第一章 工业4.0
第一节 工业4.0的定义
一、历史上的工业革命
回望人类经济发展史，经济高速发展与社会快速进步往往都以工业革命作为背景，并以新兴技术作为重要支撑。根据一般经济学的知识，人们以生产设施的变迁为主要标志定义工业革命。依照经典的定义，人类历史上曾经发生过三次工业革命。
第一次工业革命以1784年瓦特发明蒸汽机为标志，产生于英国，该阶段的主要特点是机械化，以蒸汽机为标志，用蒸汽动力驱动机器取代人力，从此手工业从农业分离出来，正式进化为工业。蒸汽机与大机械相结合后，人动物不动，工人来回穿梭，生产效率大幅提高，生产推动消费，延续时间为86年。
第二次工业革命开始于1870年，产生于美国辛辛那提，以电力的发明为标志，该阶段的主要特点是电气化，用电力驱动机器取代蒸汽动力，从此零部件生产与产品装配实现分工，工业进入大规模生产时代。内燃机与电器相结合后，物动人不动，生产线将产品随时送到工作台，工人站定岗位，每人完成单一任务，以“一对多”规模生产，市场主导生产，以买方市场为主，该阶段延续了99年。
第三次科技革命产生在1969年的硅谷，该阶段的主要特点是自动化，以可编程的逻辑控制器（programmable logic controller, PLC）和个人电脑（personal computer, PC）的应用为标志，从此机器不但接管了人的大部分体力劳动，同时也接管了一部分脑力劳动，工业生产能力也自此超越了人类的消费能力。自动化与网络化逐步相结合，人动物也动，灵活生产“一对一”产品，促进买方市场与卖方市场有机结合，到现在已经持续了44年，大概还会延续10年到20年。
表1.1 经典定义下历史上发生的三次工业革命
然而，美国华盛顿特区经济趋势基金会总裁杰里米·里夫金（Jeremy Rifkin）在其著作《第三次工业革命》中采取了新的方式定义工业革命。杰里米·里夫金以经济体系的变迁为主要标志定义工业革命。杰里米·里夫金认为，“在经济体系中，通信技术充当中枢神经系统，对经济有机体进行监管、协调和处理；与此同时，能源起到血液的作用，为将自然的馈赠转化为商品和服务这一过程提供养料，从而维持经济的持续运行和繁荣”[1]。根据杰里米·里夫金的观点，人类历史上发生过两次工业革命：
第一次工业革命以1830年到1890年印刷业与蒸汽动力的结合为标志。蒸汽印刷术提高了印刷速度，降低了印刷成本，在美国和欧洲培养了大量具有文字读写能力、能够管理蒸汽动力驱动的工业世界的劳动人才。
第二次工业革命产生于美国，以20世纪的第一个10年电信技术与燃油内燃机的结合为标志。电话、收音机、电视机等通信设备的出现使得人类能够随时交流信息，成为人类管理这个由燃油内燃机驱动的工业世界的有效工具。
表1.2 杰里米·里夫金定义下历史上发生的两次工业革命
二、新工业革命的到来
根据对工业革命的经典定义，德国认为第三次工业革命始于20世纪后半期通过电气和信息技术实现的制造业自动化，现在正在经历的是第四次工业革命。德国所谓的这次工业革命是指利用信息物理系统（cyber physical systems, CPS）将生产中的供应、制造、销售信息数据化与智慧化，实现产业链的组织与管理的进一步发展，最后达到快速、有效、个人化的产品供应的一次工业革命。这次革命被称为“工业4.0”。“工业4.0”这一概念在欧洲被广泛使用，尤其是在德国的制造业中。在美国以及其他英语世界国家中，一些评论者也使用“工业互联网”（industrial internet）等表达。而根据杰里米·里夫金的观点，互联网信息技术与可再生能源的深度融合将促使经济体系的再一次变迁，并让我们迎来了第三次工业革命。
虽然杰里米·里夫金对工业革命的定义与经典的观点不同，且杰里米·里夫金认为历史上发生过两次工业革命而非经典观点认为的三次，但杰里米·里夫金与经典观点都认为新的一次工业革命是先进制造与互联网的深度融合。换言之，这次工业革命是一场生产的基础设施与经济体系都发生变迁的革命——这次革命将会带来产能的巨大提升和世界人民生活方式的巨大转变，产生超过或者至少不小于以往发生的历次工业革命的影响。
考虑到不同的国家完成这次工业革命的方式不同——在德国，这次工业革命的完成方式是通过对“通信技术”的补课，完成先进制造与互联网的深度融合，实现经济体系的变迁；在美国，这次工业革命的完成方式是通过对“先进制造”的补课，完成先进制造与互联网的深度融合，实现经济体系的变迁——杰里米·里夫金对工业革命的定义似乎要更准确一点，但为了便于描述，本书仍采取对工业革命的经典定义，将这一次工业革命称为“第四次工业革命”或“工业4.0”。
三、工业4.0：从概念到现实
“工业4.0”一词最早由德国人工智能研究中心执行总裁沃夫冈·瓦尔斯特尔（Wolfgang Wahlster）教授在2011年的汉诺威工业博览会的开幕致辞中提出。2013年，德国信息技术、电信和新媒体协会（BIT-KOM）、德国机械设备及制造协会（VDMA）和电气电子行业协会（ZVEI）建立了“工业4.0”研讨平台，这个平台极大地促进了“工业4.0”在德国的发展。2013年4月，德国政府设立的“工业4.0”工作组在汉诺威工业博览会发布了小组最终报告《保障德国制造业的未来：关于实施工业4.0战略的建议》（Securing the Future of German Manufacturing Industry：Recommendations for Implementing the Strategic Initiative INDUSTRIE4.0）。[2]2013年12月，德国电子和信息技术协会将“工业4.0”工作组的报告细化为“工业4.0”标准化路线图（Zukunftsbild“Industrie4.0”）。德国的“工业4.0”战略迅速得到了德国政府、科研机构、企业的认同。例如，德国西门子公司开始将这一概念引入工业软件开发和生产系统——“工业4.0”开始从概念演化为现实。
德国的“工业4.0”战略提出后，迅速引起了全球的关注，美国、中国、英国、日本都分别出台了相应的战略规划，全球掀起了工业4.0的浪潮。