自从2013年的汉诺威工业博览会上正式推出以来，“工业4.0”这一新名词迅速爆红，一夜之间便变得几乎家喻户晓。大大小小的公司均标榜自己致力于“工业4.0”，形形色色的“专家”也言必称“工业4.0”。但是“工业4.0”的含义到底是什么，需要哪些核心技术，对我们的生活会有哪些影响？能真正回答这几个问题的，是乎并不多，京叔希望利用这篇文章给大家解读一下“工业4.0”的这个概念。由于所要涉及的内容较多，这篇文章将分上下两部分，上篇将主要通过简要回顾工业生产的发展史，来探讨工业发展的一般规律，从而揭示工业4.0产生的原因和需要解决的问题；下篇将介绍工业4.0的到底要做什么，关键核心技术，以及对我们生活的影响。
工业生产进化简史
“工业4.0”不是凭空产生的，它是工业发展到一定阶段的必然产物，是和前几次工业革命息息相关的。所以在进入“工业4.0”这个话题之前，为了更好的理解这个概念，有必要让我们先简短回顾一下工业生产的进化史。
工业生产的本质其实就是将原材料转变为成品，以满足人们的某种需求的过程。这个转化过程要能成功，需要具备几个条件，笔者将其总结为：运作系统条件（Operation）、组织管理条件（Management），当然还需要生产者（HumanResource）和能源（Energy），笔者将其称为工业四要素。其中运作系统包含软件和硬件两个方面，软件方面即生产技术，包括生产工艺、流程、技能等等；硬件方面包括生产机械、工具等等。组织管理包含为使制造过程正常进行所需的信息的收集、传递、分析，基于信息的决策，基于决策对生产者、生产行为的协调管理等方面。而生产者和能源的含义十分明确，就不用多说了。
下面我们便以这几个要素作为线索来简略回顾一下工业（包括手工业）生产的进化史。每当以上全部或多项要素发生重大变化时，便会引发一次工业革命。迄今为止，人类工业（包括手工业）生产经过了以下几个发展节点。
手工业生产：
在这个阶段，运作系统是生产者的个人技艺加上简单的手工工具；组织管理模式还是单个生产者或手工工场模式，基本上没有工业化的协调合作；生产者是具有专业技艺的匠人，基本上没有专业的管理人员；而能源则是人力、畜力、风力、水力等自然力。在这个阶段，现代工业还未正式产生。我们可以称之为“前工业时代”。
第一次工业革命：
第一次工业革命是指18世纪60年代从英国发起的技术革命，它开创了以机器代替手工劳动的时代。第一次工业革命是以工作机的诞生开始的，以蒸汽机作为动力机被广泛使用为标志的，通常称为机械化革命。通过这次工业革命，现代工业正式诞生，我们可以称之为“工业1.0“。
在“工业1.0”中，运作系统变为了以机械生产为基础，组织管理变为了以分工协作为标志的工厂化生产模式，生产者分化为生产工人和管理人员，而能源变成了蒸汽动力为主。由以上描述可以看出，这次革命改变了工业四要素中的每一项，所以深刻地改变了人类社会。
第二次工业革命：
第二次工业革命开始于19世纪70年代，至二十世纪初，已在各方面也取得了深刻的变化。第二次工业革命是以电力的广泛应用为标志，大规模流水线生产模式得到了广泛的应用，使得生产成本大幅下降。这次革命通常称为电气化革命。通过这次工业革命，大规模生产正式诞生，我们可以称之为“工业2.0“。
在“工业2.0”中，运作系统变为了以大量高效率的专用机械为基础；组织管理演变为以零部件生产和成品装配分离的大规模流水线生产模式；对生产者中生产工人技能的要求大幅下降，对管理人员的要求由于生产复杂程度的大幅上升而不断提高；而能源变成了以电力和内燃机动力为主（当然发电还是以蒸汽动力为主）。由以上描述可以看出，这次革命也改变了工业四要素中的每一项，但笔者认为最重要的革命是大规模流水线的应用，这使得大规模生产成为可能，生产成本急剧下降，产能大幅上升。
第三次工业革命：
从20世纪四五十年代开始的新科学技术革命，以原子能技术、航天技术、电子计算机技术的应用为代表，还包括人工合成材料、分子生物学和遗传工程等高新技术，这些高新技术在工业领域的应用，尤其是计算机技术的应用，催生了第三次工业革命。第三次工业革命以信息技术的广泛应用为标志，生产制造的自动化大幅提高。这次革命通常称为自动化革命。通过这次工业革命，机器在接管体力劳动的基础上开始接管一部分人的脑力劳动，其工业形态我们可以称之为“工业3.0“。
在“工业3.0”中，运作系统变为了以大量数字化自动设备为基础，出现了运营技术（Operation Technology，简称OT）的概念；组织管理演变为以信息技术（Information Technology，简称IT）为基础的现代管理模式，最重要的特征便是ERP系统（Enterprise Resource Planning，企业资源计划）的广泛应用；由于计算机和信息技术的日新月异，对生产者的日常操作技能要求下降，理论上可以做到“傻瓜操作”，而对分析，调整，交流及决策能力的要求上升；这次革命在能源要素方面则基本上没有变化（有一种观点认为，以太阳能、风能等新能源的广泛应用将催生第四次工业革命）。由以上描述可以看出，这次革命最重要的变化是自动化技术和信息技术的应用。
“工业4.0”的产生和希望解决的问题
由以上对工业生产进化史的极简回顾，我们可以发现一个贯穿整个工业进化过程的线索，这便是不断试图用机器替代人的作用，以大幅提高整个工业的效率（至于为什么机器代替人就能提高效率，也是一个有趣的话题，京叔计划以后专门写一篇小文聊一聊）。第一次工业革命开启了以机器代替人类的体力劳动的进程，第二次工业革命大幅简化了对产业工人技能和体能的要求，通过第一次和第二次工业革命，机器代替了工业中绝大部分的人类体力劳动，工业对人的脑力劳动的需求超过了对体力劳动的需求（顺便说一下，这正是女权运动得以发展的基础）。第三次工业革命则使机器在接管体力劳动的基础上开始接管一部分人的脑力劳动。但是这一接管过程很不彻底，还有许多有待解决的问题，而这些问题正是“工业4.0”产生的原因，对这些问题的解决方案也将是“工业4.0”和“工业3.0”的本质区别。
“工业3.0”的主要在局限在于：
- 互联互通不畅：由于第三次工业革命时，计算机技术还不完善，尚无法处理海量数据；互联网更是处于起步阶段。这些时代的局限性，使得自动化技术和信息技术的应用还处在孤立分散的状态，同时许多节点还未数字化和互联化，这使得这些信息孤岛必须通过人作为桥梁去沟通。
- 思考和决策：当时的计算机技术在人工智能方面还处于非常初级的阶段，思考和决策还基本上离不开人脑。计算机只能处理人们预先设定好的程序，而无法面对多变的环境自主做出决策（即使所谓的专家系统，也是简单地在预存的方案中选出一种方案而已），并据以规划、行动，以至根据结果继续优化，这一切都还需要人脑来完成。简言之，机器只能完成人所交办的工作，而无法自主决策做什么，所以工业3.0被称为“自动化”，而不是“智能化”。
“工业4.0”所试图要达到的目的便是彻底解决以上问题1，部分解决以上问题2，从而可以以更高的效率满足顾客多样化，个性化的要求。由此，我们已经非常接近“工业4.0”的本质。“工业4.”0的本质，就是通过数据流动自动化技术，从规模经济转向范围经济，以同质化规模化的成本，构建出异质化定制化的产业。德国人定义的所谓工业4.0便是指利用物联信息系统（Cyber—Physical System简称CPS）将生产中的供应，制造，销售信息数据化、智慧化，最后达到快速，有效，个人化的产品供应。
以上给出的不论工业4.0的本质还是德国人的定义，都比较拗口难懂。我们可以将其不太精确的解读为：利用物联网和人工智能技术，使得机器能够尽可能多地代替人的脑力劳动，从而大大提高工业系统的效率和灵活性，以便以可以接受的成本满足人们多样化个性化的需求。
引出了“工业4.0”的本质，笔者的这篇小文便接近尾声了。在“从工业生产的发展史解读“工业4.0“ （下）“中，笔者将进一步解读”工业4.0“的具体内容，关键技术，对我们生活的潜在影响，以及德国人的”工业4.0“概念和美国人的”工业互联网“概念的异同。
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