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第四次工业革命

第四次工业革命

第四次工业革命（又称工业4.0，Industry4.0）是以人工智能，清洁能源，机器人技术，量子信息技术，虚拟现实以及生物技术为主的全新技术革命。第四次工业革命又称工业4.0，这个概念最早出现在德国，于2013年4月在汉诺威工业博览会上正式推出。

前三次工业革命带来了大规模批量化生产，工业门类齐全。尽管出于地缘政治和贸易屏障等缘由，分配不均的情况仍然存在，但20世纪80年代以来，大规模批量化生产已经日益满足消费者的需求，原来大规模批量化生产已不能满足个性化多样性的分众需求。随着互联网的发展和制造业智能化的深入，第四次工业革命随之产生。2016年1月23日，世界经济论坛召开，探讨第四次工业革命对人类社会的影响，论坛指出这场革命的主要特征是各项技术的融合，并将日益消除物理世界、数字世界和生物世界之间的界限。第四次工业革命基于前三次工业革命的知识系统，同时又融合了信息通讯技术、网络空间虚拟系统、信息物理系统、生物技术等新兴技术。

第四次工业革命促进了人工智能、区块链、云计算、5G和大数据等新一代信息技术的快速发展与融合，不仅有助于促进国家经济发展和社会进步，而且也有助于国家的制度建设、提升国家治理能力。同时，第四次工业革命也带来了相应的风险和挑战。越来越多的新技术应用，导致就业市场日渐分化，出现“低技能、低收入”和“高技能、高收入”两个极端，进而加剧社会关系的紧张，导致出现极端的贫富差距以及大面积的失业人口。

起源与发展

工业进化历程

18世纪中叶以来，人类历史上先后发生了三次工业革命。第一次工业革命所开创的“蒸汽时代”，标志着农耕文明向工业文明的过渡；第二次工业革命进入了“电气时代”，电力、钢铁、铁路、化工、汽车等重工业兴起，石油成为新能源，世界各国的交流更为频繁，并逐渐形成一个全球化的国际政治、经济体系；两次世界大战之后开始的第三次工业革命，开创了“信息时代”，全球信息和资源交流变得更为迅速，大多数国家和地区都被卷入到全球化进程之中，人类文明的发达程度也达到空前的高度。第四次工业革命是步入“分散化”生产的新时代，通过决定生产制造过程等的网络技术，实现实时管理。

概念提出

这个概念最早出现在德国，2013年4月的汉诺威工业博览会上正式推出，其核心目的是为了提高德国工业的竞争力，在新一轮工业革命中占领先机。

工业4.0是由德国联邦教育与研究部（BMBF）和联邦经济与能源部（BMWi）携手共同资助的国家层面项目。在德国工程院、弗劳恩霍夫应用研究促进协会以及其他诸如西门子公司等顶尖学术机构和产业巨擘的倡议及积极推动下，“工业4.0”理念逐渐成形并迅速升级为德国的国家级战略重点。德国政府对这一智能化工业发展路径的重视程度极高，投入了高达2亿欧元的资金以支持其研究与实施。

自2013年4月在汉诺威工业博览会上首次正式亮相以来，工业4.0这一概念迅速成为德国制造业的标志性特征，并在全球领域内有力地催化了新一轮以智能化和数字化为核心的工业转型竞赛。各国纷纷响应并加快自身产业革新步伐，力求紧跟德国所引领的这场工业革命潮流，推动各自的工业化进程迈入更高层次的智能化发展阶段。

原因

前三次工业革命使得人类发展进入空前繁荣的时代，与此同时也造成了巨大的能源、资源消耗，人类付出了巨大的环境代价、生态成本，人与自然之间的矛盾急剧扩大。进入21世纪后，人类面临空前的全球能源与资源危机、全球生态与环境危机、全球气候变化危机的多重挑战，与此同时，在人工智能、机器人、物联网、自动驾驶汽车、3D打印等技术进步的推动下，引发了第四次工业革命。

工业4.0运动之所以在德国率先兴起并蓬勃发展，原因在于德国凭借其深厚的制造业底蕴和全球领先的信息技术实力。德国长久以来一直是机械设备制造、精密工程及车间自动化技术的领军者，在世界技术发展史上扮演着关键的创新角色。作为全球最富竞争力的制造业大国之一，德国早早就实现了高度自动化的流水线生产模式，其中机器人砌墙与智能化生猪屠宰流水线等实例，展现了德国在工业智能化方面所达到的高度成熟与先进。

在推进历次工业革命的过程中，德国持续发挥着重大推动作用，特别是在引导第四次工业革命的进程中，通过提出和实践工业4.0战略，进一步巩固了其在全球智能制造业领域的领导地位，并对全世界范围内工业化转型的标准制定和技术革新产生了深远的影响。

本质及特点

第四次工业革命是指整个社会、整个世界面临的深刻革命。工业革命的影响远远超出工业，还将引起人类社会方方面面随同发生巨变。第四次工业革命，不仅正在使人类社会经历生产与服务智能化，也在使人类的生活信息化及智能化。第四次工业革命的影响是全方位的。这场革命的主要特征是各项技术的融合，并将日益消除物理世界、数字世界和生物世界之间的界限。第四次工业革命—绿色工业革命，一系列生产函数发生从自然要素投入为特征，到以绿色要素投入为特征的跃迁，并普及至整个社会。

第四次工业革命以信息沟通的空前高效和深度整合为显著特征，不仅在技术层面实现了巨大飞跃，推动生产力大幅跃升，更深层次地重塑了生产方式与生产关系。其核心在于通过强化生产体系中各个环节的信息互联互动，实现工序间无缝衔接、库存有效压缩以及生产效率和节能减排能力的大幅提升，从而使制造业成功融入并成为信息产业不可分割的一部分。第四次工业革命催生了一种全新的经济形态——共享经济，这一影响深远的变革波及众多领域，正全面而深刻地改变着世界经济和社会格局。这次革命借助数据流动自动化技术的力量，成功引导全球经济模式从单一规模经济向更具包容性的范围经济转型，即以前所未有的低成本，实现个性化定制与规模化生产的和谐共生。其中，物联网信息系统（Cyber-Physical System，简称CPS）发挥关键作用，将供应、制造、销售等各环节信息转化为数据化、智能化资源，最终达成产品供应的高度快速响应、精准有效和个性化满足。

互联

互联工业4.0的核心是连接，即把设备、生产线、工厂、供应商、产品和客户联系在一起。

工业4.0驱动新一轮工业革命，核心特征是互联。工业4.0是“互联网+”的重要一部分，互联网技术降低了产销之间的信息不对称，加速两者之间的相互联系和反馈，因此，催生出消费者驱动的商业模式，而工业4.0是实现这一模式关键环节。工业4.0代表了“互联网+制造业”的智能生产，孕育大量的新型商业模式，真正能够实现“C2B2C”的商业模式。

数据

工业4.0时代，各种类型的数据被紧密地联结在一起，包括产品生命周期全过程产生的数据、生产设备运行状态数据、产品研发设计数据、产业链上下游协同数据、企业内部运营与管理流程数据、市场营销与销售动态数据，以及对消费者行为习惯和需求洞察的数据等。这些海量数据构成了工业4.0的核心要素。未来社会的发展趋势将是以大数据为支撑的社会结构。从工业3.0迈向工业4.0的过程中，实质是从以模具为代表的物理形态核心资源转变为以数据为基础的新型生产要素。通过采集、分析和利用各类数据来提升制造效率、产品质量和创新能力。

集成

在工业4.0框架下，集成扮演着至关重要的角色，这一理念同样在中国推动两化融合（工业化与信息化融合）战略中占据了核心地位。工业4.0愿景设想的是一个由无所不在的传感器网络、嵌入式计算终端、智能控制系统以及先进的通信设施共同构建的信息物理系统（CPS），这些元素相互交织，形成一个高度互联且智能化的网络。

通过这个智能网络架构，不同层面和维度的交互得以实现：人与人之间、人与机器之间、机器与机器之间，乃至服务与服务之间的无缝连接和深度融合。这种集成涵盖了横向（企业内部跨部门、跨功能单元）、纵向（产业链上下游协同）以及端到端（产品全生命周期管理）三个维度，旨在打造一个高效协作、高度自动化和智能化的生产与服务体系，从而推动制造业向更高层次的智能化转型。

创新

推进工业4.0的实践进程，实质上是对制造业进行全面创新升级的过程。这一过程中，涵盖了制造技术、产品设计、商业模式、行业业态以及企业组织结构等诸多领域的深度革新与迭代。从底层技术创新开始，逐步驱动产品功能和形态的创新；进而催生出适应新时代要求的新型商业模式；同时，行业的整体业态也会因新技术、新产品和新模式的引入而焕然一新；最后，企业的内部组织架构和管理模式也将进行深刻调整与重构，以实现更高效、灵活、智能的运营与发展。整个过程犹如层层涟漪，由内至外，推动着制造业在各个层面呈现出持续不断的创新活力。

转型

对于中国的传统制造业而言，其转型升级的关键是从原有的工业化2.0和3.0阶段的工厂形态向工业4.0模式演进。这一转变的核心是在生产方式上从过去的规模化、标准化制造逐步过渡到满足消费者个性化需求的高度定制化生产模式。早在三年前，阿里巴巴集团就前瞻性地指出，制造业产业链将经历从传统的B2B（企业对企业）和B2C（企业对消费者）模式转变为以消费者为核心的C2B（消费者对企业）模式，这体现了工业4.0时代更加灵活、个性化和定制化的生产流程特征。

此外，工业4.0的另一大变革在于推动制造业由单纯的产品制造者向服务提供者的角色转型。按照德国工业4.0的整体构想，未来的生产格局可能会从集中式的单一工厂布局转为分布式的网络化生产体系，其中3D打印技术的广泛应用将极大地促进这一变革。未来的“工厂”概念或将颠覆传统认知，不再是人们熟知的大规模聚集数百甚至数千工人的实体车间，而是可能出现在消费者的日常生活空间中，比如家庭客厅里通过3D打印等先进技术实现产品的即时制造。这意味着每一个客户的居所都可能成为微型且高效的生产单元。

发展目标

智能制造

智能制造是工业4.0的核心组成部分，它是一个综合且庞大的系统工程，涵盖了多个层面的智能化改革与整合。在实现真正意义上的智能制造时，必须完成五个核心智能化方面的建设：

在这个巨系统中，无论是实体的机器、产品组件、人员操作，还是虚拟的研发工具、测试验证平台、数字孪生工厂，甚至是涉及企业内外的运营管理流程、研发团队、销售网络、供应商合作以及广大消费者群体，都被纳入同一个基于云端计算、大数据传输和端到端互联互通的信息生态系统之中，共同构建起一个复杂而高效的智能制造体系。

智能工厂

在德国推动的工业4.0愿景中，智能工厂是实现未来制造业升级的关键载体，其核心目标体现为两个创新理念：一是追求高度自动化和自组织生产能力，即机器能够自我复制或自主生产零部件以进行自我维护与更新；二是构建无人干预或极少人工参与的“黑灯工厂”，其中人与高度智能化的设备协同工作，形成高效的人机协作模式。

智能工厂作为现代制造业的新里程碑，是在深度数字化架构上搭建起来的，它充分利用物联网（IoT）技术和先进的设备监控系统，实现了以下显著特征：

智能工厂的发展沿革展现出从柔性制造逐步迈向敏捷制造，最终至全面智能化与信息化的高度融合阶段

发展关键

“工业4.0”的概念描述了由集中式控制向分散式增强型控制的基本模式转变，目标是建立一个高度灵活的个性化和数字化产品与服务的生产模式。

要全面实现“工业4.0”的愿景，急需深入研究并解决五大关键领域问题：

水平整合的价值网络构建

这一层面涉及开发创新的商业模式，优化价值创造网络的整体架构，以及推动该网络的自动化进程。这意味着要打破传统的行业边界，促进不同生产和服务环节之间的协同合作和信息交换。

工程学全生命周期的一致性与融合

要求在产品的设计、制造直至废弃处理整个生命周期内，确保现实世界的实体操作与虚拟世界的数字模型保持一致性和无缝对接。这需要在机械、电气和计算机科学等领域建立跨学科的共识模型，并运用系统工程方法整合产品设计、生产流程以及生产系统的各个环节。

垂直整合与网络化生产体系的完善

通过利用传感器数据进行深度分析，以优化过程控制，构建能自主适应环境变化的智能、灵活且可重构的生产系统。这样的系统能够根据综合的知识模型改进产品研发、生产调度、维护保养以及产品全生命周期管理，从而提高资源利用率和生产效率。

新型工作基础设施的构建

必须革新工作环境，引入智能辅助系统来支持全新的协作模式。新的工作设计应充分调动员工的认知能力、创新能力以及自我提升潜能，并确保工人的健康舒适度得到保障。

跨领域技术的研发与应用

致力于研发适用于广泛领域的无线联网解决方案，形成一套安全可靠的技术框架和策略，将信息安全融入到信息物理融合系统中。此外，需创建一个基于参考架构和面向服务分布式体系结构的工业4.0平台，为跨企业的深层次网络化集成提供条件，使企业间的数据共享和业务协同更加高效便捷。

发展困境

虽然工业4.0展现了美好的未来，但实现这一概念却面临着四大课题，分别是标准化、复杂系统的管理、通信基础设施的建设、安全和保密。

标准化方面，随着工厂与工厂内外的很多事物和服务连接起来，通信手段及数据格式等很多事物必须制定标准。关于复杂系统的管理，随着生产系统与其他系统连接起来，整个系统变得复杂，管理变得越来越困难。通信基础设施问题指的是可用于工业用途的、可靠性（SLA：服务水平协议）高的通信基础设施。安全和保密方面，随着工厂与外部网络连接起来，遭到恶意软件入侵等网络攻击的风险也越来越大，因此急需采取安全和保密措施。

影响与评价

影响

工业4.0涵盖了机器人、大数据、物联网、云计算、增强现实、3D打印、知识系统、人工智能、网络安全等多项技术领域，通过新型技术融合可以实现更多高价值的商业。这一革命性的融合旨在通过新型技术创造更高价值的商业模式。诸如通用电气推出的Predix工业互联网云平台，西门子股份公司MindSphere，以及P+F传感器4.0系统产品等，均代表了工业自动化领域在互联化和智能化方向的发展趋势。

第四次工业革命在推动科技飞跃发展的同时，也带来了不容忽视的风险与挑战。随着新兴技术的广泛应用，就业市场逐渐两极分化，一边是需求旺盛、高技能匹配下的高收入群体，另一边则是低技能劳动力被替代后形成的低收入群体，这种失衡现象加剧了社会关系的紧张，并可能导致极端贫富差距的扩大和大规模结构性失业人口的出现。在这一新时代背景下，机器学习和人工智能技术不断进步，通过深度学习和处理大量数据，日益取代人类完成许多原本需要智能的工作。机器人智能化的进步无疑极大地提升了服务效率和生活质量，但同时也引发了人类社会对于未来发展的深深忧虑。人工智能、机器人技术以及相关领域的变革持续深化，全球范围内将有大量就业岗位面临被替代的风险，从而造成大规模的就业转型压力。

国际商务活动

交通与通讯技术的进步对国际商务活动产生了深远影响。海陆空全方位的交通设备正逐步实现成熟且高效，如无人机配送、无人驾驶货车和货船、送货机器人以及智能物流系统的应用，这些创新装备显著提升了物联运输效率。随着全球贸易市场的扩大和信息交流需求的增长，企业借助发达的物流设施跨越地域限制，将商业版图拓展至世界各地。

物联网

信息技术(IT)与操作技术(OT)的深度融合促使众多公司寻找新的连接方式。通过物联网采集供应商和客户数据，实现更精细化生产信息管理，从而使整个制造运营效率达到最高水平。物联网无缝连接了数字世界与现实世界，使得机器系统与人类可以无障碍地交换信息并自动调整生产计划。

企业运营管理

工业4.0孕育出一种适应新时代要求的全新商业模式，并在全球经济格局中发挥强大影响力。它通过优化劳动力和增加服务为企业带来更大的经济效益。在“工业4.0”的大背景下，企业的运营管理将更加依赖复杂的数据网络和全球供应链。物理连接逐渐被数字化链路取代，企业能够获取和处理更多有价值的大数据，利用云存储和应用软件提升数据处理能力。

国际化合作

随着物理信息系统的不断强化，企业具备了更大范围国际化合作的能力。基于云的软件使任何地点的人员都能参与到设计过程中，实现分布式生产，充分利用各地优势资源。这种模式在计算机辅助设计(CAD)软件中广泛应用，使产品设计成为协同合作的过程。

人才资源

全球化不仅简化和提升了设计流程，还让企业能触及全球最优秀的人才资源，打破地域限制，通过虚拟网络连接国际供应商网络，进一步降低制造成本。对于远程设备维护，可通过远程系统实现专家级辅助维护。跨国公司、供应商和员工可以通过虚拟现实系统紧密协作，共享知识和技术经验。云计算技术有力推动了“工业4.0”的进程，低廉的数据存储和传输成本增强了企业的分权管理和灵活性。

未来，在工业4.0模式下，企业的实体存在可能变得不再那么重要。虚拟与现实的交融意味着企业各部门可以在全球范围内进行办公，通过整合全球资源来实现企业商业价值最大化。

全球资源

工业4.0赋予企业更强的国际竞争力，工业4.0模式下的广泛连通性使企业能便捷地获取全球资源，业务扩展至全球各地，形成全球化竞争格局。企业必须紧跟消费需求变化，借助自动化技术提高生产效率，同时结合生产柔性化以缩短生产周期，提升市场响应速度，从而增强企业的竞争力。

随着海运航道的持续开发，全球物流体系已覆盖每个角落，大大拉近了全球各工厂之间的距离。“工业4.0”作为一套全新的生产模式，使得工厂运作更为透明、高效，并通过高度定制化功能赋予企业更高的灵活性。这一新模式将进一步提升企业的国际化竞争力，驱动产业全球化进程向前发展。

评价

创新正对世界未来发展起着决定性作用，如果运用得当，创新将帮助世界重新回到可持续增长的状态。（时任世界经济论坛大中华区首席代表艾德维评）

第四次工业革命的主要特征是各项技术的融合，将日益消除物理世界、数字世界和生物世界之间的界限，会产生令人难以想象的力量。（时任世界经济论坛主席克劳斯•施瓦布评）

第四次工业革命是以移动互联网技术连接很多东西，使需求端和供给端相匹配，让生活更加高效。把人从一些体力的或机械化的工作中解放出来意义重大，可以让每个人有创造性地工作，这样能够极大推动社会进步。（摩拜单车创始人胡玮炜评）

对于即将到来的数据流动自动化趋势，世界主要制造强国的理解各有千秋。美国的互联网IT产业世界第一，所以希望从信息化入手打造制造业，典型的就是通用电气推动的“工业互联网”，它更关注产品本身的智能化。德国的制造业基础雄厚，所以希望从制造业的装备制造自动化升级到数据流动自动化，有代表性的是西门子股份公司的“数字化工厂”，它更关注生产过程的数字化。（人民日报评）

在全球经济增长预期不尽如人意的背景下，达沃斯年会似乎找到了破解全球经济难题的办法，这次新工业革命将会给全球经济增长带来新的动能。同时，也将催生资本市场新的主题投资机遇，工业机器人等先进制造业领域有望迎来新一轮发展，再次点亮‘中国智造’。（经济学家宋清辉评）

通过通信网络，将工厂内所有设备互联的“智能工厂”就是其中最好的一个体现。工业 4.0体现了生产模式从“集中型”到“分散型”的范式转变，正是因为有了让传统生产过程理论发生颠覆的技术进步，这一切才成为可能。相对于传统制造工业，以智能工厂为代表的未来智能制造业是一种理想的生产系统，能够智能编辑产品特性、成本、物流管理、安全、信赖性、时间以及可持续性等要素，从而为各个顾客进行最优化的产品制造。这样一种“自下而上”型的生产模式革命，不但能节约创新技术、成本与时间，还拥有培育新市场机会的网络容量。（新华网评）