有一句话叫屁股决定脑子，这 实际上是必须的，因为每个人都对自己的岗位负责。正因为这样，不同的关系就造成了每个 人对同一个问题看问题不同的视角，视角是从哪里看、试图看见了什么，就是刚才朱会长讲 的场景，你从什么视角看过去就会看到什么运行场景，整个综合起来就形成了架构描述，架 构描述是干什么的呢？在所有的不同层级、不同领域的利益攸关者之间达成共识的描述，因 为现在不同领域的人说着不同的语言，我们现在由于专线分工，尤其各个层级的不同大家现 在不太听得懂对方的语言，即使说同一个名词，但是要有清晰的理由依据就是架构，架构就 成了系统的总体，所以我们通常说总体设计、顶层设计，我们还是用自然语言来说，没有结 构化和技术化的方法来支撑这些总体要素和顶层设计。 这里面最重要的几个关键点是视角和视图，视角是说如果是左边我可以是个概念图，作 为住户来讲我关心的是一个场景，是一个生活场景。可是作为建造的人来说，我关注我怎么 设计它、我怎么建造它，他们看到的视角是不一样的，所以视图是不一样的。 再放开，视角再展开，一个房子可以有更多的视角，搞销售领域的视角，搞管道铺设的 也有视角，搞建造的也有视角，搞电气的也有视角，视角是不一样的，所以我们要把所有视 角、所有视图放在一张层面上看，这样就有概念的完整性。第二当把所有视角放在一起的时 候我们就看到了冲突、看到了矛盾，当我们在顶层能够达到共识还解决了冲突、解决的矛 盾，还没有遗漏，那就达到了正确性、一致性、完整性，这就是对顶层设计与战略设计的要 求，或者物理系统对需求的要求。 最早80年代就提出了架构框架，使用的人关注的是概念模型和组织模型，设计的人关注 的是系统模型，建造的关注技术模型，其实我们现在做智能企业的建设不同的人关注的问题 是不一样的，现在我们怎么把视角结合一下。复杂体系架构提供了复杂组织体的本体，这36 个要素才能完成地描述信息化条件下复杂系统与复杂组织体所有的要素，不是说所有都要 用，而是说它是个全集，你可以在这上面建材。所以架构包含结构和行为，包含结构和功 能，包含静态和动态，这是架构不同于结构最重要的地方。 国际标准组织OMG发布的模型驱动架构，从需求-功能-逻辑-物理这里面很重要的是需求 的时候要独立于方案，说功能的时候要独立于设计，说逻辑的时候要独立于技术，我们现在 是倒的，我们在用技术推逻辑、用逻辑推功能，这样做出来又是自下而上，可能会出现另一 轮智能化、碎片化，所以顶层设计就显得非常重要。 在计算机里我们说模型的时候要独立于计算，说计算的时候要独立于平台，不要过早地 约束到技术和平台上去，M0是现实，M1是模型，M2是元模型，M3是元元模型。所以我们比较 熟悉物理建模、数据建模，现在我们需要概念建模，概念层实际上是思维建模。 这种概念建模照样要使用计算机来帮助，这才是高层的彼岸。从战略到解决方案我们最 重要的是要解决为什么，然后再回答做什么，最后再回答怎么做，不能说我们要怎么做，然 后再去支撑我做什么和为什么，这样的逻辑往往会导致我们浪费很多的资源和很多的经济代 价。 组织作为业务和社会，我们现在面对的是IT，就业务和IT实际上是和社会结合，我们这 些年大讲IT，但是和国际上差在什么地方呢？国际上都在讲IT和OT结合，就是信息技术和运 行技术结合，运行技术就是各个行业业务是怎么运行的，IT到最后是支撑业务运行，业务运 行支撑经济运行，这个逻辑不能反的。这时候复杂系统的架构作为各个方面沟通的手段，因 为我们要达成共识，要建立共同的蓝图。 同时，我们从战略到实施中间需要EA的实践做转化，所以架构把战略转化到实践的桥 梁，也是做整体设计的基础。我们现在老说大数据，但是数据是缺乏意义的，也没有组织， 也没有结构，它是现象的经验实践。信息是说我们对数据进行了分类，是结构化的数据，它 具有一定的意义。当我们对信息有相关的、因果的、逻辑关系的理解的时候，组织信息并常 采取模式的形式，像我们通常描述一个人有智慧，这个人能够运用正确的方式解决一般人解 决不了的复杂问题，那就叫智慧。而智慧要求我们用多模型来思考，不是用单一的模型来思 考，而多模型恰恰就是多视角，而多视角需要架构。 创生智慧的核心是多元思维模型，大家可能看到很多资料，投资是最复杂的学科。在这 个过程中怎么多元思维呢？要多视角、多学科、多层级，这个问题说起来容易，解决起来很 难，因为一般人都有自己的专业，都有自己的行当，都喜欢用自己的视角去看，如果你不换 视角、不跨学科，描述出来的东西是扭曲的。 我们如何落实呢？我们既要多视角，又要多层级，还要多学科，这样才能描述一个复杂 系统。我们如何来体现呢？就要用国际上的标准方法，TOG发布的AF，这里面既含了战略， 也含了业务，也含了信息，所以我们现在信息化走了30年，老实说我们现在几乎大部分的信 息化都没有顶层的架构设计，而且信息架构和业务架构没有对标过，甚至我们大量的信息基 础根本没有业务架构在上面引领，这也是我们信息化一直没有做得很有效的其中一个原因。 架构内容的元模型，这些我都不细讲，大家可以看，用的都是元语音，可以映射到所有 的行业，这里面并没有具体到你是干能源的还是干金融的，还是干交通的，还是干制造的， 可以映射到各个业务。 现在还要解决的问题就是如何关注人-系统-现实之间表达的公共基础，如何把个人知 识、主观知识变成一个社区、一个社团的公共知识，这是第二层，第三层人-计算机-现实至 今达到语义上的共识，这是必须解决的，否则计算机能帮助我们实现制造的自动化或者智能 的自动化、运行的自动化，但如何帮助我们实现管理自动化，这是我们要解决的。 这时候我们就需要正规化、出行化的碱性语言，现在已经有Archimate、SysML、UML， 虽然我们底层智能化很高，但是顶层还是人在拍脑袋，这部分问题非常大，如何让这部分用 计算机来做，这才是智慧企业迈出了真正的步伐。 其实万事万物回到初衷就是是什么和做什么，是什么是结构和形式，能干什么是它的功 能和行为，任何都是这样表达的。我们现在系统级建模语言就是用功能视角、行为视角、规 模视角，这些人和机器都可以做。如果是组织就用ArchiMate，这种建模语言已经在国际上 形成标准，而且发达国家正在大量采用。 这是框架，可以看到战略层、应用层、物理层、技术层、实施层，恰恰描述了人类所有 组织公共的逻辑推理，可以说是公理，不需要证明。架构开发方法照样从战略开始，但是战 略是问题。业务架构蓝图到业务场景实际上包含所有要素，所有要素里最重要的是业务架 构，业务架构里的顶级是能力，我们现在说建立智慧企业，智慧企业实际上就是这个企业有 没有能力驾驭这个智慧的能力。 最后一部分架构引领下的智慧转型，咱们企业发展的主题经过工业化、信息化、数字 化、智能化，工业化主要追求效率，信息主要追求增长，前三十年主要追求速度和规模，数 字化的时候由于互联互通在解决协同，下一步智能化主要解决创新驱动。 工业企业集成的架构发布了很多年，但这几年开放式平台通讯的统一架构已经发布，而 且把五级全部连接起来，完全要集成过去三四十年几万个厂家、几千个通讯协议、无数设备 之间的通讯和使用，这个架构不是靠我们自己能解决的，5G能解决一部分问题，但不能解决 异构设备之间的问题。瑞士的公司大量在研究这个标准，而且由德国在主导发展，现在全球 用得最多的标准。当然汽车行业也有一个产品标准，但是中国汽车企业没有参与到这个协会 中去，它已经有30年了。OPC UA独立于平台，它正在执行，我们工业制造2025并没有发布架 构，但是德国制造工业4.0发布了八个架构，说明什么？顶层需要架构来牵引。 我们可预见的智慧企业的转变，当前人机分工、分散、分机决策、分散的信息与处理， 将来在融合层我们要综合分析与决策，这时候组织智能体、业务智能、人与机器的融合刚才 也讲了这部分。怎么把它从战略决策，从战略层、应用层，刚才我讲了怎么用建模的方式来 描述我们整个的体系，最后就出现了我们说的数字孪生，其实我们现在数字孪生不仅仅是产 品的数字孪生，现在全球都在讨论第一个是产品的数字孪生，第二个是业务流程的数字孪 生，你怎么工作、怎么运行，第三层是企业的数字孪生，只要做出这三层的孪生才能向智慧 企业迈进。 智慧企业高度敏捷的综合协同体系，AI在环的人类增强智能决策体系从信息到智慧，我 们分认知欲、行动欲，像有些AI技术，像刚才潘院士讲的摄像头属于信息，比如说我们的机 床在设备里属于行动欲，反过来现在最缺的是认知欲，这里面技术、方法、工具我们都要开 发。 智慧企业的数字方面从概念层、逻辑层再到运行层，目前我们缺少概念层和逻辑层的推 理，更多的是让工具和设备由下向上推，再一次出现碎片化的状态。 最后我们总结为三个欲、八个视角，他们之间映射关系大家手里拿的册子也有。我们也 设计了部分的元模型，比如战略结构、业务架构，大家可以看以前的战略架构里很少有行动 方案和能力的描述，我们把战略几乎当成一个口号来说，所以这是战略不落地的问题，同时 要考虑各种利益攸关者，所以智慧企业的建设还需要在当前信息化的基础上再一步深入。 最后智慧企业建设的采购架构应该囊括我上面讲的各个领域，实在对不起，超时了，谢 谢大家！ |
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