当今全球正面临着以能源生态化、制造数字化为核心，以互联网和新材料、新能源相结合为特征的第三次工业革命。第三次工业革命是以化石能源的大量使用、大规模生产为特征的第二次工业革命后形成的产业发展模式不可持续的必然结果。

2008年美国IBM公司率先提出“智慧地球（smarer planet）”的概念并很快得到奥巴马总统的肯定和支持。从此，数字化、网络化和智能化被公认为是未来社会和经济发展的大趋势，我国也已经开始在北京、上海和天津等地开展“智慧城市”的试点工作，将基础设施、资源环境、市政管理、医疗保障、经济和产业以及社会民生通过互联网和物流网连接在一起。新一代IT技术将充分运用在各行各业。

全球经济危机的本质是以化石燃料及相关技术为基础的第二次工业革命已日薄西山，无法再支撑世界经济的发展，而以新能源与互联网技术为特征的第三次工业革命，是摆脱经济危机的必由之路。第三次工业革命的因素，将对我国依赖大规模出口的产业体系转型升级形成挑战。

第三次工业革命的核心是数字化制造，新软件、新工艺、机器人和网络服务正在逐步普及，大量个性化生产、分散式就近生产将成为重要特征，大规模流水线的生产方式将终结。第三次工业革命的组织模式与以往有很大不同，扁平化结构、分散合作式商业模式更为普遍，创新型中小企业的作用更为突出，生产者与消费者的互动关系更为紧密，对市场需求的快速反应能力更为重要。

图1  四次工业革命的特征

智能制造和智能化工厂

近日读Chris Anderson的《创客：新工业革命（Makers: The New Industrial Revolution）》，深受启发。何为“创客”？客者，来访友人也；剑客以武力相见，黑客暗中袭击，创客是友还是敌？所谓“创客”是在互联网的社区环境下，每一个进行或参与将创意转变为产品的人。如果全国、全球的创客以互联网的方式连结在一起，成千上万微小企业和热爱DIY制作产品的人携手共同创造，产品设计和制造的普及化、大众化，就形成一种“创客运动”，其力量将如星星之火，可以燎原，孕育一场制造业的革命。创客时代的关键变革不在于如何改变制造过程，而是由谁设计和制造。

创客运动的重大机遇还在于它同时具有小型化和全球化并存的优势。另一个最重要的特点是，它能创造出现实世界需要但尚未了解的新产品，而并非着眼于取代现有大量生产的产品。大规模生产的优势在于重复制造和标准化；创客所凭借的诸如3D打印等廉价桌面设备的制造模式有利于个性化和定制化，当今数字时代允许生产者和使用者在两者之间做出选择。

在明天的制造领域，天平绝对是偏向于最佳创新模式而非廉价劳动力。欧美国家已经将“创客运动”作为抑制以廉价劳动力为基础的中国制造业的武器，各种媒体大力宣传报道。我们的专家、企业家和政府官员千万不可视而不见、掉以轻心，甚至误解为他们是在炒作3D打印。事实上，3D打印仅仅是创客运动一种可用的工具，而并非创客运动的实质所在。如美国国防先进研究项目局（DARPA）在自适应战车制造（AVM）项目中采取开源社区模式，使下一代工程师能够像集成电路和软件项目一样把自己的创新“编译”到新的创造中去，以期将国防系统的产品开发周期从10年缩短到2年。

第四次工业革命

工业革命是现代文明的起点，是人类生产方式的根本性变革。18世纪末的第一次工业革命创造了机器工厂的“蒸汽时代”，20世纪初的第二次工业革命将人类带入大量生产的“电气时代”。20世纪中期计算机的发明、可编程控制器的应用使机器不仅延伸人的体力，而且延伸了人的脑力，开创了数字控制机器的新时代，使人机在空间和时间上可以分离，人不再是机器的附属品，而真正成为机器的主人。从制造业的角度，这是凭借电子和信息技术实现自动化的第三次工业革命。进入21世纪，互联网、新能源、新材料和生物技术正在以极快的速度形成巨大产业能力和市场，将使整个工业生产体系提升到一个新的水平，正在推动一场新的工业革命，美国《经济学人》杂志认为是第三次工业革命，德国技术科学院（ACDTECH）称之为第四次工业革命（Industry 4.0），在很多情况下又称为新工业革命。按照ACDTECH划分的四次工业革命的特征如图1所示。

图2  建立智能工厂的五要素

信息物理融合系统

处于互联网和人人可拥有多终端的时代，任何由原子构成的实体产品都离不开比特，至少有条形码，或借助计算机来进行设计，或能够显示工作状态，或可进入物联网。市场竞争已经充分表明，没有软件或软件含量低的实体产品，就是低附加值的产品，缺乏竞争力。软件可以是“免费”的，但硬件身价翻番。例如，在美国加州设计、中国装配的iPhone售价里，1/3是原子，2/3是比特，比特的增值力使苹果成为最富有的公司。这一事实证明，产品的突破性创新和盈利能力都是原子和比特联姻的产物，是具有“人-机”、“机-机”相互通信能力的信息物理融合系统（CPS），智能化的数控机床、机器人和物流就构成未来的CPS模式的工厂，分散的智能发电装置（如风电）就构成CPS模式的智能电网等，众多行业和领域的CPS就成为未来的数字化智能城市。

不同信息物理融合系统之间能够协同运作的决定性因素如下：

●不同应用程序的信息必须在语义上是兼容的，才有可能进行相互通信；

●具有实时传感器和致动器嵌入式系统的物理环境；

●通过网络嵌入不同的“系统的系统（OS）”；

●所有的系统具有自适应性和局部的自主权以及合作与分布式控制系统；

● 广泛的人机合作和协同。

智能化工厂

未来的智能化工厂是由若干信息物理融合系统组成的，但建立智能化工厂需要关注以下5个要素（图2）：

●智能生产和产品；

●真实的企业环境；

●宏观和微观经济环境；

●人的因素；

●技术因素。

最后应该指出，互联网和移动通信的广泛应用，必将导致工业结构、经济结构和社会结构从垂直向扁平转变，从集中向分散转变。对制造业而言，越来越多的微小企业通过互联网组成可与大企业对抗的社区或联盟，他们可能是智能化工厂的先锋队。