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圖1 光學掃描與數字信號的對應關系

    全球的商品條碼系統是由“國際商品條碼總會”（International Article Numbering　Association， IANA）負責各會員國的國家代號的分配與授權，再由各會員國的商品條形碼專責機構，對其國內的制造商、批發商、零售商等授予廠商代表號碼。通常情況下，每一種商品都有一個獨立的Barcode，猶如帶有統一編號的商品身份證，可以在全球范圍內得到一致的身份認定。

    根據信息表達維數的不同，條碼可分成一維條碼和兩維條碼，一維條碼一般只在水平方向表達信息，信息容量約在30個字符左右，而且只能包含字母和數字，條碼遭受損壞后便不能閱讀；而二維條碼則在水平和垂直兩維空間存儲信息，可以使條碼的信息容量更大，編碼范圍更廣，保密性和可靠性更高。

1.2  RFID的工作原理

    作為自動識別領域的后起之秀，RFID技術早在二次大戰時期就有應用，當時英國軍隊就用這一技術來區分飛進英國領空的飛機是敵軍還是英軍的。20世紀60年代，美國國家實驗室開始使用RFID 技術來管制核能原料。1977 年，美國Las Alamos國家實驗室把核能原料管制相關的RFID技術移轉民間進行商品化發展。20世紀80 年代中期，美國TI 及摩托羅拉公司開始少量生產低頻之RFID 標簽，各種應用逐漸展開。但在數十年的發展歷程中，RFID基本停留在低頻RFID的應用，通信距離短，傳輸信息量少，成本高，沒有很好地普及開來。近幾年RFID之所以備受矚目，很大程度上得益于美國麻省理工學院(MIT)創立的自動識別中心（Auto-ID Center）的推動，該中心在美國寶潔（Procter & Gamble，P&G）及吉列（Gillette）等公司的協助下開發出了高頻RFID技術與標準，較好地彌補了低頻RFID的不足，才使得RFID技術真正具備了全面推廣的條件。

    RFID是一種自動化的數據捕捉技術，可通過所包含的標簽進行電子化的識別、跟蹤和儲存信息，一個無線頻率閱讀器可用來掃描標簽上的數據，并向數據庫發送信息，數據庫通過所包含的標簽儲存數據。RFID系統的主要組件包括標簽、閱讀器和數據庫。如圖2所示[2]。

圖2  RFID系統組成原理圖

圖3  標簽結構圖

    RFID標簽可分為被動型標簽（Passive tag）、半被動型標簽（Semi-passive tag）和主動型標簽（Active tag）三種類型。被動型標簽沒有自備能量，不會主動與閱讀器進行通信，當閱讀器發射的電磁波形成的電磁場與RFID標簽的天線耦合的時候，被動型標簽即會作出響應，并開始與閱讀器進行通信，實現數據的傳輸。這種情形猶如鏡子對太陽的反射，閱讀器好比太陽，可以發射和傳輸能量，被動型標簽就如鏡子，能把閱讀器發射的“太陽光”反射至一定的距離。目前，這一距離大致能保持3～5米左右[3]。半被動標簽加裝有電池功能，但它也不會主動地與閱讀器通信，電池功能的作用主要用來執行一些額外的任務，比如監控環境溫度以及為標簽內部的電子器件供能等。有些半被動標簽的電池在接收到來自閱讀器的信號之前會自動處于休眠狀態，以確保電池的壽命。由于半被動型標簽不需要來自閱讀器的電磁場能量來運行標簽，這樣就可以在非常低的信號水平下進行工作，讀取距離可以長達數十甚至上百米[4]。主動型標簽除天線和芯片外還包含一個能量源和一個傳輸器，以持續向閱讀器發送信號。這類標簽典型地具有可讀寫數據的功能，它既能主動地向閱讀器發起通信，又能被動地接收閱讀器發出的信號，具有雙向交互通信的能力。主動型標簽產生的無線射頻能量作用在它的天線上，這種自主性意味著它們的通信距離可比前兩種標簽覆蓋得更遠，根據能量供給的強弱，可以達到數百甚至數千米。

    RFID系統的閱讀器類似于Barcode系統中的掃描裝置，具有可靠地讀取標簽，以及把讀取的結果與數據庫進行通信的能力。閱讀器能夠使用它的天線與標簽通信，當閱讀器散發無線電波，所有指定的標簽都能對這一頻率作出反應，并在相應的范圍內作出應答。

    RFID系統中的數據庫是一個處于后端的邏輯信息系統，用來跟蹤和容納加載標簽的目標的信息，儲存在數據庫中的信息可以包括目標的標識符、特性描述、制造商、目標的運動過程和位置等。數據庫中的數據還可以連接到其他網絡，比如局域網，并通過它可把數據連接到互聯網，這就真正實現了實物與互聯網的聯網（常常被稱作為“物聯網”），標志著一種新的網絡應用模式的開始。

1.3  RFID與Barcode工作原理的差異

    從技術類型的角度來認識，RFID屬于無線傳輸技術，依靠無線電波來傳輸信號；而Barcode則屬于一種光學識別技術，通過光反射的信號來獲得數據。所以，這兩種自動識別技術數據交換方式上有著顯著的不同。

    作為一種無線傳輸技術，由于無線電波所具有的發散性，使得RFID技術不需要象Barcode技術那樣必須保持直線可視狀態即可進行數據的傳輸，這一點是RFID應用廣泛的重要原因之一。RFID標簽可以通過各種包裝和容器進行閱讀，包括紙板容器、用以密封的塑膠包裝、木板包裝等，帶有標簽的物體即可通過相應的RFID系統讀取數據，而不必考慮它們具體的擺放位置。同樣是因為無線傳輸的緣故，RFID閱讀器可在它們的閱讀區域內即時自動地識別和區分所有無線射頻標簽，這一同步處理流程的能力為原料處理、包裝和分類操作等提供了極大的靈活性，因為它不需要在識別目標之間保留一定的時間間隔和空間距離就可以連續大批量的閱讀，使得RFID成為理想的高速分類、快速通行、大批量分揀的應用技術[5]。

    從工作原理的角度來看，Barcode技術是一種相對簡單，應用便捷的技術，在一般性的識別應用領域發揮著基礎性的作用。

2  RFID與Barcode功能特性的比較

    作為自動識別技術兩種不同的形式，RFID技術和Barcode技術都具有自動識別的功能，但兩者在功能特性上有著較為明顯的不同，這種差異不但對更好地把握RFID的技術本質很有幫助，而且可以進一步提高對RFID技術的認識。

2.1  RFID與Barcode識別能力的比較

    由于Barcode技術所采用的是光學識別方法，決定了識別過程中必須滿足的條件：識別距離必須保持在比較近的范圍，一般在數厘米到數十厘米之間；條碼和閱讀器必須保持直線可視狀態，稍有彎曲和偏離即無法進行有效識別；條碼的“條”、“空”雖有電腦生成，但所附載的信息很容易被復制，難免會產生條碼被偽造等后果。

    與Barcode相比，RFID在識別能力方面具有比較大的優勢：識別距離可根據具體的識別需求選擇相應的標簽類型和無線頻率來決定，可從微距離（數厘米）、到近距離（數十厘米到數米）、遠距離（數米到數十米）再到超遠距離（數十、數百甚至到數千米），這樣就大大拓展了識別的空間距離和范圍，應用的場合顯然要比Barcode大得多；由于不需要保持直線可視狀態即可識別，使得RFID的識別靈敏性和方便性比Barcode要出色得多，只要在合適的識別范圍之內，RFID能夠自動辨識有效的識別信息，而不必考慮識別標簽處在什么樣的狀態。這一特性既可以顯著提高識別的效率，又可以有效彌補Barcode識別的不足，使自動識別的領域得到極大的擴展；RFID標簽所具有的唯一的產品序列號不但可以防止標簽附載的信息被復制，而且提供了強大的記數和跟蹤的能力，在提高供應鏈的可視性和高效地實現資產跟蹤等許多方面可以大顯身手[3]。

    由此可見，RFID技術所具有的識別能力與Barcode相比，有了一個質的提升，這是RFID技術得以廣受關注、并快速發展的主要原因之一。

2.2  RFID與Barcode識別環境的比較

   作為兩種不同的識別技術，RFID和Barcode對識別環境的要求也是有很大差異的。Barcode通常采用紙質打印條碼標簽，決定了條碼的“生性”較為脆弱，對生存環境的要求相對較高：標簽必須保持干燥，不能受潮；必須在合適的環境溫度下工作，不能耐受高溫或低溫的環境工作；不能抵制化學品的腐蝕，否則受損后不能被閱讀器識別；只能保持平整狀態，如遇到皺折等情況會出現讀取困難。雖然條碼標簽對識別環境的要求苛刻，但又不得不直接面對各種應用環境，因為標簽必須處于裸露狀態，只有被閱讀器辨識的條件下才能被有效識別[6]。

    與Barcode相比，RFID標簽的核心組件―芯片和天線往往包裹在特制的塑料等介質之中，在耐受環境的能力方面比Barcode標簽要強很多：RFID標簽對溫度、濕度沒有特殊的要求，可以在各種自然條件環境中應用；RFID標簽對化學腐蝕性的耐受程度相對較高，可以廣泛用在化學品、藥品、食品等生產、運輸和銷售領域，對控制原材料的品質、監控產品質量有著很大的作用；由于不需要直接面對閱讀器識別，RFID標簽可以安置在包裝物的內部、貨架甚至隱藏在商品之中，受損的機率大大縮小，可靠性必然會得到很大的保證。

    當然，由于RFID系統通過無線電波傳輸信號，自然會受到無線電波的干擾，必須科學設置頻率波段以合理解決這一問題。另外，在金屬屏蔽等條件下，標簽信息的讀取也會受到影響，甚至會出現“不讀”現象，這是RFID識別環境所需要極力避免的。

2.3  RFID與Barcode信息處理能力的比較

    信息處理能力是自動識別技術的關鍵指標，對識別技術的應用有著很大的關系。Barcode作為一種光識別技術，在信息處理方面有這樣幾個特點：

    一是識別信息打印在識別標簽上，記錄的是靜態識別信息，打印后便不能再進行修改或更新；
 
    二是識別信息的容量有限，一般只能提供幾十字節的信息量，僅能記錄諸如制造商和產品認證等方面的信息，即使是兩維條碼也只能附載有限的信息；三是條碼不可重復使用，它的使用壽命是一次性的，不可再生。

    與Barcode相比，RFID在信息處理能力方面具有更為高超的能力，表現在以下幾個方面：

    一是識別信息儲存在標簽的芯片上，芯片可根據需要不限次數地進行新增、修改、刪除RFID標簽內儲存的數據，所以，RFID標簽記載在識別信息的處理上有比較大的靈活性和適應性；
 
    二是RFID標簽的信息存儲量要比Barcode標簽大得多，它的數據存儲量取決于芯片的規格，存取范圍可以從96字節左右的簡單身份識別號碼到32K字節大小的更多產品信息，今后的發展趨勢是每一標簽的信息存儲量將會不受限制[4]；三是RFID標簽在信息讀取時可以設置成相應的密碼保護，高度安全性的保護措施使之不易被偽造及變造；四是RFID能夠對數據采集流程實現更大程度的自動化，可根據保存在標簽內的識別數據進行有選擇的標簽閱讀[7]；五是因為RFID標簽可以反復閱讀，所以它的壽命幾乎是無限的。

    由此可見，RFID在信息處理能力方面與Barcode相比有著根本性的進步，使自動識別技術的水平和層次得到了極大的提升。

2.4  RFID與Barcode識別效率的比較

    在自動識別技術的應用中，識別效率是一個必須經?？紤]的問題，特別是零售業、倉儲運輸業中的應用，沒有一定的識別效率很難滿足需要。Barcode在識別效率方面受到兩個方面因素的影響：

    一是必須在識別過程中進行人工的介入；

    二是條碼閱讀器每次只能讀取單一的條碼數據。這兩個因素使得Barcode的識別效率受到很大的局限，在很多場合很難適應大批量、多品種、高速度的識別要求。

    與Barcode不同的是，RFID在識別過程中既不需要人工的介入，也不需要預先對識別目標進行識別位置的定位，識別處理的過程自然要比Barcode更為簡便、快捷[3]；另一方面，由于RFID采用的是無線射頻自動識別方式，標簽信息的讀取是實時進行的，而且，更為重要的是，RFID系統能在同一時間進行多標簽閱讀，這一特性使得識別效率有了顯著的提高。諸多大型零售商之所以熱衷于RFID技術，很大的原因是它們都在尋找機會以消除手工掃描每年數以十億計的商品和需要移動的包裝，而RFID技術恰恰在這一方面可以一顯神通[3]。

2.5  RFID與Barcode應用成本的比較

    應用成本是每一個采用自動識別技術的廠商必須首先考慮的問題，也是決定某種識別技術能否得到大面積推廣的重要因素。RFID與Barcode應用成本的比較不能單純地分析哪種標簽以及識別設備購置成本的高低，需要對投入成本和使用成本等方面進行綜合考慮。

    從投入成本的角度來看，無論是RFID系統還是Barcode系統，兩者都需要標簽識別設備和標簽本身的投入。在Barcode系統中，識別設備包括閱讀器、標簽打印機及計算機處理系統等，這方面的投入成本并不高，如果使用企業有比較好的信息化基礎條件，可以說新增成本不會給企業帶來過多的負擔。而標簽的生成和制作則是一種隨需要量而定的變動成本，如果光從打印耗材的角度來考慮，這樣的成本幾乎微乎其微，基本不會增加識別目標的額外成本。從中可以看出，成本低下正是Barcode廣泛普及和應用的根本原因。但如果考慮到識別過程所需要的人工投入，以及采用技術可能帶來的成本壓縮的潛力，那么，它的成本優勢會顯得不再非常突出。

    與Barcode系統相比，RFID系統的投入要高出許多，主要是RFID的標簽比Barcode標簽要復雜，芯片、天線以及有源標簽的電池系統都需要比較高的成本投入。目前，國際市場上提供的RFID標簽的價格根據性能的不同大致分布在數十美分到數十美元之間。但是可以肯定的是，隨著應用規模的擴大，以及制造技術的不斷成熟，RFID標簽的成本會出現大幅下降的趨勢。為了降低RFID標簽的成本，國際上有眾多IT廠商都在進行積極而有效的探索，比如國際著名的RFID標簽制造商艾倫科技公司（Alien Technology Corp.）在2005年9月底宣布，當訂貨量不低于100萬個時，96位的RFID標簽的價格已降到12.9美分。在過去的12月中，這一價格的降價幅度達到了44%[8]。荷蘭菲利浦公司也已開發出了新的芯片組裝技術，成本降低的潛力較為可觀[4]。從國際范圍來看，把RFID標簽制造成本降到5美分已成為眾多廠商共同追求的目標，因為這一價位是關系到RFID技術能否真正普及的一個重要的“坎”。

    當然，更應該看到的是，RFID技術在降低成本方面的潛力是十分顯著的。JIT（Just In Time，即時制）制造模式是眾所周知控制成本的有效手段，它的關鍵思想是，如果零部件在交貨的時候即能使用，以及在它們需要的時候能即刻交貨，這樣制造商和它們的供應商都能通過減少損失和庫存損耗以及降低倉儲成本，實現巨大的成本壓縮。而RFID技術的應用可以使零部件和整機組裝之間實現基于無線射頻的數據通信，可以做到即時生產、即時供應。RFID在零售和制造中的終極目標是要消除中間環節，構建完美的供應鏈，而不再需要建設物流中心，產品將直接從工廠發送到零售中心[9]。如果真正能實現這樣的目標，那么傳統的依靠中間環節運轉的商業運行模式將會產生根本性的變化。

    從已經應用RFID技術的企業所取得的效果來看，確實令人興奮。IBM公司的顧問人員曾在自動識別中心的六個成員公司作過調研，得出的結論是，RFID的應用可以削減5～25%的庫存，離JIT運作模式所倡導的“零庫存”要求大大進了一步，某種意義上將提升全球范圍內的勞動生產率[1]。

3  RFID與Barcode技術應用領域的比較

    如果說，在RFID技術開始普及之前，Barcode技術在自動識別領域一統天下的話，那么，隨著RFID技術本身的成熟以及成本的不斷下降、標準和規范等外在要素的逐步規范，這樣的格局也將隨之打破。換句話說，Barcode技術和RFID技術將會在越來越適合自己的應用領域凸顯各自的價值。

3.1  Barcode技術的典型應用

    Barcode技術經過較長時期的發展，目前在很多領域均有較為成熟的應用，特別是在生產過程、供應鏈管理以及物流運營等環節的應用很廣，在此列出一些較具代表性的應用：

    (1) 零部件庫存管理。利用Barcode技術管理零部件庫存，可顯著提高零部件管理的準確性和效率，減少人為造成的差錯，可以節約大量的人工成本；

    (2) 產品儲存管理。傳統的倉儲體系由于對產品的出入庫、存放地點等信息的采集困難，導致效率低下，程序煩瑣。采用Barcode技術使得產品儲存信息的采集和管理變得十分便捷，可以獲得顯著的效率和效益；

    (3) 生產作業管理。在Barcode應用之前，每個產品在上生產線前，必須手工記載生成這個產品所需的工序和零件，領料員記載分配好物料后，才能開始生產。應用Barcode技術后，就可把訂單號、零件種類、產品數量編號等信息通過條碼反映出來，整個過程無需手工記錄，自然可有效提高生產作業的效率；

    (4) 客戶服務管理。當客戶需要得到產品維修和使用指導時，就可直接通過條碼標簽獲知產品的基本信息，包括產品出廠日期、維修記錄、零部件供應商等，對提高客戶服務的質量，降低服務成本十分有益；

    (5) 供應鏈管理。這是目前使用最多、見效最快的應用領域，尤其是對產品各類花樣繁多的企業，如服裝、家電等，Barcode技術可以幫助企業及時了解市場行情，把握市場競爭主動權，提高企業的市場適應能力和競爭實力；

    (6) 物流配送管理。在物流領域，Barcode技術可跟蹤產品從生產到銷售的全過程，把各個環節、各個階段的信息聯接在一起，可大大提高物流運作過程的可視性（Visibility）和協同性（Collaboration）。

    由此可見，Barcode技術如果能和企業的應用系統結合起來，可以在生產經營活動的諸多環節發揮重要作用。

3.2  RFID技術的典型應用

    由于RFID具有特定的識別能力和特性，因而應用范圍十分廣泛，特別是在Barcode技術鞭長莫及的領域更能大顯身手。

　以被動型RFID標簽為例，不同的工作頻率都對應著較為合適的應用領域：

    (1) 低頻典型應用。低頻（工作頻率從125kHz到134kHz之間）RFID標簽較為合適的應用領域主要有：牲畜管理系統、汽車防盜和無鑰匙開門系統、自動停車場收費和車輛管理系統、自動加油系統、酒店門鎖管理系統、門禁和安全管理系統等；

    (2) 高頻典型應用。高頻（工作頻率為13.56MHz）RFID標簽的主要應用領域有：圖書管理系統，服裝、玩具等生產管理系統，物流管理系統，大型活動人員進出管理系統，固定資產管理系統，智能貨架管理系統，三表預收費系統等；

    (3) 超高頻典型應用。超高頻（工作頻率從860MHz到960MHz之間）標簽最為適宜的應用領域主要有：供應鏈管理系統、生產線自動化的管理和應用系統、航空包裹的管理和應用系統、集裝箱的管理和應用系統、鐵路包裹的管理和應用系統、軍事后勤的管理和應用系統等。

    實際上，RFID技術全方位的應用還沒有真正開始，隨著時間的推移，RFID技術將會象今天的互聯網一樣，應用的范圍和領域必將大大拓展，所產生的實際價值也會得到更加充分的體現。

4  RFID與Barcode技術的演進趨勢

    自從20世紀50年代開始，伴隨著條碼、條碼閱讀器以及統一產品編碼的研究與發展，零售業中應用Barcode技術一直延續至今，經歷了半個多世紀的發展歷程，為人類社會的經濟發展和繁榮發揮出了十分重要的作用[9]。與RFID技術相比，Barcode顯然在業務功能方面存在著諸多的不足，但作為一種較為成熟的識別技術，低廉的成本、簡單的操作、廣泛的用戶群及其成熟的應用系統使其仍然保持著旺盛的生命力[10]?？梢钥隙?，在可以預見的未來，Barcode技術將與RFID技術和平共處、取長補短、共同發展，而不會出現快速被取代的結果[11]。由于這兩種互補性的技術同時存在，必將會出現一些新的演進趨勢。

4.1  Barcode技術的演進趨勢

    Barcode是一種相對成型的技術，它的優勢和不足也比較明確，未來的演進趨勢也會揚長避短，往更能發揮自身長處的方向發展：

    第一，利用其數據不可更改的特點，重點將向產品原始數據記錄、個人身份證件等方向發展，形成類似于紙質檔案的識別記錄，用于提供原始數據、身份識別等場合；

    第二，由于Barcode具有成本低廉的優勢，重點將會轉移到低價值產品的識別市場，包括農產品、日用品、低值易耗品等目標的身份識別，以降低這些類型產品的識別成本；

    第三，根據其儲存數據有限的特點，將會著重拓展計算機中的關聯數據庫開發，以提高Barcode數據的可用性；第四，為改變Barcode條碼易損，適應環境差的缺點，將會改用一些性能更好的介質和打印用材，以改善條碼的適應性。

    國際上已經推出的稱之為“PDF417”（便攜式數據文件）的二維條碼是一種高密度、高信息含量的新型條碼，是實現證件及卡片等大容量、高可靠性信息自動存儲、攜帶并可用機器自動識讀的理想手段。這種條碼具有以下一些特點：

    (1) 信息容量大，每平方英寸可以容納250到1100個字符，比普通條碼信息容量要高出幾十倍；

    (2) 編碼范圍廣，可將照片、指紋、掌紋、簽字、聲音、文字等凡可數字化的信息均可進行編碼；

    (3) 保密、防偽性能好，可以采用密碼防偽、軟件加密及利用所包含的信息如指紋、照片等進行防偽，因此具有極強的保密防偽性能；

    (4) 譯碼可靠性高，誤碼率不超過千萬分之一，譯碼的準確性有了充分的保障；

    (5) 修正錯誤能力強，采用了世界上最先進的數學糾錯理論，如果破損面積不超過50%，條碼由于玷污、破損等所丟失的信息，可以照常破譯出丟失的信息；

    (6) 容易制作，利用現有的點陣、激光、噴墨、熱敏/熱轉印、制卡機等打印技術，即可在紙張、卡片、PVC、甚至金屬表面上印出條碼；

    (7) 成本低廉，由此所增加的費用僅是微不足道的油墨成本，被人們稱之為“零成本”技術；

    (8) 標簽的形狀可變，同樣的信息量，條碼的形狀可以根據載體面積及美工設計等進行自我調整。

    由于二維條碼既有效地彌補了普通條碼的諸多不足，又較好地保留了普通條碼的優勢，因而具有廣闊的發展前景。目前，二維條碼已開始在一些國家應用，主要應用于在這樣一些領域：單證，包括公文單證、訂購單、報關單、商業單證等；證照，包括護照、身份證、掛號證、駕駛執照、會員證、識別證等；倉儲盤點，包括物流中心、倉儲中心等的物品盤點；物品追蹤，包括會議資料、生產零件、客戶服務、郵購運送、維修記錄、危險物品、后勤補給、生態研究等；資料保密，包括商業機密、政治情報、軍事機密、私人信函等。

4.2  RFID技術的演進趨勢

    RFID技術作為一項廣受關注的自動識別技術，雖已經歷了數十年的發展歷程，但目前還不成熟，還面對著眾多的挑戰。而在日益激烈的市場競爭中，很多企業都把RFID技術作為提升企業競爭力的手段。以零售業而言，世界領先的零售巨頭們前瞻性地認識到，壓縮成本是應對殘酷競爭的前提，而RFID技術的應用將會給遍及世界的零售商帶來巨大的成本下降[12]。目前，從全球范圍來看，在消費電子、醫藥、汽車、包裝、航空宇航、國防以及健康護理、動植物管理等各個行業都已掀起了RFID應用的熱潮，美國、韓國、日本、德國、法國、英國、奧地利、澳大利亞、以色列、新加坡和泰國等許多國家的政府機構和企業都為之傾注了極大的熱情[3]。可以說，作為全球關注的熱門技術，RFID必將迎來快速發展的大好機遇。


    根據國際著名的管理顧問公司科爾尼（A.T. Kearney）公司的研究，從國際范圍來看，近十年RFID技術的發展大致可以勾勒成以下這樣一張進程圖[13]。從圖可見，RFID的發展有著巨大的需求牽引，以美國國防部和沃爾瑪公司為代表的政府機構和巨型企業在全球RFID的發展進程中起著“領頭羊”的作用，它們的示范效應和實踐經驗將對世界各國的政府機構和企業產生深遠的影響。