1.2 为什么是工业4.0
工业革命（the Industrial Revolution）又称为产业革命，起源于18世纪60年代的英国。第一次工业革命开始是西方资本主要工业化进程的起步，是资本主义生产实现机器取代人力的过渡。
由于全球化竞争愈演愈烈，德国意识到威胁已经降临，为了稳固其工业强国地位，开始对本国工业产业链进行反思和探索，“工业4.0”构想由此产生，并在短时间内获得认同。那么为什么要取名工业4.0呢？它与前三次工业革命相比又有哪些不同和优势呢？本节将告诉你答案。
1.2.1 从工业1.0到工业2.0
从19世纪中期到19世纪下半叶，人类完成了从工业1.0到工业2.0的转型。那么为什么英国被称为第一次工业革命的发源地呢？如图1-23所示为“工业1.0”发生在英国的原因。
图1-23 “工业1.0”发生在英国的原因
1．圈地运动
英国是历史上第一个开始资产阶级革命的国家，为了推翻封建统治，一大批新贵族展开了斗争，最终确立以议会为国家最高权力机关的社会体制。因此，资本主义率先在英国建立。
14、15世纪农奴制解体，英国新兴资产阶级为了获取更多资本，开始使用暴力掠夺农民土地，将私地公有，并将其变成大牧场、大农场，历史上将其称为“圈地运动”，如图1-24所示。
图1-24 圈地运动
由于“圈地运动”后英国新兴资产阶级获得了大量市场和廉价劳动力，为了获取更多利润，就必须进行生产，但由于传统的手工作坊无法满足当时的需求。于是，一场生产手段的革命呼之欲出，历史上将这一技术革新称为“工业革命”。
2．发明创造
第一次工业革命初期，人们结束了以人力、畜力、风力和水力等为主的生产动力，改由瓦特改良的蒸汽机作为生产的主要动力，如图1-25所示。
图1-25 瓦特改良的蒸汽机
并由随后一系列的技术革命引起了从手工劳动向动力机器生产转变的重大飞跃。如图1-26所示为“工业1.0”中英国的代表性发明创造。
图1-26 “工业1.0”中英国的代表性发明创造
“工业1.0”的出现加强了世界各国的往来和互动，改变了原有的世界格局，同时也确立了资产阶级的统治地位。英国作为第一次工业革命的发源地，率先完成了工业革新，这也促使英国在“工业1.0”后确立了世界霸主地位。
但在“工业1.0”结束后，人们发现第一次工业革命的蒸汽机已逐渐跟不上时代的发展步伐，与生产力需求不符合，因此在这种局势下，第二次工业革命由此产生。如图1-27所示为从“工业1.0”到“工业2.0”。
图1-27 从工业1.0到工业2.0
专家提醒
“工业2.0”期间，社会经济与新兴科学技术展开了紧密结合。与此同时，更加先进的新机器、新产品不断涌现，生产效率也得到了飞速攀升。无论是电话、电报实现远距离通信，还是交通运输设备的出现，都拉近了国家与国家间的距离，也标志着工业革命进入了新纪元。
1.2.2 从工业2.0到工业3.0
在第二次工业革命后期，大量的机器被陆续地发明，导致工业制造业生产方式向大规模制造的转变，第三次工业革命出现。“工业3.0”开始于20世纪中期，以计算机为首的技术发明是“工业3.0”的主要标志，如图1-28所示。
图1-28 “工业3.0”主要发明
相比于“工业2.0”，“工业3.0”更具灵活性，利用电子和IT技术能够进一步优化加工制造流程，不仅推动了经济、政治和文化的发展，同时也影响着人们的日常生活。如图1-29所示为“工业3.0”对人的影响。
图1-29 “工业3.0”对人的影响
例如电视机、照相机的出现，丰富了人们娱乐、社交生活，大大缩短人与人之间的距离，如图1-30所示。
图1-30 “工业3.0”的发明对人类生活的影响
1.2.3 从工业3.0到工业4.0
“工业3.0”以后，以服务业和金融业为代表的行业异军突起，打败了在前三次工业革命中起到决定性作用的制造业。
2008年金融危机后，全球金融领域遭受严重冲击，如图1-31所示。
图1-31 金融危机
另外，这场危机也引发了以美国为首的许多西方国家对“去工业化”的思考，在这一背景下，德国先行提出了“工业4.0”的构想，先后获得世界各国的支持。他们希望通过“工业4.0”背景下智能化与信息化的标准，拉动经济发展，摆脱金融危机。而德国也希望借此机会，稳固全球工业制造业的领头羊地位。
从根本上说，“工业4.0”是基于互联网、计算机技术、信息技术、软件以及自动化技术的深度交流，是一种新的价值链，与“工业3.0”比较，更具弹性。
专家提醒
2008年8月，美国房贷领域两大巨头房利美和房地美股价暴跌，与它们关联的金融机构迅速亏损。美国有关财政部门被迫接管这两大企业，以此来表明政府应对金融危机的决心。如图1-32所示为美国房地美公司。
图1-32 美国房地美公司
美国作为世界大国，金融危机一经爆发就迅速将这一危机蔓延至周边其他国家，特别是对于国家金融市场而言，一度造成流动性不足，引发世界恐慌。
1．更加灵活
“工业4.0”不再是传统的按顺序操作和流水线生产，它将实现自律操作、单元化工艺、能够随时随地跟踪产品信息和位置，使生产和交付变得更加灵活，而且对于生产中断和故障可以灵活反应，如图1-33所示。
图1-33 “工业3.0”和“工业4.0”的对比
“工业4.0”的生产系统，就好比USB端口，该系统可以与不同类型的设备连接。我们可以期待在不久的将来，这个生产系统能够实现与生产原料、现场设备、机器等其他设备的连接，摆脱那些繁杂的编程和参数，充分发挥工业革新的灵活性。
2．价值机遇
“工业4.0”不仅创造了就业新形式，还产生了新的价值机遇。例如，通过智能设备对大量数据进行智能算法，以此来产生各类新型服务，为人类提供便捷。这种智能化对于服务于“工业4.0”的中小企业而言，是个巨大的机遇。
3．资源生产率和效率
工业生产的首要战略目标是以定量资源来实现最高产量，这在“工业4.0”中仍然适用，利用资源生产率和最少资源实现资源效率。CPS的应用能够使制造流程在个案的基础上满足工业价值网络优化的目标。
另外，在整体优化过程中，不需要停止生产，系统能够在生产期间自主帮助资源和能源消耗持续优化，通过这种方式最大限度地降低排放量。