第四次工业革命兴起、发展与影响——从人的能力延伸和科技进步速率波动的视角

  文章基于人的能力延伸的视角，对四次工业革命进行梳理。基于西方发达国家和地区科学技术进步速率波动，结合20世纪70年代以来大量生产引发的一系列变化，可以断定目前已确定进入第三次工业革命与第四次工业革命交汇期。在两次工业革命交替之际，一大批“新赛道”涌现，对整个经济社会持续健康发展产生重要影响。第四次工业革命方兴未艾，我国应抓住机遇，抢占新赛道，布局新产业。

  工业是采掘自然物质资源和对工农业生产的原材料来加工或再加工的社会生产部门。工业为国民经济其他部门提供生产资料和消费资料，为广大购买的人提供日用工业品。所谓工业革命，就是因核心技术创新和重大需求变动而对工业生产体系产生深刻而广泛的影响，使得工业体系在支柱产业部门、生产组织方式、价值分配模式乃至国际分工格局等方面发生了革命性变化。

  经济学家很早就发现了技术与经济相互作用下的周期性波动规律。最早的长周期被认为是50~60年一个轮回，从复兴、繁荣、衰退、危机再到新的复兴，如此往复。这种50~60年的经济周期，被称为康德拉季耶夫长波。英国经济学家克里斯·弗里曼等基于熊彼特的研究认为，马克思、恩格斯最早发现了这种周期性运动，恩格斯指出了因由固定资产更替带来了资本主义生产方式的这种周期性变化。

  对技术-经济长周期研究过程中，英国工业革命一般被认为是重要的逻辑“起点”。当然，也有像弗兰克（《白银帝国》）一样，将康德拉季耶夫长波扩展到更为久远的古代。不过，大多数研究还是集中于英国“工业革命”以来的经济景气周期分析。

  “工业革命”一词最早出现在1837年，法国作家热罗姆-阿道夫·布朗基写道：“工业革命正在席卷英国。”随后，马克思、恩格斯、穆勒在一系列政治经济学经典著作中，引入并定义工业革命，如《英国工人阶级状况》（恩格斯，1845年），恩格斯认为是资本主义的机器大工业代替工场手工业这一生产方式的重大变革。穆勒（《政治经济学原理》，1848年）认为工业革命体现在生产上的改良和世界各地区贸易之间的频繁，他将前古典经济学的财务管理与古典经济学的财富创造整合为一个统一的框架中，反映出当时工业革命结束后社会精英分子对人类科技与文明遗产的态度变得更包容。马克思（《资本论》，1867年）认为是用资本主义的机器和大工业这种生产方式取代了工场手工业时期的手工劳动和操作。阿诺德·约瑟夫·汤因比（《英国工业革命讲稿》，1884年）认为工业革命不仅是一场技术革命，也是一场深刻的社会革命。

  随着对技术-经济长波研究的深入，工业革命不再特指于18世纪至19世纪发生在英、法、德、美等国的经济条件和技术条件的重要变革，而是作为更普遍的定义，指代那些对工业生产和工业经济产生革命性影响的重要变化。由于每一次康德拉季耶夫长波都会产生主导产业，因此，也有人直接称为纺织工业/产业革命、蒸汽工业/产业革命、电力工业/产业革命、信息产业革命。

  为了分析康德拉季耶夫长波的背后动因，诸多经济学家进行了理论推演和实证计算。其中，熊彼特的有关创新的论点最受关注。熊彼特认为技术创新的周期性变化引致了经济的周期性变化。从那时起，创新经济学研究者们对经济周期进行了持续研究。

  创新经济学研究者对技术-经济周期进行了划分，明确了起讫时间、技术动因、标志性技术、主导产业、发源国家等。每一次长波都是技术创新或是科技和产业的革命性变化引致。因此，科学革命、技术革命、科技革命、产业革命都成为重要议题。在进入21世纪第一个10年以来，随着智能化的深入应用，德国、美国的工业界和世界经济论坛等，开始提出工业4.0、第四次工业革命的概念。

  一般来说，人主要有两大能力，即身体能力和认知能力。人们通过制造和使用工具，不断的提高利用资源和调适环境的能力水平。劳动创造人本身，从人成为人开始，工具就开始不断延伸人的两大能力，特别是在工业革命以来，这种延伸实现了从量到质的飞跃。

  工具和产业对人的拓展和延伸，可以追溯到麦克卢汉提出的人类三种延伸：身体器官的延伸，比如轮子是脚的延伸，住宅是集体的皮肤的延伸，这种延伸可以认为是对人体器官的一种增强；感官的延伸，比如口头言语是听觉的延伸，印刷物是视觉的延伸，这种延伸实际上意味着人类感觉器官获取了更多的信息；中枢神经系统的延伸，当时主要是指广播、电报、电话、电视等新兴媒介，彼时，互联网、人工智能（AI）还没再次出现。其实，从麦克卢汉的“人的延伸”的理论中，能够准确的看出依然是基于人的两大能力：身体能力和认知能力。麦克卢汉的“人的延伸”印证了工业革命拓展和提升人的两大能力的重要作用。

  近300年来，历次工业革命极大地拓展着人的这两大能力。18世纪中期，蒸汽机驱动了第一次工业革命；第一次工业革命通过蒸汽机的普遍使用，将矿物质转化为能源动力，强大的机械动力工具延伸了人类的双手。19世纪中后期，流水线作业、电力这种能源关键中间载体的发现和使用引发了第二次工业革命；第二次工业革命通过内燃机的发明尤其是在汽车飞机上的普遍使用，延伸了人类的双脚，极大地扩张人们的活动空间。20世纪中期以来，半导体、计算机、互联网的发明和应用催生了第三次工业革命；第三次工业革命延伸了人类的感官（信息网络）。在迈向21世纪中叶的进程中，第四次工业革命正在展开，人工智能（AI）、生物医药、量子科技、先进通信、绿色能源等加快速度进行发展；第四次工业革命将延伸人类的大脑并将可能对人类自身产生重要影响。

  就前三次工业革命而言，每一次大约100年，涵盖五次康德拉季耶夫技术-经济长波，相当于每一次工业革命涵盖两次技术-经济长波。英国工业革命以来还不到300年，一些研究者认为，当前及未来较长一段时期，人类社会依然处于第三次工业革命阶段，第四次工业革命的开启在21世纪中后叶。但是，现代科学技术与创新的迅猛发展，已经带来了新的变化，第四次工业革命已悄然开启。

  综上，从工业革命的内涵来看，第四次工业革命的主导技术和主导产业慢慢的开始形成。由于科学技术知识的累积效应和创新的加速效应，康德拉季耶夫长波存在缩短的可能。从历次长波演替发展的情况看，可以认为，目前已经处于第三次和第四次工业革命的交汇时期。

  第四次工业革命是在实现机械化、规模化、网络化的基础上，促进工业迈向智能化的阶段。智能化反映出工业生产体系达到了人类社会生产力发展的新阶段。第四次工业革命的兴起主要诱因有以下几点：

  其一，大量生产带来相对过剩。前三次工业革命带来了大量生产，工业门类齐全。尽管出于地理政治学和贸易屏障等缘由，分配不均的情况任旧存在，但20世纪80年代以来，大量生产已经日益满足那群消费的人的需求，而相对过剩使得慢慢的变多的人的消费动力从物质需求转变为精神需求。第四次工业革命的核心方向是要建立高质量的经济体系，实现人们追求美好生活的愿望。

  其二，多元分众带来按需定制。随着影响物质生活的重大技术发明在20世纪70年代暂告一个段落，有的人觉得科技进入所谓的“大停滞”时段，同时大量发明开始在促进精神生活质量提升方面涌现，互联网、手机等都可以归入这个范畴。

  其三，快速响应促动灵巧制造。供需匹配的智能化，引发生产制造体系的智能化。原来大规模批量化生产已不能够满足个性化多样性的分众需求，小批量多批次定制化需要更加敏捷灵巧的生产线。为兼顾规模效应和分众溢价效应，模块化制造从20世纪80年代以来迅速崛起，“公共化生产”——代工首先在信息产业然后逐步在慢慢的变多的行业推展开来。工业机器人、协作机器人、仓储搬运机器人等的应用日益增多，工业互联网正带来数字化制造和C2M2C（个人到工厂再到个人）等新模式。

  其四，用户创新变革交付服务。用户参与创新由来已久，早在20世纪70年代末，就有人观察到这种现象。随着网络的发展和制造业智能化的深入，用户创新与开源社区、开放式创新等一起发展起来。从“客户”到“用户”，不仅是名称的变化，更重要的是用户能通过互联网更广泛更便捷地参与研发和制作的完整过程，用户之间的交流也逐步推动产品和服务的“社交化”交付。这些态势与智能化共同演进。

  在智能化科学技术创新和分众化社会需求驱使下，第四次工业革命兴起背景下的制造业发展正呈现如下几个特点：

  其一，生产组织灵巧化。与以往工业革命凸显集中化、批量化、规模化不一样，随着网络、物联网、3D打印等技术的发展，第四次工业革命正带来分散化的新趋势。分布式能源、分布式制造、个性化定制、众包式研发、共享经济等日益模糊着生产者与消费者、创造者与应用者的界限，并带来了前所未有的个人美好体验。从“大众生产”“大众消费”，迈向“分众需求”“个性化定制”，小批量多批次的柔性生产，能够更好地满足个性化需求。

  其二，全生命周期循环化。发达国家能否更发达，发展中国家能否步入发达国家行列，亟待科学技术创新给出全新的解决方案，产品和服务的全生命周期循环化，经济的强可持续性发展，正成为核心趋势。全生命周期的循环化，也代表着通过应用智能化信息技术，对全产业链进行全方位的感知和协同。基于生产制造和消费分配全过程、产业链全周期的绿色化、可感知、可追溯，第四次工业革命将使得整个产业经济和城市发展实现生态化、循环化，着力破解“经济不循环、循环不经济”的矛盾。

  其三，物流传送高速化。随着电力和无线电的出现并得以广泛应用，能量和信息传输已经实现了光速化，相较之下，物质的移动速度则仍然不高。根据丹尼尔·贝尔在《后工业社会》中的计算和预测，人类目前正处于动力速度发展S曲线的快速跃升期。为实现更广泛的全球化，第四次工业革命正带来更高速度的新交通、新物流和新动力。时代呼唤着更快捷、高效、安全的交通工具和交通科技的出现、发展和广泛应用。持续更新的移动通信技术将使智能驾驶、智能物流、智能仓储等逐步得以实现，以此来实现物流配送的高速化、敏捷化。同时，3D/4D打印技术等发展，将促进分布式制造、即时交付得以发展。

  其四，生产资料数据化。新一代信息技术的迅速发展，更有效地提升了经济活动过程中数据的获取、存储与分析能力，使得人、物、活动等大量信息数据化，海量数据的交叉、聚合、突变效应愈发明显，数据成为重要生产资料，为新经济提供新动能。在AI的赋能下，智能设备实现了人与万物的互联。随工业互联网、人工智能物联网（AIoT）、信息物理系统（CPS）等的发展，工业体系中无论是能源能量的投入、物质材料的消耗，还是人力和信息的配置，都日益显现出数字化、数据化特征。数据成为工业体系中最重要的生产资料。现场总线的以太网化，使得工厂内部的各类数据都可根据互联网协议标准做存储、传输和使用，使得工厂内外的数据得到了有机协同。各类软件系统在工厂中的应用，使得工厂的信息化水准不断提升，工厂整一个流程就变成数据流。数据也正在成为农业和服务业的重要生产资料。农业和工业的服务业化与服务业的数字化同时展开。行业级工业网络站点平台、工业云、工业App、机器智能工厂正重构人机边界，生产的全部过程数据、企业用户数据、关键知识产权等成为企业核心数字化资产。

  得益于算力、算法和大数据等的发展，AI正迎来发展新高潮，深刻影响着人类价值创造体系。从智能终端到智能网络，从信息的智能化处理到人机一体化智能系统、智能物流，第四次工业革命正带来制造全过程的智能化，使得制造体系具有信息深度感知、精确控制、自我决策和自我执行等功能。

  为了更生动描述经济发展动能在新旧产业之间的“切换”，近年来，慢慢的变多的机构将涌现出的新业态、新模式称为“新赛道”。新赛道的提法最早见于风险投资领域，用于指代那些能够为投资带来丰厚收益的新创意、新产品和新服务等。一些智库对新赛道进行了广泛调研，提出了未来发展的新业态、新模式和新方向。

  所谓新赛道，就是那些以多种技术、多种模式融合创新为核心特征的新兴起的产业或新兴细致划分领域。新赛道通过开发利用新技术，开辟出新需求，创造出新的应用场景，将有几率会成为未来的主导产业。新的应用场景，有必要进行大量的社会实验，毫无疑问，智能化在其中发挥了及其重要的作用。因此，新赛道往往具备这一些要素或特征：

  其一，AI赋能。大数据作为科研第四范式，已经渗透到诸多学科和行业。随着算力、算法、大数据的完善，AI迎来新的高潮，AI for Science兴起，对诸多领域产生促进作用，新一代信息技术和先进制造领域自不待言，在生物技术、能源、材料等领域，AI也发挥了及其重要的作用。如AI在蛋白质结构探寻，药物靶点搜寻，候选药物遴选，高通量筛选新材料，对风光电精准控制和预测性维护等都在发挥着日益重要的作用。实际上，在某一些程度上，正是由于大数据和AI，这些领域方向才能从实验室走向实际应用。

  其二，系统集成。新赛道的目标是要形成能够很好的满足当下及未来需求的一整套产品、服务及其相应的支撑体系，一方面需要多学科和多技术的交叉融合，另一方面需要将大量已有技术与新兴技术进行组合融通，确保原型验证、模拟场景验证和实际工况验证等得以顺利通过，进而为建立产业技术标准和有关规制奠定基础。这种技术组合并不排斥发明创造，相反，在应用场景进行社会实验过程中，技术迭代一直在优化创新，不同的技术路线在相互竞争中可能会产生突破性、颠覆性变化。

  其三，生态联动。新赛道往往是开发出潜在需求，或是为现实需求提供新的满足手段，一般具有新颖性、创造性，大多属于颠覆性创新，要建立新的供应体系、分销渠道、合作网络、交付方式、配套设施等，换言之，需要新的产业生态。正如克里斯坦森在“创新三部曲”中所指出的那样，颠覆性创新采用的是新的技术轨道，需要全新的价值网络。他在《创新的悖论》中指出，在“零消费”市场中为了可以提供可及的产品和服务进行“开辟式创新”，就必须建设一整套的生态系统，有时候甚至包括基础设施。实际上，致力于抢占新赛道的企业一定构建出一套最小且适用的生态体系，才可以获得可持续发展。

  其四，绿色持续。随着可持续发展理念的深入普及，以及主要国家和地区对碳达峰、碳中和的要求，几乎所有的新赛道都一定要具有深浅不一的“绿色”。特别是欧盟一直积极地推进“碳关税”，对中国乃至全世界都产生重要影响。这种影响不局限于绿色低碳领域，几乎所有领域都一定要达到一定的生态环境友好要求，很多新赛道也是因绿色低碳发展要求而被创生的。

  可以预见，随着第四次工业革命逐步展开，慢慢的变多的新赛道将会被开辟出来，众多创业者和创新型企业在竞合中不断探寻可能的机会窗口和成功赛道，进而建立起新的主导产业。

  其一，未来50～70年内，第四次工业革命将全面兴盛，全球文明发展跨入全新阶段，中华民族应努力为世界奉献出重大科学发现。从技术发明、创新扩散的规律上看，虽然现在已能认为是处于两次工业革命交汇和第四次工业革命孕育期，但第四次工业革命全面兴盛还需假以时日，未来50～70年内，都可能处于第四次工业革命兴起兴盛期。世界大多数国家和地区将可能基本完成工业化，大多数人口将生活在工业经济社会中，人类文明将开辟出新篇章。可以说，第四次工业革命是对英国工业革命以来世界文明发展范式的一种扬弃。面向未来世界文明发展范式的变革，我们应该坚定创新自信、文化自信的基础上，鼓励和支持超长时期的“科学展望”，对未来50~70年经济社会与科学技术创新的态势进行前瞻性把握。

  其二，未来30年，全球范围内将有几率发生三次重要的产业变革，将深刻影响人类社会持续健康发展和地缘格局变化，中国应努力成为新产业、新科技的重要策源地。20世纪70年代“大停滞”以来，科学技术创新持续孕育着重大突破。随着科学技术内部矛盾的累积，特别是数据的爆炸式增长和计算能力的飞速提升，学习曲线的缩短与知识更新迭代的加速，开源社区的涌现与嵌入式创新（或称开放式创新2.0）的兴盛，从现在开始到2030年及其后，AI将得到长足发展和大范围的应用，形成智能产业变革，极大提升人类的认知能力，使得知识的学习和传播能力极大跃升，进而促进知识的创造和应用。在AI for Science的推动下，生命科学和生物技术正取得重要突破，到2040年及其后，全球范围内生物经济崛起，生物制造兴盛，形成生物产业变革，极大提升人类的身体能力，基于合成生物技术的食物、材料将彻底改变万年来人们的基本生理需求满足方式。随着发达国家的碳中和、一些发展中大国的碳达峰，风力和光伏发电的成本接近零，核聚变开启商业化，以氢这一重要的二次能源为核心的清洁能源体系将建构起来，人类社会的运行动能将极大提升。目前，中国在上述领域都已有很好的基础，要进一步瞄准领域前沿和领先应用场景，加强目标导向的基础研究，开展有组织的科研，集聚培育一大批优秀人才，催生原创性科技成果，实施“换道超车”，率先建立起新赛道并使之变成全球未来主导产业的主赛道。

  其三，全球范围内，新赛道的涌现既带来了机遇，又带来了挑战，中国应努力在新的全世界创新治理体系形成发展过程中发挥非消极作用。从神经网络、深度学习到生成式AI的ChatGPT，从可回收火箭和货舱到全平民航天发射的商业航天，从虚拟现实到扩展现实、混合现实、远程呈现直到元宇宙，从清洁肉、合成生物食品和材料的生物制造，从超高速列车到线G以及近地轨道卫星通信的星链、量子通信，从延续摩尔、超越摩尔到功率半导体的集成电路，群体性突破带来众多新赛道的持续涌现和快速迭代，全球范围内，一场宏大的技术竞赛正全面展开。尖端复杂的技术体系，需要广泛的合作；竞争替代的技术路线，又引发了多层次竞争和抗衡。颠覆性技术和破坏性创新，冲击着现有规则制度和治理体系，如就业替代、生命伦理、自动武器、气候平均状态随时间的变化等，正在引发一场波及世界的政治博弈。面对纷繁复杂的形势，中国需要保持战略定力，未雨绸缪、积极应对。一方面，强化新基建，全力发展数字化的经济，以丰富的多层次市场和应用场景，率先推进新兴起的产业和未来产业中关键核心技术标准体系建设，抢占未来产业国际分工制高点。另一方面，持续扩大开放，推动新兴技术的双向扩散，特别是与“一带一路”沿线国家和地区加强合作，努力促使新技术能够惠及更多国家和地区的人民。再一方面，主动发起设立面向新兴起的产业和未来产业的国际化组织，积极推动涉及AI、生命伦理、气候平均状态随时间的变化等国际研讨与交流，促进世界和平与发展。

  在技术演化、需求升级和地缘格局变动等多种力量促动下，第四次工业革命正在兴起，智能化、场景化、创意化日益深刻地影响着诸多领域，群体性突破引发新赛道持续涌现，带来了前所未有的机遇和挑战。中国应从加强科学研究、引育优秀人才、推动制度创新、创设应用场景、扩大开放合作等方面着手，努力成为第四次工业革命的策源地之一，为实现中华民族伟大复兴奠定基础。

  作者：李万、邹芸、钱娅妮。作者单位：上海科学院。本文刊发于《中阿科技论坛》2023年第7期特稿。文章观点不代表主办机构立场。