新一轮工业革命：物联网、人工智能与智慧能源的结合

在过去的工业革命中，技术的进步导致了对当时经济的全面改革，而第三次产业革命中，个人技术和一体化系统正在创造一个人类共同渴望的生态系统，并最终将跨越到第四次工业革命中去。因为新一轮工业革命关乎的不仅仅是经济竞争问题，更是包括能源在内的人类生存发展的生态问题。

三次产业革命的周期性

产业革命的周期性

1939年，奥地利人熊彼特总结和分析前人的观点，以“创新理论”为基础首次提出经济发展过程中同时存在着长、中、短“三种周期”理论。“长周期”即为“康德拉季耶夫”周期，“中周期”即为“朱格拉周期”，“短周期”为“基钦周期”。熊彼特还宣称，上述几种周期并存而且相互交织的情况。在他看来，一个“长波”大约包括有六个“中周期”，而一个中周期大约包含有三个“短周期”。熊彼特沿袭了康德拉季耶夫的观点，把百余年来社会经济发展过程进一步分为三个“长周期”，而且用“创新理论”作为基础，以各个时期的主要技术发明和它们的应用，以及生产技术的突出发展作为各个“长周期”的标志。

熊彼特在1934年的《经济发展理论》中对三次长周期的划分为：第一波长周期从18世纪80年代到19世纪50年代，是所谓第一次“产业革命时期”，这个周期的基本特征是手工制造或工场制造的蒸汽机逐步推广到所有工业部门和工业国家，也可以说是煤炭成为主要能源阶段；第二波长周期从19世纪50年代末年到19世纪末，是所谓的“蒸汽机和钢铁时代”或“铁路化时代”，即第二次产业革命，其特征是机器制造的蒸汽机成为主要的动力机，并得到普及，也可以说是石油和煤炭共同主导的时代；第三波长周期从1898年开始（当时这个“长周期”尚未最后结束），是所谓“电气、化学和汽车时代”，即第三次产业革命，其特征是电动机和内燃机在工业部门中的普遍应用，可以说是电气、石油和煤炭共同使用阶段；后来，人们把以电子计算机的发明和应用以及信息化和智能化作为第四波长周期的标志，现在正在确定标志性方向，对能源来说，是将能源更加优化可控和在控。因此，迄今为止，伴随着四次科技和产业革命也产生了四波康德拉季耶夫周期（每周期为45～60年），当然，第四波应该到达第三至四个中周期。

产业革命的特征

回顾过去的三次产业革命，似乎至少可以总结出三个显著特征：一是产业革命必须是符合人类社会变革的需要，从而满足人类消费意愿。前三次产业革命都是在人类要提高生产效率、扩大生产和生活水平提高的需要，人类因此愿意去投资和改变；二是产业革命必须是深刻改变人类生产和生活方式。第一次产业革命将人类从手工制造时代带入机器生产时代，从第二次到第三次产业革命，通过火车铁路、汽车公路和计算机互联网实现了对地域限制的突破，甚至形成了全球的无形网络，深刻改变了人类的经济交往和生活方式；三是产业革命必须能够形成相当长的产业链，使生产者大量转移到新的生产方式中。汽车产业从现在的眼光看属于传统产业，但作为第三次产业革命的产物，汽车产业形成了至今为止最长的产业链，极大地解决了就业问题。因此，正在发展中的计算机、通讯、信息技术的广泛应用也分散形成了很长的产业链，只是没有像汽车产业显得那样集中而已。

新一波产业革命方兴未艾

新一波产业革命进入信息思维空间

2018年初，世界经济论坛估计，100个国家已经为工业4.0做好了准备。工业4.0起源于德国政府推动制造业数字化的一项高科技战略。它包括网络物理系统、物联网、云计算和认知计算。工业4.0的小单元通常被称为“智能工厂”，因为它们将集成网络系统和工厂的制造过程无缝衔接，并由去中心化的决策支持。物联网设备通过无线网络进行实时通信和协作。下面十项技术被认为是工业4.0包括的主要内容：

1.大数据分析：现在，随着计算能力的增强，我们现在可以实时分析大量的数据。从生产设备和系统等不同来源收集的数据，以及企业和客户管理系统收集的数据，都需要进行整理，最终成为支持实时决策的基础。大数据还将决定企业的重大决策，因为它在本质上更具预测性，能够洞察因果关系、未来趋势和行为。

数据集的互操作性、标准数据格式和数据安全问题是挖掘大数据潜力需要解决的关键问题。另外，目前的分析能力与数据生成速度之间也需要缩小“分析差距”。

2.智能机器人：制造业为提高生产效率和精度，机器人首先推动了工业4.0的发展，因此，制造业是第一个拥有机器人的行业，这些机器人将在自身和人类之间进行协调，以扩大现有的生产能力和效率。

3.模拟系统：是指利用实时数据，在虚拟模型中反映物理世界。该模型旨在帮助用户在虚拟模型中测试活动，以便根据时间、成本和总体效率提前调整，以应对现实中的变化。

4.横向联系和垂直集成：当一个任务与制造流程中的其他任务衔接脱节时，可以通过流程自动化将这些任务相互联系在一起，为突发事件、同步活动、优化资源甚至可能与框架之外的系统通信做好准备。它的目标是跨越整个价值链、公司、部门、职能和能力来创建一个更具凝聚力的网络。跨系统的通用数据集成和互操作性旨在真正实现整个价值链的自动化。

5.物联网：这将使更多的设备通过嵌入式计算相互“交谈”。这种通过集中控制器进行的通信还将分散分析和决策，从而实现更多的实时响应。这一领域在短期内实现了快速增长，反过来又转化为更大的机遇。

6.云计算：这是如软件开发平台、服务器、存储和软件等服务在互联网上的使用，通常被称为“云”。系统之间的数据共享和功能将超越站点和公司边界，将通信和反应时间缩短到几毫秒，极大地促进更多用于生产和服务集成的数据驱动服务。

7.网络安全与区块链：设备的连接性增强，以及开放网络中数据的不断流动，使得系统容易受到恶意软件和间谍软件的网络威胁。识别这些威胁并保护数据对于维护工作协议和系统的完整性以及数据本身的保密性非常重要。因此，区块链技术已经发展到可以保护虚拟世界的地步。

8.增材制造：这一领域最常见的示例是3D打印，用于模型制作和小规模生产领域。这一领域的长足发展对于生产小批量的定制产品很有吸引力，这些定制产品优势明显：例如可以使用不同的材料，并将复杂轻型的设计变为现实。

9.智慧能源:大数据中心和智能控制系统运行，需要能源支撑，多数需要电能的保障，同时也是高能耗设备，如何发展智慧能源是可持续发展的需要。

10.增强现实：它在真实的特性之上添加了一个虚拟层以提供更多的信息和维度，增强理解和可视化。预计它将为工人和用户提供更广泛的用途，为改进决策和工作程序提供实时信息。

新一波产业革命已经开始

显然，问题不在于新一波工业革命是否会发生，而在于它发生的速度。在欧洲、亚洲和美洲的许多国家，已经开始了一场为工业4.0做好准备的竞赛，因为工业4.0被越来越多地视为生产率提高的关键决定因素，同时它的成本效益将最终决定快速变化的技术和流程生态系统的收入增长。

德国被公认为第四次工业革命的先驱，它以强大的教育成果、先进的技术培训计划、高素质的现有劳动力和经过证明的创新能力而脱颖而出。德国正在加快制定自己的标准，随着工业4.0在2011年的推出，它是第一个加强产品、价值链和商业模式的数字化和互联互通，推动数字制造业向前发展的国家之一。

另一个主导制造业的国家是美国。美国在生产要素驱动因素方面得分最高，在除可持续资源和制度框架外的所有驱动因素方面得分均排在前5名。目前处于围绕第四次工业革命新兴技术的主要发展前沿。此外，由于其强大的高等教育机构，美国还能够培养、吸引和保留先进的人力资本。

2015年，中国为提升中国制造向高质量发展，也为制造业创新提供资金。

工业4.0与循环经济在很多地方交叉。例如，机器人技术的进步将使制造商能够在越来越多的应用中使用机器人，从而提高产量和减少浪费，并延长产品寿命。利用3D打印技术按需生产零部件，可提高维修性，延长产品和设备的生命周期。这也将影响产品设计，未来的3D零件维修可以内置到流程中。

工业革命对环境和气候的影响一直是一个令人关注的问题。因此，工业4.0不只是通过自动化、提高生产率，同时开发创新的商业模式来实现经济增长，同样重要的是如何管理废物，并向循环经济迈进。循环经济不像线性经济那样遵循“使用-处理”模型，而是遵循“使用-再用”模型。工业4.0支持循环商业模式，只消耗可再生资源。除了环境影响的可持续性作为生产驱动因素外，工业4.0本身也关乎传统企业的生存和成长。随着对非可再生能源依赖的增加，该行业的利润迟早会受到影响。

智慧能源托起空间智能网络

在未来，世界是否酝酿出一场轰轰烈烈的新一波产业革命是决定未来全球能否获得新的经济增长引擎的关键。对于新产业革命形成，也将带来世界新一波的朱格拉周期(中周期)，这会是智慧能源的兴起吗?回答应该是肯定的，因为这是人类生存的需要。

新能源战略给经济带来增长希望

智能能源是指将能效技术与智能技术相结合，强调具体的技术及其物质或物理属性，还没有延伸到观念、制度等非物质或非物理的范畴。就其能源形式而言，新能源属于智慧能源，但智慧能源的外延要大于新能源，例如相对传统能源的清洁、高效利用技术也属于智慧能源的范畴。

当人们意识到科技革命可以成为经济增长引擎时，人们就会在经济衰退阶段主动去寻找新的技术革命。奥巴马当美国总统时，向世人抛出了他的新能源战略，为人们勾勒出新一轮产业革命的构想。从产业革命必须具备的三个特征来看，新能源战略给人们带来希望。第一，新能源符合人类减少对地球资源过度消耗和环保的需求，只要全球对此达成共识，人类就愿意投资和消费新能源，即使在初期要承担比使用传统能源更高的成本。第二，新能源可以改变人类生产和生活方式，通过节能就可以大大提高生产效率。第三，新能源可以分散形成很大的产业链，由于人类生产和生活已经离不开能源，因此新能源将不仅仅局限于新型能源生产过程，还将渗透到很多传统产业中，如汽车和建筑业等，形成新的新能源技术产业，从而创造更多的就业。当美国这项技术研制成熟后，就会掀起新一轮的全球扩张，从而带动新一轮全球经济增长。

掌控新一波工业革命再次点亮“中国制造”

在全球经济增长持续低迷的背景下，达沃斯年会似乎找到了破解全球经济难题的办法，这次新工业革命将会给全球经济增长带来新的动能。同时，也将在资本市场找到新的投资机遇，工业机器人等先进制造业领域有望迎来新一轮发展。

移动通讯的迅猛发展和网络应用，尤其5G的出现，我国已经具有伟大的世界引领作用。4G改变生活，5G改变社会，网速、超低延迟、超多设备连接数是5G的三大优势，已经满足感知系统的高精度，使移动物体比人类更加精准，当然，结合边界计算等技术，移动智能控制成为可能，尤其是移动服务更强大，但5G仍然是空间信息传输，空间信息网络的各种问题并没有彻底解决，为实现高智能化就要与大数据、云计算、甚至雾计算结合。

5G的发展也有能耗问题，5G基站必须比4G高密度布置，大功率发射，应该说与4G相比，5G基站是高能耗设备。从整体功耗来说，中兴5G基站在100%功耗下是3674.85瓦，华为也达到了3852.5瓦，而中兴4G基站只有1044.72瓦，5G基站功耗约为4G的3.5倍，在其他负载下5G功耗也要比4G高得多，平均是4G功耗的3倍左右。另外，5G基站还有一个问题就是空载功耗降不下来，中兴和华为的5G基站空载依然有2200到2300瓦功耗，比4G的837瓦功耗高得多。

当然，这是直观对比，由于5G速率快得多，从能效比较，5G要好些，但也要加上基站密度和投资综合考虑才是应用经济性基础。

我国可再生能源发展战略是新一轮周期出现的基础

可再生能源是相对于不可再生能源而言的，强调一定时空下能源的可再生性，无疑是智慧能源的一部分，因为它实现了能源的可再生，体现了人类的智慧。但可再生能源不等于智慧能源，因为智慧能源远比可再生能源的范围宽泛，不可再生能源的技术创新也属于智慧能源的范畴。

能量守恒是自然法则，能量只能转换不能消失，如何通过智慧能源实现循环利用，才能不会使能量在自然界中形成危机环境的因素是人类重大课题。能量利用一方面要注意生态约束条件，不要将废弃能量分散到我们的生存环境中，尤其基础环境，如空气和江河湖海，人的生活质量需要能源满足自身要求，没有生态文明就没有人与自然和谐共生。清洁是智慧能源的一个重要属性，但不是说所有的清洁能源都能归入智慧能源的范畴，清洁能源必须还要满足高效、安全等其他条件才能成为智慧能源，因此清洁能源与智慧能源拥有交集，但又不完全重合。

坚持以科技创新为第一动力。当前，我国能源市场结构和市场体系深层次问题仍很突出，科技创新在能源发展中的作用还不显著，长期形成的粗放发展方式亟待转变。习近平总书记关于能源安全新战略的重要论述，深入总结我国能源发展的经验教训，明确新时代我国能源发展必须加快转换发展动力，把能源技术及其关联产业培育成带动我国产业升级的新增长点，从根本上回答了顺应能源发展大势“怎么干”的问题。我们要坚定实施创新驱动发展战略，推进能源领域向智慧能源发展，只有将物联网、人工智能与智慧能源的结合，才能推动新一轮产业革命出现，并向可持续化方向发展。