最有可能引領第四次工業革命的是哪種技術?

人類歷史上,第一次工業革命是因為蒸汽機的發明,第二次工業革命是因為電氣技術的發明,第三次工業革命則因緣於互聯網和集成電路等。

目前許多技術都很熱,比如3D列印、雲計算、人工智慧、量子技術、智聯網等等。有些人認為3D列印能引領第四次工業革命,有人則認為是人工智慧。

那麼在諸多新興技術中,最有可能引領第四次工業革命的是哪種?為什麼?


與前三次科技革命均由生產端技術的變革所推動不同,第四次科技革命是由客戶端的價值需求反向推動生產技術的變革,這裡的所說的生產已經不僅僅是傳統意義上的生產產品,還包括以產品為載體去不斷地生產服務和價值,這是一種思維的轉變。

所以本次工業革命的結果並不是誰將取代誰,而是誰將依附於誰,產業內部以至於不同產業間將會深度融合,最終以直接面向用戶價值的一方為核心實現生產活動的協同,是一種新的生產關係和競爭力的格局。

雖然這一次工業革命並不能簡單的用一個明確的代表性技術或「使能技術」來定義,但我們認為, CPS(Cyber-Physical System,信息物理系統)將成為第四次工業革命實現工業智能化升級和價值轉型的根基。

美國早在2006年就提出了CPS的概念,並將此項技術體系作為新一代技術革命的突破點,德國也提出工業4.0的核心技術是CPS。今年3月1日,我國工信部正式發布了CPS信息物理系統白皮書,將CPS定義為支撐工業和信息化深度融合的一套綜合技術體系。那麼CPS究竟為何物?

圖片來源:《信息物理系統白皮書(2017)》

什麼是CPS?

簡言之,CPS是人工智慧最高層的智能系統,是知識的模型和可傳承的記憶。

例如,無人飛機在飛行的時候,對地形進行了掃描,從而知道不同的地形會因為季節不同而發生不同的變化,就像河流、樹木更容易被雪覆蓋。通過掃描地形,CPS同樣可以告訴飛行員樹與河流、山丘的具體位置,所以CPS是超越感測器的一種記憶建模,可以解決一般人工智慧、感測器解決不了的問題。

工信部《信息物理系統白皮書(2017)》指出,CPS(Cyber-Physical System,信息物理系統)是通過集成先進的感知、計算、通信、控制等信息技術和自動控制技術,構建了物理空間與信息空間中人、機、物、環境、信息等要素相互映射、適時交互、高效協同的複雜系統,實現系統內資源配置和運行的按需響應、快速迭代、動態優化。

其本質是構建一套信息空間與物理空間之間基於數據自動流動的狀態感知、實時分析、科學決策、精準執行的閉環賦能體系,解決生產製造、應用服務過程中的複雜性和不確定性問題,提高資源配置效率,實現資源優化。

圖片來源:《信息物理系統白皮書(2017)》

我們可以把這一閉環賦能體系概括為「一硬」、「一軟」、「一網」、「一平台」。

圖片來源:《信息物理系統白皮書(2017)》

為了更好的理解,我們把四大核心技術要素與人體類比,其對應關係如下:

  • 一硬:感知和自動控制——數據閉環流動的起點和終點。

    感知:與人體類比,是人類接收外部信息的感知器官,提供視覺、聽覺、嗅覺、觸覺和味覺這「五覺」。

    自動控制:根據指令信息完成特定動作和行為的骨骼和肌肉可以看作是控制的執行機構。
  • 一軟:工業軟體——思維認識,是感知控制、信息傳輸、分析決策背後的世界觀、價值觀和方法論,是通過長時間工作學習而形成。
  • 一網:工業網路——徑路脈絡,像神經系統一樣傳遞信息。
  • 一平台:工業雲和智能服務平台——決策器官,像大腦一樣接收、存儲、分析數據信息,並分析形成決策。

任何產品都可以存在於虛擬和實體兩個世界,虛擬世界中的代表實體狀態和相互關係的模型和運算結果能夠更加精確地指導實體的行動,使實體的活動相互協同和優化,實現價值更加高效、準確、和優化的傳達。如何在虛擬世界中將實體的狀態以及實體之間的關係透明化,就是CPS技術誕生的目的和意義。

圖片來源:《信息物理系統白皮書(2017)》

為什麼是CPS?

製造業核心競爭力轉向賽博(Cyber)空間

無論是國家還是企業,其製造的核心競爭力歸根結底在於「知識」和「價值」兩個方面:

一方面,隨著製造系統不斷複雜化,人們發現依靠人類的經驗和學習來實踐和積累新知識的速度已經無法滿足發展需求。

另一方面,製造系統的價值也從過去的提供標準化產品,轉向提供滿足用戶定製化需求的產品和服務,這對當前製造系統從「產品交付」轉向「價值交付」過程中的效率也提出新的挑戰。

於是,人們開始從一個新的空間——賽博空間中尋找答案。未來企業之間的競爭將從實體空間向賽博空間轉移,在賽博空間的科技和價值布局將決定一個企業是否具有永恆的競爭力。

而CPS信息物理系統的核心正是在於「融合」,包括「實體系統」與「賽博系統」之間的融合、在技術層面的多種既有和新興技術的融合,以及在分析層面中的傳統專家知識與人工智慧之間的融合等。

傳統智能化技術遇瓶頸 CPS滿足工業智能的可成長性

1、傳統智能化技術遇瓶頸

傳統技術手段下的智能系統正在逐漸遇到瓶頸:這些系統更加側重於功能性的設計,解決的大多是可見世界的問題。系統根據預期與實際之間的誤差作為反饋控制的依據,而所謂的預期,取決於驅動這個控制系統的模型。

也就是說,我們所能進行智能控制的都是能夠被建模的事物。然而,真實世界中的環境和目標都有很大的未知和不確定性,我們的模型如果不能夠去管理和避免這些不確定性,就不能夠稱為真正的智能。

2、CPS滿足工業智能的可成長性

真正的工業智能應該是機器能擁有自己獨特的思考分析方式,能夠掌握像人類大腦一樣的認知能力。

工業智能的主要目標是使機器能夠勝任一些通常需要人類智能才能完成的複雜工作,而不是作為信息的集成展示工具,將更多的問題更快的呈現在人類面前,等待人類決策。工業智能的意義在於減輕人類的負擔,而不是提高人類的工作強度。

因此,智能化的工業系統需要具備以下四個基本的概念:

1)面向環境的智能:感知和預測環境的變化及不確定性。

2)面向狀態的智能:對自身狀態的變化和影響性能及風險性的因素進行評估和預測。

3)面向集群的智能:包括與環境中其他個體之間的配合和協同,以及從其他個體的活動中學習新的知識和經驗。

4)面向任務的智能:從if-then 到what-if的過度,不僅要完成目標,還要懂得預測和管理所引起的不良結果。

而CPS面向工業智能,具有以下幾個特性,滿足工業智能的可成長性:

  • 具備自省性的能力,感知和預測自身狀態的變化。
  • 為工業設備賦予「EQ」,實現設備活動的協同智能。
  • 從對已有知識的管理和利用中獲得新的知識。
  • CPS實現工業智能的根本價值:無憂的環境。

Tips:「實體空間」vs. 「賽博(Cyber)空間」

實體空間是構成真實世界的各類要素和活動個體,包括環境、設備、系統、集群、社區、人員活動等。

賽博(Cyber)空間是上述要素和個體的精確同步和建模,通過模型模擬個體之間和與環境之間的關係,記錄實體空間隨時間的變化,並可以對實體空間的活動進行模擬和預測。網路空間的成長需要依靠實體空間活動所產生的大量數據,在CPS的自成長體系下,網路空間的價值和能力將不斷得到提升。

因此,實體空間和賽博(Cyber)空間的關係是相互指導和相互映射的關係。

圖片來源:李傑等《CPS新一代工業智能》

案例分享:中國船舶工業系統工程研究院CPS應用

船舶一直以來被當作一個商品,生產者製造,使用者購買。使用者有錢,製造者就有利潤,反之亦然。但是,換個思路,把船舶看作一個載體,是船舶產業鏈都需要的一個礦山,面向產業鏈的需求,重新設計船舶的感知,把數據的貧礦改造成富礦,建立數據知識化,知識價值化的基礎,再建立一個合理的模式,實現產業鏈的共同發展而不是零和博弈新模式,或許是產業轉型的一種思路。

同時,船又是活動主體,船、岸、船員,構建了生態鏈的實體空間,在船舶這個實體空間中,構建一個小的CYBER空間(智能裝備),相對應地在賽博空間之中,形成雙向映射,滿足控制、管理和決策的需求,並與大的CYBER空間協同,實現體系的能力。

中國船舶工業集團在2014年與IMS聯合成立了海洋智能技術創新中心,開始探索「5S"的海洋大數據創值體系, 5S體系包括環境(Sea)、船舶(Ship)、系統(System)、智能(Smart)、服務(Service),針對每條船運行時的天氣、海浪、風等參數建模,形成海浪跟耗油的關係模型,根據分析的結果來優化航線和速度,即把這些數據通過技術的創新變成服務的創值。中船集團歷時5年開發的SOMS系統在2015年中的示範應用中平均降低3.7%的油耗,並達到90%故障預警準確率,這樣可以幫助航運企業用戶大幅減少運維成本。

文章部分內容整理自《信息物理系統白皮書(2017)》、李傑、邱伯華、劉宗長、魏慕恆等《CPS新一代工業智能》


可控核聚變/量子計算機/人工智慧

以上都有可能。


別瞎猜了,人們還在第一第二第三次工業革命中掙扎,第四次還沒有影子。


工業革命無非兩種,要麼改變能源利用效率,要麼改變生產組織模式。

1.Perovskite或仿生系統引領的高效率太陽能電池。這個實現的時間應該略早於可控核聚變,想一想把現有太陽能電池板的效率翻三倍是什麼概念。

2. 可控核聚變。

3. 商用量子計算機/神經網路。

4. 人工智慧背景下的全自動生產線。


1.必須是通用技術,應用於很多行業(食品生產、服裝製造、交通運輸等)。

2.必須讓生產效率極大提升,引發巨大變革。還可能造成率先掌握該技術的國家稱王稱霸。

照兩項標準,可能的備選技術有:

1) 低成本、分散式太陽能電池。能源是世界的基本問題,不管你用煤炭石油天然氣,還是頁岩油頁岩氣可燃冰,還是太陽能解決,都需要解決。太陽能電池成本每年都在降低,想像一下太陽能成本降低到低於傳統化石能源,將會如何?

2) 量子計算機+量子通信。如果基於二進位的計算機、互聯網算一次通用技術革命,那麼基於量子計算的量子計算機+量子通信是革命2.0版本。

3) 深度學習+語音識別+圖像識別+機器人。工業革命以及之後的技術,代替了很多體力勞動,製造業被改造,生產率成百上千倍暴增;但服務業生產率,與100年、200年前相比,並未百倍提升。這正是深度學習+語音識別+圖像識別+機器人需要解決的問題。

4) ……還有哪些技術,可在評論區留言。

對未來感到迷茫和無所適從?微信搜索 未來知識圖譜(ID:futureknowledge),回復「投資未來」獲取《未來五年,這7個行業將爆發性增長》


應該是量子計算機

可控核聚變雖然很Promising,但科學家們效率太低了,讓他們50年自己玩去吧


核聚變一旦商業化肯定會引領一次工業革命,但按這三十年又三十年的尿性,估計不會是第四次。


可控核聚變


基因工程


工業革命的本質是什麼?

用科學技術手段帶來生產力的提升或解放,並改善人們的生活。

第一次帶來的蒸汽機,提升了生產效率,帶來的蒸汽火車輪船讓人與人之間的溝通加快。

第二次來帶的電力,也是如此,飛機也是發明。

第三次信息產業革命極大的提高了人與人之間的交流速度,並由計算機的算力,帶來了各個學科的突飛猛進。

這三次工業革命還有個特點在於,他們都是循序漸進的,不是一蹴而就的。在最初的幾年裡的形態,和後來的形態差別非常大。

從我的物理專業角度來看:

量子計算機,雖然在計算上很有優勢,但應當不足以作為生產生活質變的動力。同時它也確實會深刻影響人們網路安全。

新能源,一家無人機從離家3公里的倉庫起飛送貨,和從離家10公里的地方起飛送貨,完全是兩個續航概念。能源的充沛(價格意義上的充沛是廉價,能效意義上的充沛是指微小體積帶來的巨大續航)會使得物流變得非常迅速,同時工廠也可以精準開工。往年那些異想天開的舉動,比如撒哈拉沙漠改造計劃都有可能通過大量的海水淡化工程去解決。糧食問題也可以徹底解決,一平方公里的土地疊上幾層樓高當幾平方公里解決。

3D列印,從前覺得這個詞很高大上,直到我實習時自己操作了一番才發現根本不是這麼回事。3D列印可以改善生產,但是離全面普及還有非常遙遠的距離,無論從技術上說還是從商業上說。比方說我能列印手機殼,但我列印不了攝像頭或晶元,而我們的目標應該是直接列印出一台手機的所有零件並實現機器自動拼裝。

人工智慧,這個可以,同時人工智慧目前本質上還是用計算機解決問題,和用機器代替人生產本質上是差不多的。目前還在量變的積累期,如果哪天30%以上的生產或服務是人工智慧在處理,那就是質變了。

智聯網,本質和人工智慧是聯繫在一起的,也有可能。

最後回到問題上,誰都有可能性,它們加在一起才算是下一次工業革命。當然我們更關心的應該是哪個更能為我們帶來財富。從這個角度來說,首選人工智慧。


審題,

工業革命是「工業」革命,不是「科技」革命。

先說工業是什麼,我認為工業就是收集原料——運輸——加工,到加工為止,之後的銷售渠道、市場營銷這些都是關聯服務。

第一次是蒸汽機,第二次是電氣技術,第三次是計算機、核能、生物技術、空間技術,第三次工業革命被賦予了太多內容,我認為這個說法有誤,一下蹦出這麼多內容,哪一項是核心?

核能是能源革命但仍舊使用二次工業革命的技術輸送能源,工廠模樣都沒變就說是工業革命太牽強。生物技術=工業,喵喵喵?空間技術是工程成就靠工業支撐而不是工業革命。

我認為第三次工業革命只有計算機和集成電路技術,只有這一項讓工廠和運輸發生了巨大變化。

我把問題集中在了工廠和運輸,那麼下一次工業革命在哪?

我認為是3d列印技術,現有的工業生產模式是工廠靠近原材料產地靠近市場,預測或根據訂單流水線生產,當有一天3d列印技術能夠列印金屬、集成電路和晶元的時候,工廠可能會搬到社區便利店甚至個人家裡,大到汽車、小到手機、指甲刀,消費者只需要郵購些無法列印出的配件,其他都交給3d列印,原材料就像墨粉、桶裝水一樣出售。

達到這樣,才稱得上「第四次工業革命」


材料,一切源於材料!


當然是ai了

看看前幾次,什麼叫工業革命?

生產效率提升

意味著什麼?

取代人力

你說人還有什麼能被取代?


絕對不可能是偽化生。


毫無疑問是生物技術,就在本世紀末


第一次工業革命:蒸汽

第二次工業革命:電力

還是能源領域的飛升才能配得上工業革命這個詞。

所以我也投可控核聚變一票。

AI,量子,生物什麼的還是差點,畢竟沒有能源,一切都要歇菜。


先從生產力來談一下

未來的生產力會超高,隨著智能化發展之後,生產力是一定會大於需求的,而市場經濟本身有一個滯後性,所以到那時,市場經濟將是一種阻礙,通過網路的持續發展,所有商品會變成按需生產,需要什麼,生產什麼。工廠都是智能化,無需人員,用戶的需求會要求工廠自動生產,然後進行派送。

由於沒有人工成本,所有商品的價值就簡化了,商品=能源。

注意了,注意了!

所有商品都是由能源的轉移或轉化而成。

所有商品都是。例如一台電視,由各種資源經過加工而成,而資源需要能源進行轉移,形成商品。

所以最終的革命,必須是能源革命。只要有源源不斷能源,那些機器人,所有的智能加工,都是靠能源形成所有的一切。


肯定是生物科技啊,你們小時候沒學過21世紀是生物科學的世紀么?


題主已經列舉了很多高新技術,我只是列舉一些題主沒有提到的,但是確實也很有可能改變現有工業模式的技術,一個是納米技術,一個是超導


一定是生命科學的技術。


推薦閱讀:

怎麼選購3D掃描儀?
我是一個機械愛好者,從小比較喜歡DIY各種東西,但有時候苦於找不到材料?
請問什麼是3d印表機?
3D列印技術全面普及時候模具製造還會有出路嗎?
3D列印技術列印的房屋建築,會在不遠的未來取代正常的房屋嗎?

TAG:人工智慧 | 3D列印 | 工業革命 | 量子計算機 |