簡介
18世紀中葉以來，人類曆史上先後發生了三次工業革命，發源于西方國家及衍生國家，并由他們所創新所主導。第一次工業革命所開創的“蒸汽時代”（1760-1840年），标志着農耕文明向工業文明的過渡，是人類發展史上的一個偉大奇迹；第二次工業革命進入了“電氣時代”（1840-1950年），使得電力、鋼鐵、鐵路、化工、汽車等重工業興起，石油成為新能源，并促使交通的迅速發展，世界各國的交流更為頻繁，并逐漸形成一個全球化的國際政治、經濟體系；兩次世界大戰之後開始的第三次工業革命，更是開創了“信息時代”（1950-），全球信息和資源交流變得更為迅速，大多數國家和地區都被卷入到全球化進程之中，世界政治經濟格局進一步确立，人類文明的發達程度也達到空前的高度。第三次信息革命方興未艾，還在全球擴散和傳播。
前三次工業革命使得人類發展進入了空前繁榮的時代，與此同時，也造成了巨大的能源、資源消耗，付出了巨大的環境代價、生态成本，急劇地擴大了人與自然之間的矛盾。進入21世紀，人類面臨空前的全球能源與資源危機、全球生态與環境危機、全球氣候變化危機的多重挑戰，由此引發了第四次工業革命——綠色工業革命,一系列生産函數發生從自然要素投入為特征，到以綠色要素投入為特征的躍遷，并普及至整個社會。
21世紀發動和創新第四次綠色工業革命，中國第一次與發達國家站在同一起跑線上
在過去200多年世界工業化、現代化的曆史上，我們曾先後失去過三次工業革命的機會。在前兩次工業革命過程中，中國都是邊緣化者、落伍者，急劇地衰落，由于錯失工業革命機會，中國GDP占世界總量比重，由1820年的1/3下降至1950年不足1/20。之後中國在極低發展水平起點下，發動國家工業化，同時進行了第一次、第二次工業革命。
即使是在上世紀80年代以來的信息革命中，我們也僅僅是僥幸上了末班車，還是個“後來者”，因為對外開放才成為“追趕者”。但是中國實現了成功追趕，已經成為世界最大的ICT（信息通信技術）生産國、消費國和出口國，正在成為領先者。進入21世紀，中國第一次與美國、歐盟、日本等發達國家站在同一起跑線上，在加速信息工業革命的同時，正式發動和創新第四次綠色工業革命。
這是一場全新的綠色工業革命，它的實質和特征，就是大幅度地提高資源生産率，大幅度地降低污染排放，經濟增長與不可再生資源要素全面脫鈎，與二氧化碳等溫室氣體排放脫鈎。以曆史視角觀察，用工業化的角度觀察，使我們清晰地認識到，世界第四次工業革命，即綠色革命已經來臨。中國能趕上這一革命的黎明期、發動期，是不易的、也是萬幸的。
工業4.0
2014年德國漢諾威工業博覽會4月7日至11日舉行。全球65個國家和地區的5000多家廠商參展。中國以近600家參展商規模成為東道主德國以外的最大參展國。在為期五天的展會中，“工業4.0”概念受到關注。輿論認為，作為工業領域的全球領先展會，漢諾威工業博覽會對推動“第四次工業革命”發揮了重要作用。參展商和觀衆對本屆展會都給予高度評價。
德國聯邦科研部專家伯伊爾在接受本報記者采訪時說，為加強德國作為技術經濟強國的核心競争力，早在2006年，聯邦政府就通過了《高技術戰略2020》，該戰略文件重點是《未來項目—“工業4.0”》。聯邦政府從2010年到2013年為高技術戰略共投入270億歐元，對未來項目的專項投資達83億歐元。為了進一步落實“工業4.0”計劃，最近德國三大工業協會—德國信息技術、通訊、新媒體協會，德國機械設備制造業聯合會以及德國電氣和電子工業聯合會（以下簡稱“三大協會”）決定，三大協會共同建立一個名為“第四次工業革命平台”的辦事處，該平台已正式啟動，旨在推動實施聯邦政府制定的高科技戰略未來項目。
漢諾威工博會負責人柯克勒認為，“工業4.0”在本屆漢諾威工業博覽會上已成為核心題目，在未來10年至15年，制造業的綜合整合将對全球産業産生巨大影響。第四次工業革命的到來已為時不遠。
加快經濟發展方式轉變
綠色工業革命的目标首先是實現碳排放的“脫鈎”，這包括三方面的内容：一是促使已有的“黑色”或“褐色”能源“綠化”，即采用能耗更低、更清潔的方式使用化石能源，使單位能耗的污染強度下降；二是促使化石能源的使用與經濟産出之間“脫鈎”，盡量減少化石能源在經濟生産和消費中所占的比重；三是促進非化石能源、可再生能源、綠色能源的大幅上升，并促進這類能源的利用最終占據主導地位。
在碳排放“脫鈎”的基礎之上，綠色工業革命要求加快轉變經濟發展方式，促使生态資本相關要素的“全面脫鈎”，包括土地資源、水資源、生态環境資源等等。要實現這一目标，首先還是需要在技術、制度、組織和物質資本投入等多方面因素的共同作用之下，提高資源利用效率，第二步則是盡早達到各類資源使用的“峰值”，接着就能促進其出現下降，從而實現生态資本要素的“盈餘”。
促進從生态赤字轉向生态盈餘
21世紀第一個十年，中國就确立了“推動整個社會走上生産發展、生活富裕、生态良好的文明發展道路”的基本方向，率先制定了含有綠色發展指标的國家規劃，建設資源節約型、環境友好型社會，實行綠色發展戰略，開展世界上最大規模的綠色投資，包括生态建設、環境治理、節能減排等方面的投資，占GDP比重從2001年的1.70%上升至2010年的3.94%。黨的十八大将生态文明建設寫入大會報告和黨章之中，成為中國生态文明的宣言書。這勢必加快經濟發展方式轉變，促進綠色發展、低碳發展，促進從生态赤字轉向生态盈餘，開創一條綠色工業革命的新路，引領第四次工業革命。
如果我們不自救，沒有什麼可以拯救我們。但有一件事情可以利用，那就是科技進步。盡管人們常說“需要是發明之母”，無論已見證了多少發明的豐功偉績，我們仍不應該被科技決定論的錯誤解讀所誤導。我們可以從科技進步中希冀很多，但希望不能過分。在這方面做好自我克制是最好的态度。
無紙辦公并未實現
人們很容易憧憬在不久的将來，交通瓶頸可以因為科技的發展而被逐步解決，因為人們不用把時間浪費在通勤上，而是有可能暢享在家或在公園的虛拟辦公室裡辦公。
悲哀的是，這隻不過是一個美好的憧憬，并不現實，讓人聯想到電腦黎明時代，人們預言未來将實現無紙辦公卻并未實現。具有諷刺意味的是，和當時的斷言相反，我們現在更加淹沒在紙堆裡。專家預測，2020年的紙消費量将比2000年的水平多一半。如果這主要是因為擴大的閱讀群體——盡管電子書在普及，但人們似乎更偏愛高質量的紙質印刷體——我們還有理由暗自慶幸。但不幸的是，并非如此。在許多國家，包括新興經濟體，官僚機構在膨脹，如果這些社會繼續放開手腳發展，（紙消費量）不降反增的趨勢将繼續呈現。
然而，我們确實在逐步靠近一個依靠直接聽覺和視覺影響的科技門檻——先是通過手機，然後是特殊的眼鏡和放置于眼球的隐形眼鏡。人們不再需要聚到一個地方開會，而是可以在虛拟的地方聚會，不論是辦公室、教室、會議室，甚至是遊行抗議集會（繼續揮旗呐喊辱罵，但不再有互扔西紅柿或者“莫洛托夫雞尾酒”的土制燃燒彈）。當然，人們最好在學術報告廳，而不是抗議集會上聚集。比如，在星期三下午兩點，我的學生們會向我眨動眼皮，我還以眨眼，于是我們就一起開始了一場未來世界的講課——确實很有意思。
技術上這一切當然可能，但并不是說這就一定會受到人們歡迎。就像電視電話會議一樣，盡管都是“現場”，但經常由于心理上，或者其他各種實際原因，它們還是替代不了人與人面對面的直接交流。我們更願意實際看到對方，電視屏幕的影像并不能幫我們實現這一需求。人還是更願意有物理的而非虛拟的接觸，我們也不能低估私密對話或非正式閑談的需要。
主宰未來世界的還是人
科技進步和新技術的出現帶來的變化毫無疑問将影響整個世界。雖然我可以在在世期間目睹中部歐洲這幾十年的變遷，但中部非洲的學生們卻不能在他們的國家裡看到同樣的轉變，或許下代人可以看到，至少這代人看不到。
就像盡管19世紀就發明了電，但這個世界很多地區的人們到現在還沒有用上電；大規模電腦化已經推進了半個世紀，但絕大多數人類依然無法享受它帶來的福利；1879年英國的紐卡斯爾就點亮了世界第一盞街燈，而飽受内戰摧殘的索馬裡摩加迪沙在2012年依然黑暗。任何改變都需要時間，科技進步也是一樣，盡管其帶來的改變将随着時間的推移逐步加快。
我們必須盡量避免在觀察和作結論時一以概之，雖然很多科學家在描繪未來時傾向于這麼做。美國中心論和歐洲中心論就是這樣的典型錯誤。他們把自己的思想從高度發達的西方向世界其他地區打包銷售，原因在于對世界複雜性的無知無覺。但在加利福尼亞可行的事未必在厄立特裡亞行得通；在巴伐利亞成功的項目到安第斯山區不一定可行；在關西成功的經驗到瓦濟裡斯坦可能長時間水土不服。在此背景下，某些“大師”炮制并被反複引用的名言“每件東西都可以在任何地方制造”明顯是荒謬的。這些似是而非的道理充斥全球，但它們實際上要麼是簡單粗暴的概括，要麼是愚昧無知的歪理。不管是現在還是将來，不可能就是不可能。
主宰未來世界的還是人，由人性價值和管理才能主導決策的人，而不是技術及其發展的水平。科技進步可以幫助解決很多問題，但絕非萬能，許多問題仍将在技術解決的範疇之外。此外，未來科技進步還會帶來衆多新的問題，就像過去科技進步為人類帶來衆多利益的同時也帶來了環境惡化和緻命武器一樣。無需列舉其他更多的事例來證明，但我希望能強調這一點：未來科技進步帶來的負面影響或許更糟。
何時到來？
我們生活在又一次偉大的工業革命時期，這是前兩次讓地球改頭換面的工業革命後的第三次。第一次工業革命和蒸汽機的發明相聯系，始于18世紀晚期英國紡織業的機械化。第二次工業革命帶來了大規模的生産——發力于19世紀晚期20世紀初期的美國，伴随着大量的創新發明，包括電、内燃機、化學工業和一系列具有曆史意義的發明，電報、電話、收音機、錄音機和照相機。當前的革命，有人将其追溯到二戰結束，盡管其真正的加速發展是近幾十年的事。
盡管這場革命比前兩次都更加具有多樣性，但我們還是可以找到一樣和蒸汽機及汽車一樣具備标志性的發明——計算機。計算機的中心作用将在很長的時期内得以保持，因為知識經濟在不斷擴展，科技進步方興未艾，這場革命從某種意義上說已成為一種常态。因此，還很難想象它将何時結束。
在遙遠的未來，我們期待着新發現新應用的積累會逐漸帶來一種質變的集合，從而引發第四次和更多次革命。沒人知道那時什麼東西會扮演蒸汽機、汽車和電腦這些曾經是主角的角色。或許是可再生能源生産方式徹底的變革，也可能是低能耗無污染的自我充電電池。最可能的是，這些發現、發明和應用将發生在生物科技、基因科技和醫藥研制上，而它們将改善人類體質并延長我們的壽命。
德國進展
德國漢諾威2013工業博覽會的熱議話題是“第四次工業革命”。
“第四次工業革命”(Industrie4.0)最早是在2011年漢諾威博覽會上，由三位大學教授提出來的。
制造業在德國的國民經濟中(創造的價值)占26%。作為提升傳統制造業的戰略發展方向，112頁的實施建議由項目研究組在2012年10月2日提交給德國聯邦政府此項目牽頭的教育科研部(BMBF)、經濟部(BMWi)和内政部(BMI)。已撥款2億歐元(約16億人民币)作為第一步的研發經費。
這是一場有組織的革命。德國的機械設備制造協會(VDMA)、電子工業中央聯盟(ZVEI)和信息通訊新媒體協會(BITKOM)有史以來第一次搭建了一個聯合工作平台，2013年4月開始工作，任務之一就是協調已有的和要開始的研究項目。
在德國，工業革命是如此認定劃分的：
第一次，機械化。從18世紀末開始，蒸汽機逐步取代人力。
當時，機器采用集中動力驅動，動力從上空的動力軸通過皮帶傳給機器。
機械制造，之前已開始有分工，但直到采用新動力方式，才開始如今天的形态。
機床制造，作為一個行業，最早從英國開始。“MadeinGermany”就是當年英國人在德國人造的機床上貼的(作為劣質品的)警告标志。
第二次，流水線生産。始于1913年美國人福特采用流水線制造汽車，規格化生産，成本大大下降，價格從850US$降到370US$。但同時也大大地放棄了個性化。
機器和流水線開始逐步由電驅動，更易控制。
第三次，自動化。始于1974年。當時在德國一個小地方(NeuhausenimEnzkreis)的一個小企業(KlaschkaGmbH)研發出了由集成電路制成的PLC(可編程邏輯控制器)。控制邏輯，相對繼電器組成的控制器，可以更方便更靈活地更換修改，邁出了微處理器控制工業應用的第一步。但當時正值冷戰，沒有人想到這個小東西會對工業生産帶來如此大的變化，以緻值得稱之為革命。以後，硬件水平、集成度不斷提高，采用了C語言和更高級的編程語言，不僅可以描述簡單的與或邏輯關系，還可以描述各種複雜的控制策略(PID、自适應、自學習等等)，現在已被廣泛使用，幾乎無處不在。
一個典型的例子是汽車工業。在上世紀八十年代末，美國麻省理工學院完成的一項耗資500萬US$的調研報告“改變了世界的機器”說，日本汽車工業之所以能在20年裡搶占世界三分之一市場，除了“苗條”(零庫存)工廠外，最重要的一點是因為廣泛實現了裝配自動化，機器人輔助的裝配大幅度地提高了質量與生産率，因此，今後美國和歐洲的汽車工業很難與之競争。但是，德國的汽車工業挺住了，其中一個原因就是，德國的機器人中都裝有PLC，程序可以靈活地不斷更換改進。
而第四次工業革命的目标則是工廠智能化IntelligenteFabrik(SmartFactory)。
中心：讓網絡技術進入制造業。
背景：今後制造業将面臨的形勢——緊缺的資源、能源轉變、員工年齡結構改變、全球化。
技術基礎：網絡和空間分布系統、順暢的通訊，寬帶速度達7000Mbit/s。
特點：靈活易變、高資源效率、考慮人類工程學、以及使企業與顧客、業務夥伴最緊密地結合。
設想的變革大緻在以下幾個方面。
1)生産工藝與信息技術融合
目前所說的數字化工廠，首先強調的是生産計劃數字化和大量使用各種計算機輔助技術：CAD、CAM、CIM、PPS(生産計劃控制系統)、PDM、DMU(數字試驗模型)、PLM(産品生命周期管理)，等等，較多地是基于一個相對固定、由上而下的生産集中控制系統。而新的革命強調的則是分散，降低集中控制度，增加生産設備的自主控制，把分散的自主的智能化的制造設備，通過網絡的形式緊密地聯接在一起，具有更開放，更積極通訊的系統結構，更具動态性和靈活性，從而能發掘出更多優化的可能，估計可以提高生産效率30%。其中，CPS将起一個核心的作用。
CPS——Cyber-PhysicalSystem，網絡實體融合控制系統是一個由傳感器、控制電腦、執行器以及網絡組合的控制系統。
目前在某些領域，例如航空、汽車、化工生産、基礎建設、能源、健康、制造、交通控制、娛樂和消費性電子産品等等，已出現了類似于CPS的電子組合控制系統，但這些系統目前通常都是嵌入式系統，比較強調其運算控制能力，CPS則更強調實體裝置和電腦網絡的連結。
CPS是借用技術手段實現人的控制在時間、空間等方面的延伸，本質就是人、機、物的融合。所以，也被稱為人機物融合系統。
2)産品個性化
生産高度靈活的工廠可以迎合顧客對産品個性化、多樣化、不斷改變的要求，可以通過現代化的手段，以大批量生産的成本，制造批産量的産品。從某種意義上說，回到了第一次工業革命之前。顧客與工廠頻繁交流溝通，不僅在訂合同前，而且在下訂單後、設計、加工、裝配、調試階段。因此，顧客甚至可以在産品生産過程中改動他的訂單細節。
力士樂泵廠，雖說年産100萬台以上，但十幾個大類，每類有十幾個規格，每個規格的變量功能有十幾種，不同的限壓、恒功率值等等要設定。因此，最終産品好幾萬種，每批量并不很多。靈活多變的管理是極其重要的。
3)生産人性化
通過工廠智能化，更多的員工可以有靈活的工作時間，因此工作更安心了。
利用網絡，生産可以分散，從而可以分散能量供應。
利用網絡，員工可以就近，甚至在家裡上班。他們問道，如果大量員工每天長途開車上班，到廠裡再花很大力氣節能減排，又有多大實際意義呢?
A.所有加工設備、待加工部件(運輸小車)、裝料機器手都裝有CPS，都具有無線上網功能。
B.待加工部件不通過中央控制器，直接與加工設備聯系确定，到哪台設備進行哪些加工。工件控制工廠。
C.負責下道工序的加工設備直接調用待加工件，獨立自主的運輸小車根據地下鋪設的感應線路，把工件送給裝料機器手。
D.所有後續工序需要的産品信息，包括生産銷售文件都由各工件自己攜帶。
E.如果出現差錯，或顧客的特别要求與現有的CAM數據不符，研發部的工程師會立刻得到報警。補充改進措施會立刻在一個虛拟的試驗環境下檢查，然後發給工件。德國應用技術研究院的制造設備與生産技術研究所(IPK)與柏林工大的機床與工廠管理研究所合作，自2008年起就建立了一個名為Sopro(生産自我組織)的示範性車間，以筆記本電腦模拟産品，自我安排加工，起中心領導作用。在Kaiserlautern市的人工智能研究中心已經建立了一個示範工廠(圖2)，20個企業參與了工廠的運營。
德國Wittenstein公司在斯圖加特市内新建了一個所謂“住宅區工廠”，機床、生産工具和半成品都已聯網，産品細節在最後一分鐘還可以更改。制造的精密齒輪被用于方程式I的賽車、航空與航天等設備中。
力士樂公司推出了開放核心(圖3)，即工程師可以用各種高級編程語言，通過各種編程工具，從各類硬件的各種操作系統出發，調用核心的控制功能，完成各種應用。演示模型是一個平闆電腦，通過無線網絡(W-LAN)，控制一個六自由度的平台，随平闆電腦擺動。
“第四次工業革命”在2013漢諾威工業博覽會上也被廣泛地讨論了。較普遍的意見是：
1)德國在機械制造、自動化及信息技術方面已經很強大，德國經濟就是依靠know-how(技能)、高質量和首創的産品生存，所以，有最好的前提條件，在第四次工業革命中起領導作用，以保持并擴大德國制造業的傳統核心和國際領先地位。
2)第四次工業革命不會是一個從今天到明天，一下子抛棄全部已有設備的突變，而是一個漸進的過程(2020-2030年)。前幾次工業革命中，每個階段也都延續幾十年。因為，在進行實質性的工程技術改造之前，首先需要的是，在參與者的腦子裡發生改變，要進行跨技術領域的思考。現在，經濟界、法律界、工會都已參與進來。
3)很重要的是要注重實效，不斷改進、不停創新。
4)最終要赢得的是商業夥伴和員工。如果做不到這點的話，所有閉門思考出來的方案都是沒有用的。
