第四次工业革命——概述、挑战机遇及对策建议

第四次工业革命（详细提纲）一、概念（一）四次工业革命概述1.第一次工业革命18世纪60年代至19世纪中期，通过水力和蒸汽机实现的工厂机械化可称为第一次工业革命。这次工业革命的结果是机械生产代替了手工劳动，经济社会从以农业、手工业为基础转型到了以工业以及机械制造带动经济发展的模式。2.第二次工业革命19世纪后半期至20世纪初，在劳动分工的基础上采用电力驱动产品的大规模生产可称为第二次工业革命。这次工业革命，通过零部件生产与产品装配的成功分离，开创了产品批量生产的新模式。3.第三次工业革命始于20世纪70年代并一直延续到现在，电子与信息技术的广泛应用，使得制造过程不断实现自动化，可称为第三次工业革命。自此，机器能够逐步替代人类作业，不仅接管了相当比例的“体力劳动”，还接管了一些“脑力劳动”。4.第四次工业革命未来10年，基于信息物理系统（Cyber-PhysicalSystem，CPS）的智能化，将使人类步入以智能制造为主导的第四次工业革命。产品全生命周期和全制造流程的数字化以及基于信息通信技术的模块集成，将形成一个高度灵活、个性化、数字化的产品与服务的生产模式。（二）第四次工业革命的主要内涵1.核心CPS（Cyber-PhysicalSystem）CPS（信息物理系统）包容了与工业相关的智能电网、智能产品、智能（生产）建筑、智能调配和智能物流等内容，它将工厂的所有智能机器、存储系统和生产设施集成在一起建立网络。CPS可将所有相关的物理设备（在世界范围内）连接到互联网上，使得物理设备具有计算、通信、精确控制、远程协调和自治等功能。由于CPS有互联网支持，它创造出智能产品、智能生产程序与过程，构建起新的智能工厂。国内已有的“物联网”但远远不是这个“物联网”。但是国内已有的互联网成果有可能被引用到中国的CPS中来，腾讯的微信、马云的淘宝、百度的中文搜索都可以在第四次工业革命中发挥作用。智能工厂智能工厂能够管理复杂的事物，不容易受到干扰，能够更有效地制造产品。在智能工厂里，人、机器和资源如同在一个社交网络里自然地相互沟通协作。智能产品理解它们被制造的细节以及将被如何使用。它们积极协助生产过程，回答诸如“我是什么时候被制造的”“哪组参数应被用来处理我”“我应该被传送到哪”等等问题。智能工厂成为未来的智能基础设施中的一个关键组成部分。这将导致传统价值链的转变和新商业模式的出现。智能工厂将渗透到公司间的价值网络中，并最终促使数字世界和现实的完美结合。智能工厂以端对端的工程制造为特征，这种端对端的工程制造不仅涵盖制造流程，同时也包含了制造的产品，从而实现数字和物质两个系统的无缝融合。智能工厂将使制造流程的日益复杂性对于工作人员来说变得可控，在确保生产过程具有吸引力的同时使制造产品在都市环境中具有可持续性，并且可以盈利。智能产品智能产品具有独特的可识别性，可以在任何时候被分辨出来。甚至当它们在被制造时，它们就可以知道整个制造过程中的细节。在某些领域，这意味着智能产品能半自主地控制它们生产的各个阶段。此外，智能产品也有可能确保它们在工作范围内发挥最佳作用，同时在整个生命周期内随时确认自身的损耗程度。这些信息可以汇集起来供智能工厂参考，以判断工厂是否在物流、装配和保养方面达到最优，当然，也可以应用于商业管理应用的整合。2.相关内容三项集成横向集成、纵向集成与端对端的集成。第四次工业革命将无处不在的传感器、嵌入式终端系统、智能控制系统、通信设施通过CPS形成一个智能网络，使人与人、人与机器、机器与机器以及服务与服务之间能够互联，从而实现横向、纵向和端对端的高度集成。“横向集成”是企业之间通过价值链以及信息网络所实现的一种资源整合，是为了实现各企业间的无缝合作，提供实时产品与服务；“纵向集成”是基于未来智能工厂中网络化的制造体系，实现个性化定制生产，替代传统的固定式生产流程（如生产流水线）；“端对端集成”是指贯穿整个价值链的工程化数字集成，是在所有终端数字化的前提下实现的基于价值链与不同公司之间的一种整合，这将最大限度地实现个性化定制。八项行动专家认为，为了第四次产业革命能够成功实施，需要在以下八个关键领域采取行动：开发标准化参考架构：贯穿整个价值网络，工业4.0将涉及一些不同公司的网络连接与集成。只有开发出一套单一的共同标准，这种合作伙伴关系才可能形成。需要一个参考架构为这些标准提供技术说明，并促使其执行。实现复杂系统管理：产品和制造系统日趋复杂。适当的计划和解释性模型可以为管理这些日益复杂的系统提供基础。因此，工程师们要配备为开发这些模型所需的方法和工具。建设高速信息网络：可靠、全面和高质量的信息网络是第四次工业革命的一个关键要求，宽带互联网基础设施需要进行大规模扩展。确保信息安全保障：信息安全保障对于智能制造系统成功是至关重要的。重要的是要确保生产设施和产品本身不能对人和环境构成威胁。与此同时，生产设施和产品，尤其是它们包含的数据和信息，需要加以保护，防止滥用和未经授权的获取。加强工作组织设计：在智能工厂，员工的角色将发生显著变化。工作中的实时控制将越来越多，这将改变工作内容、工作流程和工作环境。在工作组织中应采用更多方法使工人有机会承担更大责任，同时促进他们个人的发展。加大专业培训力度：第四次工业革命将极大改变工人的工作和技能。因此，有必要通过推出一系列以工作场所为基础的持续性专业培训计划。构建新的监管体系：虽然在第四次工业革命中新的制造工艺和横向业务网络需要遵守法律，但是考虑到新的创新，也需要调整现行的法规。这些挑战包括保护企业数据、责任问题、处理个人数据以及贸易限制。这不仅需要立法，而且也需要其他大量适当手段，包括准则、示范合同和公司协议,或如审计这样的自我监管措施。提高资源利用效率：即使抛开高成本不谈，制造业消耗大量的原材料和能源，这也对环境和安全供给带来了若干威胁。第四次工业革命必须提高资源的生产率与利用效率。（三）第四次工业革命的深远意义1.用户个性需求得到满足允许在设计、配置、订购、规划、制造和运作等环节考虑个体客户的特殊需求，而且即使在最后阶段仍能变动。企业在一次性生产且产量很低的情况下仍能获利。2.工业生产更加灵活坚强基于CPS的自组织网络可以根据业务过程的不同方面，如质量、时间、风险、鲁棒性、价格和生态友好性等，进行动态配置。这有利于原料和供应链的连续“微调”。也意味着工程流程可以更加灵活，制造工艺可以被改变，暂时短缺（例如供应问题）可以得到补偿，输出的大量增加可以在短时间内实现。这将使得动态的、适时优化的和自我组织的价值链成为现实，并带来诸如成本、可利用性和资源消耗等不同标准的最优化选择。3.生产决策过程得以优化为了在全球市场上取得成功，在短时间内能够做出正确决定变得越来越关键。第四次工业革命提供了端到端的实时透明，使得工程领域的设计决策可以进行早期验证，并且可以对干扰做出更灵活的反应，同时对生产领域中公司的所有位置进行全局优化。4.资源利用效率得到提高工业制造过程的总体战略目标仍然适用于第四次工业革命：在给定资源量（资源生产率）的前提下，得到尽可能高的产品输出；使用尽可能低的资源量，达到指定的输出（资源利用效率）。CPS在贯穿整个价值网络的各个环节基础上，对制造过程进行优化。此外，系统可就生产过程中的资源和能源消耗或降低排放进行持续优化。5.新服务创造新价值机会开辟了创造价值的新途径和就业的新形式。比如智能算法可用于各种大量数据（大数据），这些数据是为了提供创新服务而由智能设备所记录的。尤其是对于中小企业和初创公司来说，有显著的机遇发展B2B（企业对企业）服务。6.应对工作场所人口变化通过工作组织和能力发展计划相结合，人与技术系统之间的互动合作将为企业提供新的机会，将人口变化转化为自身的优势。面对熟练劳动力的短缺和日益多样化的劳动力（如年龄、性别和文化背景），将提供灵活多样的职业路径，让人们的工作生涯更长，并且保持生产能力。7.工作和生活实现新平衡使用CPS的公司更加灵活的工作组织模式，意味着它们可以很好地满足员工不断增长的需求，让员工在工作与私人生活之间，以及个人发展与持续的职业发展之间实现更好的平衡。例如，智能辅助系统将提供新的组织工作的机会，即提供一种灵活的新标准以满足公司的需要和员工个人的需求。（四）案例1.德国推出“工业4.0”战略德国“工业4.0”战略是德国政府《高技术战略2020》确定的十大未来项目之一，旨在通过现代制造技术的突破和应用，进一步发挥德国在产品创新、信息技术、高端装备和复杂工艺管理等领域的优势，从而维持和巩固其在全球制造业的领先地位。该战略的根本目标是通过构建智能生产网络，推动德国的工业生产制造进一步由自动化向智能化和网络化方向升级，包括基于“数字—物理系统”的智能工厂的建设，以及生产制造单元与企业的采购、营销、研发等各个价值链环节，同时与不同企业间的互联构成更大的、更高层次的智能生产网络。通过实施“工业4.0”战略，德国工业企业既可以满足消费者高度个性化的需求，也能够对变化的市场需求和原材料供应变动做出及时的反应和调整。更重要的是，现代生产制造方式能够将员工从过去程序化的工作中进一步解放出来，从而将更多的精力投入到更具创造性的工作中。依托西门子、博世等掌握先进制造技术的企业，德国“工业4.0”战略将最终推动先进制造技术标准的形成。2.美国实施四大新工业战略第一，大力推动创新成果的产业化：一方面，政府一再降低创业企业上市门槛，促使大批实验室技术实现商业化；另一方面，政府推动新产品的应用示范工程，利用美国国内高端消费群体抢先实现市场增长，使美国成为最早享受到新工业革命成果的国家。第二，提高能够主导未来产业竞争的人才潜力：通过移民政策改革，美国希望吸引全球高端人才，从而在国内形成满足“第四次工业革命”要求的下一代的创新者、研究者和技能工人群体，从而获得持续的竞争力。第三，通过智能创新和智能制造提高制造业生产率。为了冲抵高昂的人力成本，美国加强信息技术高性能电脑在技术创新上的应用，同时创造和推广适合本国人力资源特点的先进制造业集群网络和智能工厂生态系统。第四，建设以分布能源系统、物联网、下一代互联网为代表的全新的工业基础设施体系。在政府资助下，美国各州都在开发和部署具有智能性、可持续性、灵活性的能源、交通、生产和信息基础设施，这些设施是“第四次工业革命”催生新产业、新业态的基础，也有助于美国制造业降低配套成本，形成快速响应能力。二、挑战（一）劳动成本优势面临弱化以制造业智能化和服务化为核心特征的第四次工业革命将导致直接从事生产制造的人数的减少，逐步实现少量“现代知识型员工”对大量“传统简单劳动者”的替代，我国制造业长期以来基于劳动成本低所形成的竞争优势会加速弱化。不仅如此，发达工业国家不仅通过技术创新和品牌优势占领价值链的两端，还可以通过现代制造技术来提高制造环节和制造产业的生产效率，再加之制造业服务化趋势又会固化发达国家在高端服务业上已有的优势，从而使得发达国家能够形成整个产业链的竞争优势，这为发达国家重塑制造业和实体经济优势提供了机遇，从发达国家转出的生产活动有可能向发达国家回溯，导致制造业重心再次向发达国家偏移，我国的原有的赶超发达国家的产业发展路径可能被封堵。（二）传统优势产业面临冲击熊彼特认为：“创新是一场革命性变化，创新同时意味着毁灭”。创新将催生出新的产品、新的工艺、新的能源、新的交通与通讯工具、新的产业，将直接导致不同产业的兴衰转换。随着清洁可再生能源的崛起、纳米技术与新材料的涌现、智能制造技术的大量运用，高速快捷网络和交通通讯网络的铺设，我国碳能源、石油工业、钢铁工业、传统纺织业、服装、工艺品、模具业以及不少传统产业面临着衰亡的命运。（三）产业集群与专业市场面临瓦解产业集群是我国经济成功崛起的奥秘，大量的中小企业在县域或乡镇的同一行业的集聚，弥补了规模经济的不足，并催生出大量的专业市场与产业集群。新工业革命将使生产方式发生巨大转变。新工业革命的核心是“制造数字化与智能化”，智能化、网络化、信息化的结合，将使传统产业的生产方式、组织方式与交易方式产生重大改变，