从三次工业革命，到“第四次工业革命”我们还是在有利位置

​三次工业革命+“第四次工业革命”

从主流观点看，人类历史上的三次工业革命是指以下三个时期：

第一次工业革命发生于十八世纪60年代至十九世纪中期。这场工业变革以蒸汽机、纺织机、铁路等为代表，大规模运用蒸汽动力，标志着人类社会进入蒸汽时代。当时，这场工业革命首先发生在英国，其他国家相对落后。从本质上讲，第一次工业革命的技术创新多来源于实践经验，科学和技术尚未真正结合

第二次工业革命发生于十九世纪末至二十世纪初，这场工业变革以电力、石油、化学、汽车等为代表，燃油、电力成为了新的工业根基，也标志着人类社会进入电气时代。

第二次工业革命几乎同时发生在几个先进的资本主义国家，如德国、美国、法国等。有不少史学家认为，正是这种同时发生，导致这些资本主义国家实力上极为接近，以至于矛盾激化，最终酿成了两次世界大战。

不同于第一次工业革命，第二次工业革命在科学上是难能可贵的，第二次工业革命的技术创新大多来源于自然科学的新发展，科学和技术紧密结合起来，逐渐跳出了“经验牢笼”。

第三次工业革命发生于上世纪四五十年代至七十年代，这场工业变革以原子能、计算机、航天技术等为代表，也因为计算机的出现让人类进入了“信息时代”。而自第三次工业革命开始，人类开始发现新技术群很有可能“一日千里”，也开始考验着人类社会的伦理秩序。

如今，人类社会在全球化的背景下开始浩浩荡荡进入了所谓的“第四次工业革命”（当然了，这是否可以称为第四次工业革命还没有形成足够的共识，但已经有不少学者和官方认为存在这场革命）。

我们赫然发现，在21世纪以后，逐渐形成了以人工智能、虚拟现实、量子信息技术、核能技术为技术突破口的工业浪潮。从此之后，数学、物理、生物等学科从基础理论到前沿研究开始结合得无比紧密。

工业革命为何被称为革命？标准又是如何界定的

对于大多数人而言，三次工业革命几乎已经成为了常识，但对于定义本身的界定却不甚了解。不少人都在好奇，为何偏偏这三次能称得上工业革命，又是用什么样的标准来界定工业革命呢？

其实，在不少史学家和科学家看来，工业革命被称为革命，是因为它是一场生产与科技的革命，它以机器取代人力，以大规模工厂化生产取代个体工场手工生产，使得社会的经济、文化等方面都发生了深刻的变化。

工业革命之前是人力，革命之后是机器工作。这是一种本质的变化，不仅仅是一种改进或创新。

那么问题又来了，为何不是称为科技革命，而是工业革命呢？

这是因为当时的工业发展的目的并不是为了实现科技的进步，而是为了提供工业生产力，从而获取更大的利润。换言之，科技创新不过是附属品，只是解决方案，不是根本需求。所以称为工业革命更恰当。

工业革命的发生到底是偶然还是必然？

人类的发展究竟是偶然还是必然？对于这个答案，既是一个哲学问题，更是一个历史问题。

一方面，可以认为工业革命是偶然的，因为它发生在特定的时间、地点和条件下，如果没有这些因素的配合，可能就不会出现工业革命。例如，英国作为第一个发生工业革命的国家，有着丰富的煤炭资源、海洋贸易、科学进步等优势，这些都为工业革命提供了必要的物质基础和动力。

另一方面，也可以认为工业革命是必然的，因为它是人类智力发展和社会进步的结果，是历史发展规律的体现。 例如，随着人口增长、市场扩大、技术创新等因素的推动，人类社会逐渐从农业社会向工业社会转变，这个过程中必然会出现一些重大的变革和突破。

不过，无论结果如何，这几次工业革命都极大地推动了人类社会的经济、文化和科技的发展和变革，也影响了人类的生活方式和思维方式。

第四次工业革命和智能时代

20世纪，第三次工业革命，以信息化为特征。从科学出发到技术再到科学，由此发展。通过原子物理、量子力学、固体物理、现代光学和半导体科学规律的发现，使得人们在半导体晶体管、集成电路、激光、光纤、电磁波、巨磁阻效应等方面，得到了技术性的发展，进而促进了电子技术、微电子技术、原子能技术、光学技术、新材料技术、信息技术等一系列新兴产业的发展。

那么，新的工业革命驱动力是什么？

1.能源和环境问题突显，全球可持续发展面临巨大压力。

过去北冰洋都是冰，北极熊觅食时，在冰上打个洞，鱼游过来，就可以捞鱼吃。可是，随着冰川融化，没有地方打洞，最终造成大熊吃小熊，这也是人们去旅游时能看到小熊骨骼的原因。倘若北极格陵兰岛冰盖全部融化，海平面将上升7.2米！对上海来说，浦东海拔高度和海平面距离不到2米，浦西只有3到4米。如果海平面上升7.2米，意味着浦东要全部浸到水里去了。

2.人类不断追求更加美好的生活。

我们过去看黑白的电视，后来看彩色的电视，屏幕越来越大，将来可能会看立体的电视。激光全息摄影就是其中一种方案，人们也在为之研究。

3.信息科学技术高度发展为工业革命创造条件。

现代科技的发展基于物质科学新发现、微纳米器件和制造新技术；基于脑科学和认知科学发展，促进高度智能化。数字化发展成为大数据，程序化发展到智能化，小型化发展到微纳化，网络化由机-机网络发展到人-机-物网络。举个例子，现在集成电路发展非常困难，尺寸越来越小，摩尔定律接近临界，将来可能就要研究自旋电子学。自旋电子器件高速度、低功耗，可实现更高集成度，还能融合光、电、磁，实现存储、计算、传感为一体的器件，从而实现更高速的集成电路。

信息、生物、材料、能源、环境等领域的一些重大突破已出现萌芽，很多思想、理念、技术都会发生大的跃变。人类进入后IT时代，迎接智能时代。所以第一次工业革命是机械化，第二次工业革命是电气化，第三次工业革命是信息化，第四次工业革命总趋势就是智能化。它的特点就是智慧融入物理的实体系统里，简称“智慧融物”。现在第四次工业革命有以下3个特征：信息科学技术在物理数学生物基础上进一步提升；多领域发现和发明多轨并行、交叉推动；信息科学技术和多领域科学技术深度融合，将信息渗透到各个领域，由此用信息技术提升能级。

新工业革命的技术态势有6个方面：第一个，智能化分布式新能源系统、能源互联网；第二个，智能化复杂体系、人工智能、智慧城市；第三个，智能化制造技术、先进材料、极端制造；第四个，智能化诊断、修复技术、智慧医疗；第五个，传统工业的智能化升级；第六个，互联网、传感器、物联网、大数据。

迎接智能时代

智能时代的特点就是智能化的系统，这是它的核心。智能化的系统有3根支柱——动态感知、智慧识别、自动反应。

首先，动态感知就要像我们的眼睛、耳朵等五官一样会感知。可是，二维码、条形码不是动态的，它们是事先做好放在那里的。所以，智能化的系统里面，我们要靠传感器来实现动态感知，而传感器就是代替我们五官实现感知的设备。

第二个就是要智慧识别，识别就是要分析，相当于我们的脑子。这里面要靠大数据的分析，大数据的分析有两个方面：一个是文本大数据，是现成的；另一个是物理大数据，是通过测量得到的，比如天气预报。我们人体看B超、做CT，要更加注重物理过程的规律、模型、方法。通过规律发现规律，事半功倍。

第三个就是要自动反应。现如今我们有基础信息平台，有互联网，有物联网，有集成电路，有芯片技术，有5G通信技术，能大大提高自动反应。例如，一个打乒乓球的机器人，是典型的智能化系统，因为首先它看得见乒乓球，这是动态感知；第二个它要算这个乒乓球弹起来怎么样；第三个是它反应，把它打回去。

智能化的系统有两种，一个是人工智能，一个是智慧地球。人工智能在工业上已经用得非常普遍。德国慕尼黑的宝马工厂里有5000个人，其中1000个是机器人。智慧地球里包括智慧空天海地、智慧能源环境、智能制造等。“智慧地球=互联网+物联网”，这是IBM总裁的定义。温家宝同志在无锡有一段讲话：“把所有通过物品、通过信息传感的设备与互联网连接起来进行智能化处理，这个就是物联网了。”

智能系统是在某一区域中智能化运行某一行为。比如在家庭智慧的老幼监视系统或者设备控制系统、在小区智慧的能源调控系统、在工厂智慧的物流系统等。所以智能系统是在一个区域内实行一两个或者三个行为。如果说区域越来越大，行为越来越多，那么你的智慧度就越来越高。

在互联网、物联网、大数据和云计算的基础信息化技术上，智慧城市至少应该有四层架构：感知层、互联层、分析层、反应层，进而在城市综合管理、交通物流贸易、能源环境安全、医疗文化教育和城市社区安居五大方面获得广泛应用。

其中包含两个核心的技术，第一个是实时感知技术，它通过传感器芯片来实现。第二个是智慧分析系统，通过模型和大数据的分析实现。比如人体心脏监视器，数据分析中心实时获取心脏信息后发送出去，如果发现你的心电图有什么问题，马上就可以采取措施，这就是智慧的医疗。

首先，传感器就是一个器件，它能代替人的眼睛、鼻子、耳朵，把光声热电子生物过程变成电。比如光电传感器就非常重视基础研究，它提供方法、手段、模型、理论。既然是不同运动形式的器件，我们需要发现其规律，进行技术上的提高，从而发展光电芯片技术。

另外，用不同波段探测器可以看到不同信息。因为不同的波段有不同的特征，所以要做不同波段的探测器。比如短波红外、可见光和近红外，都有不同的用处。现在照相机是可见光的，如果能发现规律，做出不同波段的探测器，其应用面将非常宽广。波长再长的就是太赫兹（THz），其应用面很广，包括医学二维成像、安全（爆炸物探测）、雷达建模等。这里面有核心技术，比如说要做特殊灵敏的探测器、非本征Ge光电探测器、场效应晶体管探测器、肖特基势垒探测器等。科学家最近发现一个新现象：窄禁带半导体MSM结构与THz光场相互作用，外部电磁波（光子）入射到器件上，将在半导体材料中诱导势阱，从而束缚来自于金属中的载流子，使得材料中载流子浓度发生改变，出现载流子集聚。

红外线，不仅可以在黑暗里面看清图像，同时还能看到温度分布。由此，可以用铁电薄膜、氧化钒等制造室温工作的红外探测器，根据科学原理分析不同温度的物体，以及对外辐射的能量分布。这也是现在疫情防控期间，经常用来探测体温的技术。再比如说火情监控，可以通过固定式红外监控系统、机载红外火情预警、红外卫星等红外探测技术，及时准确地穿透烟雾，发现火点以及火场被困人员。

智能时代背景下光电传感器需求有以下几点：少光子、单光子、光子数可分辨红外探测器；超大规模焦平面列阵器件；不同波段光电器件；多波段融合光电器件；室温工作红外焦平面器件；新型读出方式焦平面器件。要清楚材料器件结构中的物理过程，并能精细描述和控制，从而提升技术水平并达成创新。

因此，传感器是智能化系统一个非常重要的核心技术。发展高性能的传感器芯片非常重要，用更低的成本，实现更快的速度、更智能化的应用。有了好的传感器，就能握紧核心技术，再通过互联网的技术把传感的信息传出去加以分析，进而达成多功能集成化、无线通信化、柔性化、微型化。

第二个核心技术就是智慧分析、模型分析、大数据分析。人类现在是处在一个波动世界里，包含有空间引力波、电磁波、机械波等，这些波有频率、位相、偏振等，通过对波的分析，就可以得到很多信息。举个例子，苹果、樱桃、梨、葡萄光谱不一样。每个人穿的衣服光谱也不一样，当我们获取波谱特征，并存入数据库后，应用时就可以将测量到的波谱，对比数据库数据，进行分析判断。医学成像信息大数据，则是利用成像结合光谱进行识别。所以，智能芯片则是将分析和传感器的芯片结合在一起，采集波的特征，制作数据库，形成自己的系统。

重视基础研究是非常重要的，基础研究是历次工业革命的科学源泉，又在历次工业革命中得以发展。基础研究将推动第四次工业革命发展，将在智能时代背景中催生新发现新技术。所以这也是科学—技术—科学—技术之间不断应用，根据科学技术本身的规律来研究，来推动它的发展。

现在新工业革命对制造业也会有一些影响。首先，工业革命总是与科技革命相伴而生，制造业也逐渐从传统迈向智能化时代，因为随着工业机器人、3D打印、数字化工厂的出现，取代了人工，使劳动力成本占总成本的比例不断减小，使我国很多制造行业面临生存危机，但也促进了人工智能机器人的发展。而且将来网络共享的经济模式会出现分布生产模式、智慧工厂和互联网工厂。与此同时，社会也会提倡低碳化、绿色的生产与生活方式，突破一些关键技术，其中包括可再生能源技术、储能技术、智能电网技术、新能源技术、云计算、物联网这些普遍的技术，还包括很多特殊的技术、传感的技术、分析的技术等。

制造业转化的趋势，有以下五点：原来主要是靠资源和投资驱动的，现在靠技术进步；原来是生产能力的扩张，现在是技术能力的积累；原来是生产型的制造，现在向服务型的制造发展；原来是处在制造业价值链的低端，现在向价值链的高端发展；原来是挤压环境，现在是对环境友好。

关于新工业革命的应对措施，政府首先应该做好推进新工业革命的顶层设计；其次，要积极投资新工业革命需要的重要基础设施，包括宏观的新基建，还包括每个镇、乡、城市、省的设施；另外，要培育创新环境，推动技术创新浪潮，构建未来产业的培育体系，引导产业创新。

最后，推动适应新工业革命需要的机制体制建设。其中几方面工作要加强：第一，加强科学规律和核心技术、产业发展这三部曲。第二，加强实验室成果的中试研发，企业要提早介入，政府要分担风险。第三，切实加强产学研合作，建立产学研联合实验室、联合研发中心，政府要引导支持。第四，要提高企业的自主创新意识，增强自主创新能力。

老子曾说：“有道无术，术尚可求也。有术无道，止于术。” 庄子曾说：“以道驭术，术必成。离道之术，术必衰。”这两句话将科学规律和技术的关系，表达得淋漓尽致。

培育创新能力

培育创新能力，对于一个单位、科学家、工程师、学生都是重要的，关键是人。第一要遵循客观规律，尤其是发现规律，开发技术、实际应用特别重要，要把关系处理好；第二要修炼内在的素质，勤奋，有好奇心，有创新精神，要渐进，不要浮躁，有远大志向；第三要凝聚驱动的力量，驱动力量非常重要的是兴趣，要有兴趣来做这件事，只有产生兴趣才能做得最好；第四要有责任的驱动，我们是人，有精神的驱动，责任的驱动；第五要培养一种极致的精神，就是精益求精，一丝不苟。

德国的第4次工业革命——“工业4.0”将彻底颠覆全球制造业

德国是全球制造业中最具竞争力的国家之一，其装备制造行业全球领先。这是由于德国在创新制造技术方面的研究、开发和生产，以及在复杂工业过程管理方面高度专业化。德国拥有强大的机械和装备制造业、占据全球信息技术能力的显著地位，在嵌入式系统和自动化工程领域具有很高的技术水平，这些都意味着德国确立了其在制造行业中的领导地位。因此，德国以其独特的优势开拓新型工业化的潜力——“工业4.0”，并开始推进新一代工业升级计划。

作为全球工业实力最为强劲的国家之一，德国在新时代发展压力下，通过“工业4.0”战略的实施，将使德国成为新一代工业生产技术的供应国而主导市场，会使德国在继续保持国内制造业发展的前提下再次提升它的全球竞争力。

制造业的全球竞争正越来越激烈，德国并不是唯一认识到“将物和服务联网运用于制造业”趋势的国家。此外，给德国制造业带来威胁的不仅是来自亚洲的竞争对手，因美国也已采取措施，通过促进“先进制造业”发展的计划来应对去工业化。

制造业的数字化、虚拟化正在彻底改变人们制造产品的方式，为此，以德国为代表的欧洲，以及美国都打算大幅提升工业产值。美国的通用电气(GE)于2012年秋季提出了“工业互联网”( )概念，这是一个将产业设备与IT融合的概念，目标是通过高功能设备、低成本传感器、互联网、大数据收集及分析技术等的组合，大幅提高现有产业的效率并创造新产业，而日本的各企业也在推进M2M和大数据应用。

“工业4.0”的关键技术是信息通信技术(ICT)，具体包括联网设备之间自动协调工作的M2M（ ）、通过网络获得的大数据的运用、与生产系统以外的开发、销售、ERP(企业资源计划)、PLM(产品生命周期管理)、SCM(供应链管理)等业务系统联动等。而第三次工业革命的自动化只是在生产工艺中运用ICT，而“工业4.0”将大幅扩大应用对象。

“工业4.0”计划主要分为三大主题：

1）“智慧工厂”。重点研究智能化生产系统及过程，以及网络化分布式生产设施的实现。

2）“智能生产”，主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等。

3）“智能物流”。主要通过互联网、物联网、务联网，整合物流资源，充分发挥现有物流资源供应方的效率，而需求方，则能够快速获得服务匹配，得到物流支持。

“智慧工厂”采用一种全新的方式来生产产品，智能产品有唯一的特征被识别，在任何时候都能被定位，知道它的发展历程，了解它当前状况，以及实现其目标状态的方式。从通过出口物流下订单的那一刻起，纵向与工厂和公司业务流程联网，横向连接则可实时管理衍生价值体系，这二者共同构建了嵌入式制造系统。此外，这些指令都要求启用终端间工程(模式)流经整个价值链。

尤其值得注意的是，“智慧工厂”的生产模式与以往集中式控制的工业生产模式不同，其更强调“分散化”，目标是建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式。德国“工业4.0”计划将特别注重吸引中小企业参与，力图使中小企业成为新一代智能化生产技术的使用者和受益者，同时也成为先进工业生产技术的创造者和供应者。

德国“工业4.0”计划强调，未来工业生产形式的主要内容包括：在生产要素高度灵活配置条件下，大规模生产高度个性化产品，顾客与业务伙伴对业务过程和价值创造过程广泛参与，以及生产和高质量服务的集成等，物联网、服务网以及数据网将取代传统封闭性的制造系统成为未来工业的基础。

在“工业4.0”计划框架下，规划生产要素、技术和产业互联集成的关键前提是，各参与方需要就“工业4.0”涉及的技术标准和规格取得一致。由德国电工委员会编纂的全球首个“工业4.0”标准化路线图正是向这一目标迈出的重要一步，为所有参与方就“工业4.0”涉及的现有相关标准和规格提供一个概览和规划基础。“工业4.0”有两个非常重要的方面：

1）劳动分工和专业化。这不仅是针对劳动者而言，也针对企业。这也是德国汽车业成功的原因，因为在这样一个大环境中，各个工厂往往都是高度专业化某些零部件的生产者，他们以非常高效的方式互动。

2）数字化。数字化使得笨拙的机器利用计算机进行智能化工作，这就是未来存在的潜力。首先，未来的水平整合将会进一步深化，也就是说在整个价值链上，生产商可以通过这种基于互联网技术的系统开展更好的协作。另一方面，在生产系统内，看到更多的垂直整合(产业链整合)，因为每一个部分最后生成的数据，都可以使这些部分进行深度整合。以前，一个产品进入市场后几乎不在生产商的控制范围内，以后，产品会永远在生产商的控制过程当中，生产者可以随时得到反馈，知道该怎样进行设置，这对改善服务是非常有利的。

“工业4.0”的重要方向之一是“智慧工厂”，重点研究智能化生产系统及过程，以及网络化分布式生产设施的实现。“工业4.0”的全新理念主要是对联网工厂以及相关方面的演变进行研究，以使产品开发、物流以及生产的集成将通过材料流、产品流、以及信息流得以实现，从而构建高度复杂又极为高效的全球化生产运营。这样一来，一条生产线就能够与供应商以及消费信息进行连接，从而根据消费者需求对生产环节进行动态调整，并对所交付的原材料进行相应调整。

“工业4.0”将会开发出创造价值的新方法和新的商业模式，动态业务和工程流程能帮他们根据生产需要最终做出相应改变,并灵活应对生产中断和故障。现在，在制造过程中已经能够提供端到端的透明化，以促进决策优化。特别是，它将给初创公司和小企业的发展带来机会，下游服务也能从中受益。

此外，“工业4.0”将正视和解决某些当今世界面临的挑战，如资源能源利用效率、城镇化、人口结构变化等。“工业4.0”能持续带来覆盖整个价值网络的资源生产率和效率的增益。它能将人口结构变化和社会因素考虑在内，以适合的方式组织生产。采用的智能辅助系统让工人从单调、程序化的工作中解放出来，能把精力集中在创新和增值业务上。

智能化制造、联网化及集成化工厂正逐渐支撑起“工业4.0”，针对工业控制与自动化领域AMD推出的SoC解决方案，具备数据管理功能，支持标准网络，可以通过相互间的高效通信对收集来的数据进行管理和分析，可以实现先进的联网工控系统。

第四次工业革命我们还是在有利位置

第四次工业革命虽然以AI为代表，但是必须云计算大数据为基础，以5G网络作为信息渠道，以为AI应用配合各种工业机器人为落地，这才是一次真正工业革命。

先说为什么要5G网络，这个包括固网和移动网络，关键就是要求响应速度要快、带宽要大，工业应用才能形成各种类人手操控效果。中国当前的5G网络在全球是领先的，占了70%以上的基站数量。中国的5G无人矿山、无人码头、智慧工厂已经轰轰烈烈的展开了。

今年巴塞罗那电信展期间，中国运营商演讲座无虚席，因为中国在5G应用领先，全球运营商都在听中国怎么搞。所以在5G这块中国是领先的，而美国安装的基站连中国1/20都没有，因为他们清频太慢了。

其次谈到云技术，这方面美国人不落后，但对中国也没有优势。中国以国家力量搞了东数西算，整个国家的云计算架构也一起搭建起来，构建了运算的最好基础，以后大数据训练中国也有更多的训练场景。

另外就是各个地方都可以非常方便的接入云进行训练，中国的算力在中国半导体产业发展起来后会非常快的发展。

第三，在AI上中美各有优势，美国人在基础模型和算法领先，中国在应用特别工业应用方面领先。美国行业人士现在最担心的就是他们的训练数据不如中国，中国在AI应用广度远大于美国。当然美国在干得不错，但是各种行业应用是大数据训练基础不如中国。

实际上，三类机器人最容易就是聊天机器人，他们可以出错，出错大家也一笑了之，慢慢变准确就行。但是工业机器人一出手就必须准确，如果错误就要出废品。如果AI自动驾驶一出差错就会出事故。

而工业机器人和保姆机器人比又容易多了，工业机器人很多都是固定位置的相对有限标准动作，而保姆机器人就难度大了。比如做菜就需要认知各种食材，切菜，配料，温度，时长，是蒸炒煮那种模式等。如何收叠衣服，哪件对应哪个主人送哪个衣柜等等。这些都是巨大的挑战，需要不断训练才能达成。所以不要被美国一个就吓到了，有进步，但是离智能工业机器人和家庭机器人还有巨大距离。

总体上，因为中国巨大的人口、人才和工业规模，加上中国在云计算、5G、AI应用都处于很不错乃至领先位置，所以第四次工业革命我们是不需要慌张的。