简介
18世纪中叶以来，人类历史上先后发生了三次工业革命，发源于西方国家及衍生国家，并由他们所创新所主导。第一次工业革命所开创的“蒸汽时代”（1760-1840年），标志着农耕文明向工业文明的过渡，是人类发展史上的一个伟大奇迹；第二次工业革命进入了“电气时代”（1840-1950年），使得电力、钢铁、铁路、化工、汽车等重工业兴起，石油成为新能源，并促使交通的迅速发展，世界各国的交流更为频繁，并逐渐形成一个全球化的国际政治、经济体系；两次世界大战之后开始的第三次工业革命，更是开创了“信息时代”（1950-），全球信息和资源交流变得更为迅速，大多数国家和地区都被卷入到全球化进程之中，世界政治经济格局进一步确立，人类文明的发达程度也达到空前的高度。第三次信息革命方兴未艾，还在全球扩散和传播。
前三次工业革命使得人类发展进入了空前繁荣的时代，与此同时，也造成了巨大的能源、资源消耗，付出了巨大的环境代价、生态成本，急剧地扩大了人与自然之间的矛盾。进入21世纪，人类面临空前的全球能源与资源危机、全球生态与环境危机、全球气候变化危机的多重挑战，由此引发了第四次工业革命——绿色工业革命,一系列生产函数发生从自然要素投入为特征，到以绿色要素投入为特征的跃迁，并普及至整个社会。
21世纪发动和创新第四次绿色工业革命，中国第一次与发达国家站在同一起跑线上
在过去200多年世界工业化、现代化的历史上，我们曾先后失去过三次工业革命的机会。在前两次工业革命过程中，中国都是边缘化者、落伍者，急剧地衰落，由于错失工业革命机会，中国GDP占世界总量比重，由1820年的1/3下降至1950年不足1/20。之后中国在极低发展水平起点下，发动国家工业化，同时进行了第一次、第二次工业革命。
即使是在上世纪80年代以来的信息革命中，我们也仅仅是侥幸上了末班车，还是个“后来者”，因为对外开放才成为“追赶者”。但是中国实现了成功追赶，已经成为世界最大的ICT（信息通信技术）生产国、消费国和出口国，正在成为领先者。进入21世纪，中国第一次与美国、欧盟、日本等发达国家站在同一起跑线上，在加速信息工业革命的同时，正式发动和创新第四次绿色工业革命。
这是一场全新的绿色工业革命，它的实质和特征，就是大幅度地提高资源生产率，大幅度地降低污染排放，经济增长与不可再生资源要素全面脱钩，与二氧化碳等温室气体排放脱钩。以历史视角观察，用工业化的角度观察，使我们清晰地认识到，世界第四次工业革命，即绿色革命已经来临。中国能赶上这一革命的黎明期、发动期，是不易的、也是万幸的。
工业4.0
2014年德国汉诺威工业博览会4月7日至11日举行。全球65个国家和地区的5000多家厂商参展。中国以近600家参展商规模成为东道主德国以外的最大参展国。在为期五天的展会中，“工业4.0”概念受到关注。舆论认为，作为工业领域的全球领先展会，汉诺威工业博览会对推动“第四次工业革命”发挥了重要作用。参展商和观众对本届展会都给予高度评价。
德国联邦科研部专家伯伊尔在接受本报记者采访时说，为加强德国作为技术经济强国的核心竞争力，早在2006年，联邦政府就通过了《高技术战略2020》，该战略文件重点是《未来项目—“工业4.0”》。联邦政府从2010年到2013年为高技术战略共投入270亿欧元，对未来项目的专项投资达83亿欧元。为了进一步落实“工业4.0”计划，最近德国三大工业协会—德国信息技术、通讯、新媒体协会，德国机械设备制造业联合会以及德国电气和电子工业联合会（以下简称“三大协会”）决定，三大协会共同建立一个名为“第四次工业革命平台”的办事处，该平台已正式启动，旨在推动实施联邦政府制定的高科技战略未来项目。
汉诺威工博会负责人柯克勒认为，“工业4.0”在本届汉诺威工业博览会上已成为核心题目，在未来10年至15年，制造业的综合整合将对全球产业产生巨大影响。第四次工业革命的到来已为时不远。
加快经济发展方式转变
绿色工业革命的目标首先是实现碳排放的“脱钩”，这包括三方面的内容：一是促使已有的“黑色”或“褐色”能源“绿化”，即采用能耗更低、更清洁的方式使用化石能源，使单位能耗的污染强度下降；二是促使化石能源的使用与经济产出之间“脱钩”，尽量减少化石能源在经济生产和消费中所占的比重；三是促进非化石能源、可再生能源、绿色能源的大幅上升，并促进这类能源的利用最终占据主导地位。
在碳排放“脱钩”的基础之上，绿色工业革命要求加快转变经济发展方式，促使生态资本相关要素的“全面脱钩”，包括土地资源、水资源、生态环境资源等等。要实现这一目标，首先还是需要在技术、制度、组织和物质资本投入等多方面因素的共同作用之下，提高资源利用效率，第二步则是尽早达到各类资源使用的“峰值”，接着就能促进其出现下降，从而实现生态资本要素的“盈余”。
促进从生态赤字转向生态盈余
21世纪第一个十年，中国就确立了“推动整个社会走上生产发展、生活富裕、生态良好的文明发展道路”的基本方向，率先制定了含有绿色发展指标的国家规划，建设资源节约型、环境友好型社会，实行绿色发展战略，开展世界上最大规模的绿色投资，包括生态建设、环境治理、节能减排等方面的投资，占GDP比重从2001年的1.70%上升至2010年的3.94%。党的十八大将生态文明建设写入大会报告和党章之中，成为中国生态文明的宣言书。这势必加快经济发展方式转变，促进绿色发展、低碳发展，促进从生态赤字转向生态盈余，开创一条绿色工业革命的新路，引领第四次工业革命。
如果我们不自救，没有什么可以拯救我们。但有一件事情可以利用，那就是科技进步。尽管人们常说“需要是发明之母”，无论已见证了多少发明的丰功伟绩，我们仍不应该被科技决定论的错误解读所误导。我们可以从科技进步中希冀很多，但希望不能过分。在这方面做好自我克制是最好的态度。
无纸办公并未实现
人们很容易憧憬在不久的将来，交通瓶颈可以因为科技的发展而被逐步解决，因为人们不用把时间浪费在通勤上，而是有可能畅享在家或在公园的虚拟办公室里办公。
悲哀的是，这只不过是一个美好的憧憬，并不现实，让人联想到电脑黎明时代，人们预言未来将实现无纸办公却并未实现。具有讽刺意味的是，和当时的断言相反，我们现在更加淹没在纸堆里。专家预测，2020年的纸消费量将比2000年的水平多一半。如果这主要是因为扩大的阅读群体——尽管电子书在普及，但人们似乎更偏爱高质量的纸质印刷体——我们还有理由暗自庆幸。但不幸的是，并非如此。在许多国家，包括新兴经济体，官僚机构在膨胀，如果这些社会继续放开手脚发展，（纸消费量）不降反增的趋势将继续呈现。
然而，我们确实在逐步靠近一个依靠直接听觉和视觉影响的科技门槛——先是通过手机，然后是特殊的眼镜和放置于眼球的隐形眼镜。人们不再需要聚到一个地方开会，而是可以在虚拟的地方聚会，不论是办公室、教室、会议室，甚至是游行抗议集会（继续挥旗呐喊辱骂，但不再有互扔西红柿或者“莫洛托夫鸡尾酒”的土制燃烧弹）。当然，人们最好在学术报告厅，而不是抗议集会上聚集。比如，在星期三下午两点，我的学生们会向我眨动眼皮，我还以眨眼，于是我们就一起开始了一场未来世界的讲课——确实很有意思。
技术上这一切当然可能，但并不是说这就一定会受到人们欢迎。就像电视电话会议一样，尽管都是“现场”，但经常由于心理上，或者其他各种实际原因，它们还是替代不了人与人面对面的直接交流。我们更愿意实际看到对方，电视屏幕的影像并不能帮我们实现这一需求。人还是更愿意有物理的而非虚拟的接触，我们也不能低估私密对话或非正式闲谈的需要。
主宰未来世界的还是人
科技进步和新技术的出现带来的变化毫无疑问将影响整个世界。虽然我可以在在世期间目睹中部欧洲这几十年的变迁，但中部非洲的学生们却不能在他们的国家里看到同样的转变，或许下代人可以看到，至少这代人看不到。
就像尽管19世纪就发明了电，但这个世界很多地区的人们到现在还没有用上电；大规模电脑化已经推进了半个世纪，但绝大多数人类依然无法享受它带来的福利；1879年英国的纽卡斯尔就点亮了世界第一盏街灯，而饱受内战摧残的索马里摩加迪沙在2012年依然黑暗。任何改变都需要时间，科技进步也是一样，尽管其带来的改变将随着时间的推移逐步加快。
我们必须尽量避免在观察和作结论时一以概之，虽然很多科学家在描绘未来时倾向于这么做。美国中心论和欧洲中心论就是这样的典型错误。他们把自己的思想从高度发达的西方向世界其他地区打包销售，原因在于对世界复杂性的无知无觉。但在加利福尼亚可行的事未必在厄立特里亚行得通；在巴伐利亚成功的项目到安第斯山区不一定可行；在关西成功的经验到瓦济里斯坦可能长时间水土不服。在此背景下，某些“大师”炮制并被反复引用的名言“每件东西都可以在任何地方制造”明显是荒谬的。这些似是而非的道理充斥全球，但它们实际上要么是简单粗暴的概括，要么是愚昧无知的歪理。不管是现在还是将来，不可能就是不可能。
主宰未来世界的还是人，由人性价值和管理才能主导决策的人，而不是技术及其发展的水平。科技进步可以帮助解决很多问题，但绝非万能，许多问题仍将在技术解决的范畴之外。此外，未来科技进步还会带来众多新的问题，就像过去科技进步为人类带来众多利益的同时也带来了环境恶化和致命武器一样。无需列举其他更多的事例来证明，但我希望能强调这一点：未来科技进步带来的负面影响或许更糟。
何时到来？
我们生活在又一次伟大的工业革命时期，这是前两次让地球改头换面的工业革命后的第三次。第一次工业革命和蒸汽机的发明相联系，始于18世纪晚期英国纺织业的机械化。第二次工业革命带来了大规模的生产——发力于19世纪晚期20世纪初期的美国，伴随着大量的创新发明，包括电、内燃机、化学工业和一系列具有历史意义的发明，电报、电话、收音机、录音机和照相机。当前的革命，有人将其追溯到二战结束，尽管其真正的加速发展是近几十年的事。
尽管这场革命比前两次都更加具有多样性，但我们还是可以找到一样和蒸汽机及汽车一样具备标志性的发明——计算机。计算机的中心作用将在很长的时期内得以保持，因为知识经济在不断扩展，科技进步方兴未艾，这场革命从某种意义上说已成为一种常态。因此，还很难想象它将何时结束。
在遥远的未来，我们期待着新发现新应用的积累会逐渐带来一种质变的集合，从而引发第四次和更多次革命。没人知道那时什么东西会扮演蒸汽机、汽车和电脑这些曾经是主角的角色。或许是可再生能源生产方式彻底的变革，也可能是低能耗无污染的自我充电电池。最可能的是，这些发现、发明和应用将发生在生物科技、基因科技和医药研制上，而它们将改善人类体质并延长我们的寿命。
德国进展
德国汉诺威2013工业博览会的热议话题是“第四次工业革命”。
“第四次工业革命”(Industrie4.0)最早是在2011年汉诺威博览会上，由三位大学教授提出来的。
制造业在德国的国民经济中(创造的价值)占26%。作为提升传统制造业的战略发展方向，112页的实施建议由项目研究组在2012年10月2日提交给德国联邦政府此项目牵头的教育科研部(BMBF)、经济部(BMWi)和内政部(BMI)。已拨款2亿欧元(约16亿人民币)作为第一步的研发经费。
这是一场有组织的革命。德国的机械设备制造协会(VDMA)、电子工业中央联盟(ZVEI)和信息通讯新媒体协会(BITKOM)有史以来第一次搭建了一个联合工作平台，2013年4月开始工作，任务之一就是协调已有的和要开始的研究项目。
在德国，工业革命是如此认定划分的：
第一次，机械化。从18世纪末开始，蒸汽机逐步取代人力。
当时，机器采用集中动力驱动，动力从上空的动力轴通过皮带传给机器。
机械制造，之前已开始有分工，但直到采用新动力方式，才开始如今天的形态。
机床制造，作为一个行业，最早从英国开始。“MadeinGermany”就是当年英国人在德国人造的机床上贴的(作为劣质品的)警告标志。
第二次，流水线生产。始于1913年美国人福特采用流水线制造汽车，规格化生产，成本大大下降，价格从850US$降到370US$。但同时也大大地放弃了个性化。
机器和流水线开始逐步由电驱动，更易控制。
第三次，自动化。始于1974年。当时在德国一个小地方(NeuhausenimEnzkreis)的一个小企业(KlaschkaGmbH)研发出了由集成电路制成的PLC(可编程逻辑控制器)。控制逻辑，相对继电器组成的控制器，可以更方便更灵活地更换修改，迈出了微处理器控制工业应用的第一步。但当时正值冷战，没有人想到这个小东西会对工业生产带来如此大的变化，以致值得称之为革命。以后，硬件水平、集成度不断提高，采用了C语言和更高级的编程语言，不仅可以描述简单的与或逻辑关系，还可以描述各种复杂的控制策略(PID、自适应、自学习等等)，现在已被广泛使用，几乎无处不在。
一个典型的例子是汽车工业。在上世纪八十年代末，美国麻省理工学院完成的一项耗资500万US$的调研报告“改变了世界的机器”说，日本汽车工业之所以能在20年里抢占世界三分之一市场，除了“苗条”(零库存)工厂外，最重要的一点是因为广泛实现了装配自动化，机器人辅助的装配大幅度地提高了质量与生产率，因此，今后美国和欧洲的汽车工业很难与之竞争。但是，德国的汽车工业挺住了，其中一个原因就是，德国的机器人中都装有PLC，程序可以灵活地不断更换改进。
而第四次工业革命的目标则是工厂智能化IntelligenteFabrik(SmartFactory)。
中心：让网络技术进入制造业。
背景：今后制造业将面临的形势——紧缺的资源、能源转变、员工年龄结构改变、全球化。
技术基础：网络和空间分布系统、顺畅的通讯，宽带速度达7000Mbit/s。
特点：灵活易变、高资源效率、考虑人类工程学、以及使企业与顾客、业务伙伴最紧密地结合。
设想的变革大致在以下几个方面。
1)生产工艺与信息技术融合
目前所说的数字化工厂，首先强调的是生产计划数字化和大量使用各种计算机辅助技术：CAD、CAM、CIM、PPS(生产计划控制系统)、PDM、DMU(数字试验模型)、PLM(产品生命周期管理)，等等，较多地是基于一个相对固定、由上而下的生产集中控制系统。而新的革命强调的则是分散，降低集中控制度，增加生产设备的自主控制，把分散的自主的智能化的制造设备，通过网络的形式紧密地联接在一起，具有更开放，更积极通讯的系统结构，更具动态性和灵活性，从而能发掘出更多优化的可能，估计可以提高生产效率30%。其中，CPS将起一个核心的作用。
CPS——Cyber-PhysicalSystem，网络实体融合控制系统是一个由传感器、控制电脑、执行器以及网络组合的控制系统。
目前在某些领域，例如航空、汽车、化工生产、基础建设、能源、健康、制造、交通控制、娱乐和消费性电子产品等等，已出现了类似于CPS的电子组合控制系统，但这些系统目前通常都是嵌入式系统，比较强调其运算控制能力，CPS则更强调实体装置和电脑网络的连结。
CPS是借用技术手段实现人的控制在时间、空间等方面的延伸，本质就是人、机、物的融合。所以，也被称为人机物融合系统。
2)产品个性化
生产高度灵活的工厂可以迎合顾客对产品个性化、多样化、不断改变的要求，可以通过现代化的手段，以大批量生产的成本，制造批产量的产品。从某种意义上说，回到了第一次工业革命之前。顾客与工厂频繁交流沟通，不仅在订合同前，而且在下订单后、设计、加工、装配、调试阶段。因此，顾客甚至可以在产品生产过程中改动他的订单细节。
力士乐泵厂，虽说年产100万台以上，但十几个大类，每类有十几个规格，每个规格的变量功能有十几种，不同的限压、恒功率值等等要设定。因此，最终产品好几万种，每批量并不很多。灵活多变的管理是极其重要的。
3)生产人性化
通过工厂智能化，更多的员工可以有灵活的工作时间，因此工作更安心了。
利用网络，生产可以分散，从而可以分散能量供应。
利用网络，员工可以就近，甚至在家里上班。他们问道，如果大量员工每天长途开车上班，到厂里再花很大力气节能减排，又有多大实际意义呢?
A.所有加工设备、待加工部件(运输小车)、装料机器手都装有CPS，都具有无线上网功能。
B.待加工部件不通过中央控制器，直接与加工设备联系确定，到哪台设备进行哪些加工。工件控制工厂。
C.负责下道工序的加工设备直接调用待加工件，独立自主的运输小车根据地下铺设的感应线路，把工件送给装料机器手。
D.所有后续工序需要的产品信息，包括生产销售文件都由各工件自己携带。
E.如果出现差错，或顾客的特别要求与现有的CAM数据不符，研发部的工程师会立刻得到报警。补充改进措施会立刻在一个虚拟的试验环境下检查，然后发给工件。德国应用技术研究院的制造设备与生产技术研究所(IPK)与柏林工大的机床与工厂管理研究所合作，自2008年起就建立了一个名为Sopro(生产自我组织)的示范性车间，以笔记本电脑模拟产品，自我安排加工，起中心领导作用。在Kaiserlautern市的人工智能研究中心已经建立了一个示范工厂(图2)，20个企业参与了工厂的运营。
德国Wittenstein公司在斯图加特市内新建了一个所谓“住宅区工厂”，机床、生产工具和半成品都已联网，产品细节在最后一分钟还可以更改。制造的精密齿轮被用于方程式I的赛车、航空与航天等设备中。
力士乐公司推出了开放核心(图3)，即工程师可以用各种高级编程语言，通过各种编程工具，从各类硬件的各种操作系统出发，调用核心的控制功能，完成各种应用。演示模型是一个平板电脑，通过无线网络(W-LAN)，控制一个六自由度的平台，随平板电脑摆动。
“第四次工业革命”在2013汉诺威工业博览会上也被广泛地讨论了。较普遍的意见是：
1)德国在机械制造、自动化及信息技术方面已经很强大，德国经济就是依靠know-how(技能)、高质量和首创的产品生存，所以，有最好的前提条件，在第四次工业革命中起领导作用，以保持并扩大德国制造业的传统核心和国际领先地位。
2)第四次工业革命不会是一个从今天到明天，一下子抛弃全部已有设备的突变，而是一个渐进的过程(2020-2030年)。前几次工业革命中，每个阶段也都延续几十年。因为，在进行实质性的工程技术改造之前，首先需要的是，在参与者的脑子里发生改变，要进行跨技术领域的思考。现在，经济界、法律界、工会都已参与进来。
3)很重要的是要注重实效，不断改进、不停创新。
4)最终要赢得的是商业伙伴和员工。如果做不到这点的话，所有闭门思考出来的方案都是没有用的。
