孟 柳，延建林，周 源

（1.中國工程院戰(zhàn)略咨詢中心，北京 100088；2.清華大學(xué)，北京 100084）

從狩獵社會(huì)、農(nóng)耕社會(huì)、工業(yè)社會(huì)再到信息社會(huì)，人類社會(huì)經(jīng)歷了三次大的工業(yè)革命，伴隨著科技的日新月異，生活水平也在不斷提高，生產(chǎn)工具優(yōu)化，工作強(qiáng)度降低，生產(chǎn)效率提高，我們正步入新的工業(yè)革命。

工業(yè)革命由科技進(jìn)步從而帶動(dòng)新興產(chǎn)業(yè)，同時(shí)改進(jìn)了現(xiàn)有的生產(chǎn)方式、組織模式甚至整個(gè)社會(huì)。產(chǎn)業(yè)技術(shù)范式伴隨著歷次革命不斷迭代升級(jí)，通過對(duì)產(chǎn)業(yè)技術(shù)范式變遷進(jìn)行研究，我們可以總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合自身發(fā)展，為國家制造業(yè)發(fā)展提供有力依據(jù)。

四次工業(yè)革命的演進(jìn)如圖1所示。

圖1 四次工業(yè)革命演進(jìn)

1 范式演化與“四次工業(yè)革命”的影響

伴隨著每一次的科技革命都會(huì)產(chǎn)生新的制造范式，每一次新的制造范式會(huì)在原有制造范式的基礎(chǔ)上，根據(jù)新的技術(shù)和新的需求進(jìn)行升級(jí)，從而使得每一次科技革命的成果能通過制造范式的迭代升級(jí)而迅速在制造業(yè)廣泛應(yīng)用推廣。

1.1 第一次工業(yè)革命

作為世界上最早出現(xiàn)的創(chuàng)新型國家，英國領(lǐng)導(dǎo)了第一次工業(yè)革命。

整個(gè)18世紀(jì)，英國通過種種原始積累手段為工業(yè)生產(chǎn)的變革提供基礎(chǔ)。隨著蒸汽機(jī)采用范圍的擴(kuò)大，特別是機(jī)器制造業(yè)的出現(xiàn)，工業(yè)革命迅速擴(kuò)展到各部門。19世紀(jì)中葉，英國已成為世界上第1個(gè)工業(yè)強(qiáng)國。并率先完成工業(yè)革命，成為“世界工廠”。

縱觀英國工業(yè)百年的發(fā)展歷程，可以發(fā)現(xiàn)英國在第一次工業(yè)革命中取得了巨大的成就，同時(shí)在工業(yè)革命前后兩個(gè)世紀(jì)的時(shí)間內(nèi)，英國還是全球的科技創(chuàng)新中心。

英國引領(lǐng)了第一次工業(yè)革命并取得了巨大的成就，但其傳統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)增長模式卻不再適應(yīng)第二次工業(yè)革命發(fā)展的需求。在第一次工業(yè)革命前后，英國作為全球最大的殖民國家，其經(jīng)濟(jì)增長在很大程度上依賴于大規(guī)模的海外擴(kuò)張，這種資源輸入和商品輸出、資本輸出相結(jié)合的模式為英國積累了大量資本，但企業(yè)也逐漸喪失了采納新技術(shù)、購買新設(shè)備的積極性，導(dǎo)致英國生產(chǎn)率的增長停滯不前。究其根本原因，是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的經(jīng)濟(jì)增長模式完全可以為資本家?guī)碡S厚的收益，因此缺乏采用新技術(shù)的動(dòng)力。

1.2 第二次工業(yè)革命

如果說第一次工業(yè)革命主要是確立了工廠制，而第二次工業(yè)革命則是確立了大規(guī)模生產(chǎn)制。它不但為壟斷性大企業(yè)奠定了物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)，而且由于電力、鋼鐵、汽車、飛機(jī)和石油等重工業(yè)的發(fā)展，企業(yè)規(guī)?？涨皵U(kuò)大，資本和生產(chǎn)更加集中[1]。

在第二次工業(yè)革命最初30多年中，美國和德國通過迅速進(jìn)入新技術(shù)體系而崛起。第一次世界大戰(zhàn)和南北戰(zhàn)爭為美國提供了大量科技人才以及豐富的勞動(dòng)力和消費(fèi)市場。在這期間德國幾乎同時(shí)開始了兩次工業(yè)革命，政府的大力干預(yù)、科技和教育的發(fā)展和普法戰(zhàn)爭的巨額賠款為德國在短時(shí)間內(nèi)迅速發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，并后來居上。

這次工業(yè)革命以大規(guī)模生產(chǎn)為主導(dǎo)，電力技術(shù)的發(fā)明和應(yīng)用為帶動(dòng)，在微觀企業(yè)層級(jí)以股份制企業(yè)為主要形式，在中觀的產(chǎn)業(yè)層是以電力、鋼鐵、化學(xué)工業(yè)、汽車工業(yè)和電話電報(bào)等通訊業(yè)為主形成全新的技術(shù)體系，宏觀經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)看工業(yè)的大力發(fā)展取代了農(nóng)業(yè)為主體的產(chǎn)業(yè)，同時(shí)，第三產(chǎn)業(yè)也快速發(fā)展起來。在全新的產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系下，新的技術(shù)、設(shè)備和管理方式相繼出現(xiàn)，促使社會(huì)的生產(chǎn)力進(jìn)一步提高，其速度和影響前所未有的。

第二次工業(yè)革命，使得資本主義各國在經(jīng)濟(jì)、文化、政治和軍事等各個(gè)方面，發(fā)展不平衡，美德迅速崛起，爭奪市場經(jīng)濟(jì)和爭奪世界的斗爭更加激烈。第二次工業(yè)革命也促進(jìn)了世界殖民體系的形成，使得資本主義世界體系的最終確立，世界逐漸成為一個(gè)整體。

1.3 第三次工業(yè)革命

第三次工業(yè)革命首先在美國興起，主要表現(xiàn)在：一雄厚的物質(zhì)基礎(chǔ)、優(yōu)秀科技人才、民族創(chuàng)新精神、地理環(huán)境和市場容量等優(yōu)勢；二政府高度重視，積極采取措施推動(dòng)，直接促成第三次科技革命首先在美國興起[2]。與此同時(shí)，日本通過吸收第三次工業(yè)革命的成果，也迅速發(fā)展起來，一躍成為世界第二超級(jí)經(jīng)濟(jì)大國。過去十幾年，由于數(shù)字技術(shù)的迅猛發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)的快速普及，日本大型消費(fèi)電子制造企業(yè)被突變式創(chuàng)新顛覆，多個(gè)世界知名企業(yè)先后陷入發(fā)展困境。但日本經(jīng)濟(jì)的總體創(chuàng)新能力仍然非常強(qiáng)大，甚至可以說處于全球領(lǐng)先地位。

第三次革命，生產(chǎn)進(jìn)入數(shù)字化，這不僅可以改變企業(yè)，還可以改變其他很多方面。第三次科技革命對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響表現(xiàn)在以下幾方面：一是它引起生產(chǎn)力各要素的變革，使勞動(dòng)生產(chǎn)率有了顯著提高；二是不僅加強(qiáng)了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)非物質(zhì)化和生產(chǎn)過程智能化的趨勢，而且引起了各國經(jīng)濟(jì)布局和世界經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的變化；三是以其豐富的內(nèi)容使管理發(fā)展為一門真正的科學(xué)，并實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代化[3]。

與第二次工業(yè)革命相比，第三次工業(yè)革命主要以大規(guī)模個(gè)性化定制生產(chǎn)為主的產(chǎn)業(yè)制造范式。以往的工業(yè)革命追求低成本、高效率和批量化的規(guī)模化生產(chǎn)范式。但是，隨著柔性的數(shù)字化制造、3D打印、物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算等技術(shù)的逐步完善，大規(guī)模定制的生產(chǎn)方式有向全球化個(gè)性化制造范式轉(zhuǎn)變的趨勢[4]。一些專家指出可重構(gòu)的生產(chǎn)系統(tǒng)可以在柔性生產(chǎn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步解決生產(chǎn)成本、產(chǎn)品多樣性、產(chǎn)能和生產(chǎn)周期等多目標(biāo)之間的沖突，因而能夠更好地適應(yīng)全球化時(shí)期消費(fèi)者需求千差萬別且快速變動(dòng)的市場環(huán)境[5]。

1.4 第四次工業(yè)革命

物理、數(shù)字網(wǎng)絡(luò)和生物等幾大領(lǐng)域的交叉互動(dòng)以及ICT技術(shù)、生物技術(shù)和3D打印技術(shù)等多種先進(jìn)技術(shù)之間的融合，其影響范圍之廣、變革速度之快，使得這場變革有別于人類歷史上的任何一次工業(yè)革命[6]。

世界各國制造企業(yè)普遍面臨著提質(zhì)、增效、降耗的需求和大規(guī)模個(gè)性化定制生產(chǎn)帶來的生產(chǎn)柔性化、智能化需求，生產(chǎn)也從工廠化轉(zhuǎn)為社會(huì)化生產(chǎn)，同時(shí)，隨著工業(yè)化程度的加深，環(huán)境資源問題成了全球不得不面對(duì)的問題，綠色可持續(xù)發(fā)展也成了第四工業(yè)革命的特色和發(fā)展方向。

在微觀企業(yè)層，是以企業(yè)為平臺(tái)，形成無數(shù)小企業(yè)共生的生態(tài)，生產(chǎn)模式呈現(xiàn)出，眾包創(chuàng)新、柔性大規(guī)模定制、大數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程分析管理的特點(diǎn)；在中觀產(chǎn)業(yè)層次，以物聯(lián)網(wǎng)、智能機(jī)器人、3D打印和無人駕駛為主導(dǎo)，展現(xiàn)出服務(wù)化、智能化和綠色化的發(fā)展趨勢；在宏觀經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)層次上，以信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)興起，三大產(chǎn)業(yè)逐漸實(shí)現(xiàn)信息化為特點(diǎn)，多極化、片段化為發(fā)展趨向。

產(chǎn)業(yè)技術(shù)新范式出現(xiàn)，數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化技術(shù)是新一輪產(chǎn)業(yè)變革的核心技術(shù)，將深刻改變制造業(yè)的生產(chǎn)模式和產(chǎn)業(yè)形態(tài)。這些范式里既有智能制造的基礎(chǔ)，也有體現(xiàn)智能制造價(jià)值實(shí)現(xiàn)、技術(shù)路徑升級(jí)、組織方式等不同維度的范式，它們從不同視角上反映出制造業(yè)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化特征，在制造業(yè)從自動(dòng)化走向智能化的轉(zhuǎn)型過程中發(fā)揮積極作用。

下面就通過表1匯總四次工業(yè)革命帶來的制造范式。

表1 四次工業(yè)革命帶來的制造范式

2 分析與比較各國發(fā)展戰(zhàn)略對(duì)中國的啟示

面對(duì)以智能制造為核心技術(shù)的新一輪工業(yè)革命，世界各國尤其是發(fā)達(dá)國家都在結(jié)合自身實(shí)際和優(yōu)勢，積極采取行動(dòng)，搶占未來發(fā)展的戰(zhàn)略制高點(diǎn)，確保本國在未來制造業(yè)競爭中的國際領(lǐng)先和主導(dǎo)地位。美國提出“先進(jìn)制造業(yè)伙伴計(jì)劃”，德國提出“工業(yè)4.0戰(zhàn)略計(jì)劃”，英國提出“英國工業(yè)2050戰(zhàn)略”，法國提出“新工業(yè)法國計(jì)劃”，日本提出“超智能社會(huì)5.0戰(zhàn)略”，韓國提出“制造業(yè)創(chuàng)新3.0計(jì)劃”，都將發(fā)展智能制造作為本國構(gòu)建新形勢下制造業(yè)競爭優(yōu)勢的關(guān)鍵舉措，并提出了相應(yīng)的發(fā)展技術(shù)路線。

2018年，中國工程院發(fā)布了《中國智能制造發(fā)展戰(zhàn)略研究》報(bào)告，報(bào)告對(duì)第四工業(yè)革命的到來進(jìn)行深入的分析，同時(shí)將第四次工業(yè)革命的核心范式，智能制造進(jìn)行了詳細(xì)的分析。

新的產(chǎn)業(yè)技術(shù)范式——智能制造，是新一代人工智能技術(shù)與制造技術(shù)的融合，也就是人工智能技術(shù)加上大數(shù)據(jù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、多媒體、傳感器、人機(jī)交互和自主系統(tǒng)等多種技術(shù)實(shí)現(xiàn)未來城市的智能化、農(nóng)業(yè)的智能化、醫(yī)療的智能化、家居的智能化、駕駛的智能化以及制造的智能化。

智能制造是讓機(jī)器實(shí)現(xiàn)從技能型工作自動(dòng)化到知識(shí)型工作自動(dòng)化的跨越。將人從繁重的體力勞動(dòng)中解放出來，從事更多腦力勞動(dòng)的工作，從而提高人類工作生活的幸福感和獲得感。實(shí)現(xiàn)知識(shí)型工作的自動(dòng)化是指，在全新的智能制造系統(tǒng)——HCPS中，人類真正的加入到信息物理系統(tǒng)，可以隨時(shí)將數(shù)據(jù)、知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)輸入進(jìn)系統(tǒng)，讓智能系統(tǒng)代替人類完成更多的腦力和體力勞動(dòng)，同時(shí)將數(shù)據(jù)和專家知識(shí)經(jīng)驗(yàn)以及系統(tǒng)的分析相結(jié)合，不斷迭代升級(jí)，達(dá)到一加一大于二的最終效果。

新一代智能制造系統(tǒng)包括六大組成部分（如圖2所示）：智能制造云、智能產(chǎn)品、智能生產(chǎn)、智能服務(wù)和工業(yè)智聯(lián)網(wǎng)，并通過智能的集成將這5個(gè)部分連接成為一個(gè)整體。其中系統(tǒng)內(nèi)部通過，縱向、橫向、端到端集成，外部通過制造業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈條的系統(tǒng)集成，以及智能制造與智能城市、智能農(nóng)業(yè)、智能醫(yī)療等交融集成，形成智能生態(tài)大系統(tǒng)——智能社會(huì)。

圖2 智能制造系統(tǒng)

從而，我們可以得出，數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化是這次工業(yè)革命的開始，新一代人工智能技術(shù)的突破和廣泛應(yīng)用將形成這次工業(yè)革命的高潮，并形成新一輪工業(yè)革命最為根本、核心的驅(qū)動(dòng)力[13]。此外，新一代智能制造將引發(fā)制造業(yè)發(fā)展理念、制造模式發(fā)生重大而深刻的變革，重塑制造業(yè)的技術(shù)體系、生產(chǎn)模式、發(fā)展要素及價(jià)值鏈，推動(dòng)制造業(yè)發(fā)展步入新階段。

當(dāng)前，我國第一次與世界強(qiáng)國站在同一起跑線，迎接第四工業(yè)革命的到來，又恰逢全球貿(mào)易投資秩序深度調(diào)整，我國制造業(yè)在深化推進(jìn)過程將中面臨的一系列新的挑戰(zhàn)和約束通過分析歷次工業(yè)革命中各國的經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合我國現(xiàn)階段制造業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀和新一輪工業(yè)革命的特點(diǎn)，本文總結(jié)出目前我國的制造業(yè)發(fā)展需要著重研究的問題。

一方面是工業(yè)民間投資增速持續(xù)疲軟，勞動(dòng)、能源、物流成本不斷攀升，嚴(yán)重影響企業(yè)運(yùn)行效率；另一方面，我國制造業(yè)質(zhì)量效益、結(jié)構(gòu)問題突出。一是質(zhì)量效益低。二是產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理。高技術(shù)產(chǎn)品貿(mào)易競爭優(yōu)勢指數(shù)低，高端領(lǐng)域競爭力薄弱，產(chǎn)業(yè)仍處于中低端。三是創(chuàng)新能力薄弱。研發(fā)投入與制造強(qiáng)國相比存在較大差距，創(chuàng)新產(chǎn)出效率低。四是核心技術(shù)、工業(yè)“四基”和關(guān)鍵裝備受制于人。

面對(duì)這些問題，我們應(yīng)該堅(jiān)定不移地推進(jìn)制造強(qiáng)國戰(zhàn)略；切實(shí)減輕制造企業(yè)稅費(fèi)負(fù)擔(dān)；揚(yáng)長補(bǔ)短，構(gòu)建現(xiàn)代化制造業(yè)體系；將智能制造作為主攻方向；組建先進(jìn)制造共性技術(shù)創(chuàng)新體系。凝聚人心、動(dòng)員全社會(huì)力量，抓住第四工業(yè)革命和全球貿(mào)易投資秩序深度調(diào)整的機(jī)遇，推進(jìn)我國制造業(yè)向高質(zhì)量發(fā)展，加快新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)化，為工業(yè)發(fā)展夯實(shí)基礎(chǔ)。