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技术创新和产业演进是工业发展过程中的两条主线。历次工业革命都源于制造技术的突破，伴随着新的人力资本投入、企业战略方向和投资结构调整，新的产业形态出现。新的制造系统思想、组织模式和资本配置方案，进一步促进了传统产业变革，同时，新的产业形态开始为下一次重大技术突破和产业变革积累量变。历次重大技术创新和产业演进如图1-1所示。
图1-1 历次重大技术创新和产业演进
（1）第一次工业革命始于18世纪60年代，主要源于蒸汽机技术的突破。蒸汽机的发明和应用为纺织业、钢铁、煤矿、铁路等制造业带来了动力源的革命性进步，也带来了商业、交通运输、通信的兴起。以蒸汽机的使用为标志，实现了生产过程机械化，开启了以机器代替手工劳动的时代，从农耕文明向工业文明过渡，技术创新也带来了社会变革。原发性国家是英国，在法国、比利时、荷兰等国进行扩散，早期影响主要在英吉利海峡两岸。第一次工业革命诞生了工业资产阶级与工业无产阶级。
（2）第二次工业革命始于19世纪下半叶，主要源于电力与内燃机技术的突破。电力的广泛运用促进了电力、钢铁、铁路、化工、汽车等重工业进一步发展，出现了生产流水线，也诞生了石油化学工业、家用电器等新产业，石油成为新能源，促进了交通的迅速发展，世界各国交流更为频繁，逐渐形成一个全球化的国际政治、经济体系。此次工业革命原发性国家是德国和美国，在欧洲主要国家相继扩散，早期影响主要产生于大西洋两岸。
（3）第三次工业革命始于20世纪40年代，主要源于半导体、计算机与互联网技术的突破。电力、化学、石油、汽车等制造业得到迅猛发展，金融、保险、物流、法律、会计等生产性服务业开始兴起，实现了生产制造、工程建设的自动化，全球信息和资源交流变得更为迅速。此次工业革命以美国为中心，早期影响主要在大西洋与太平洋两岸，随后大多数国家和地区被卷入其中，新的世界政治经济格局进一步确立。
（4）第四次工业革命始于21世纪，主要源于互联网、云计算、大数据、人工智能等新一代信息技术与应用取得了突破性创新成就，并被广泛赋能应用于传统制造业。智能制造、智慧城市、智能交通、新基建、数字农业等成为发展热点。实体经济融合数字技术，推动工业领域的数字化转型得到空前发展。“服务+互联网”的智能服务模式逐渐兴起，新材料、新能源、生物医药、新型装备等战略性新兴产业不断涌现。此次工业革命以美国、中国、日本和德国为核心，并在全球范围内产生重大而深远的影响。
纵观四次工业革命，带来的规律和影响如图1-2所示。
图1-2 工业革命的规律和影响
（1）工业革命带来工业竞争格局的重大调整。工业组织结构变化、商业运作模式重建、行业竞争模式重构，带来全球工业竞争格局的重大调整，产生的影响是全球性的。
（2）工业革命带来分工体系的重塑。前几次工业革命都始于制造业，中心国家在后期均发展出生产性服务业，并与其他国家形成分工体系，包括原材料、产品生产、装备制造与生产性服务业等环节。
（3）工业革命影响国家发展定位。不同国家在全球性分工中的初始位置不同，就会被锁定在价值链与分工体系的不同位置上。虽然会使不同国家有机会形成各自适应的发展模式与特色，但也导致国家间差距不断拉大，形成了按照经济实力和工业水平划分的不同梯队。
新工业革命给世界带来了新的发展机遇。面对第四次工业革命的浪潮，世界各国积极抢占战略高点，纷纷制定或调整国家发展战略，推动制造业发展战略和生产模式，提出了如计算机集成制造、精益生产、敏捷制造等一系列新型制造系统思想和管理模式，并根据具体国情，制定向新型制造系统转移的战略和行动规划，以求在即将到来的变革中取得主动权。国外先进制造的典型案例如图1-3所示。
图1-3 国外先进制造的典型案例
美国于2011年发布了“先进制造伙伴”计划以“确保美国在先进制造业中的领导地位”，近几年又提出了“再工业化”和“制造业回归”的口号。德国政府在2013年汉诺威工业博览会上正式推出“工业4.0”概念，推动制造业向智能化转型。日本的“机器人新战略”，欧盟的《欧洲工业战略》，英国的“高价值制造”战略、“现代工业战略”，法国的“未来工业”计划，韩国的“未来增长动力计划”，印度的“国家制造业政策”等纷纷出台。
我国由于种种原因错过了第一次和第二次工业革命，在第三次工业革命已经进行了一半的时候才开始实现工业化和现代化；经过近四十年的努力终于建立起了全球范围内最完整的工业体系，拥有了联合国定义的所有工业产业门类，为第四次工业革命打下了基础。在全球制造业转型浪潮下，我国政府于2015年审议并通过了基于我国制造业发展现状及未来合理展望而制定的“中国制造强国战略发展纲要”，以及《关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》，提出用十年时间迈入制造强国行列，并提出制造业创新建设工程、智能制造工程、工业强基工程、绿色制造工程、高端装备创新工程五大工程，指导我国企业转型。
纵观世界各国针对新工业革命尤其是第四次工业革命所采取的各种举措，虽然名称各异、侧重点不同，各有途径，但都是推动新一代信息技术和制造业的深度融合，大力加快制造业的数字化、网络化、平台化、智能化转型，强化供应链，实现向高质量、高效率、绿色高端方向发展。
（1）机械工业分类。根据国家统计局《国民经济行业分类》（GB/T 4754—2002），机械制造行业分为通用设备、专用设备、交通运输设备、电气设备、仪器仪表及办公设备五大类；根据《中国机械工业联合会大行业数据行业目录》（GB/T 4754—2002）〈2004〉，共分13个大行业、126个小行业。13个大行业是农业机械工业、内燃机工业、工程机械工业、仪器仪表工业、文化办公设备工业、石化通用机械工业、重型矿山机械工业、机床工具工业、电工电器工业、食品包装机械工业、汽车工业、机械基础件工业、其他民用机械工业。
（2）机械工业特点。机械工业与国民经济各部门密切相关，具有周期性特征，是资本、技术及劳动力密集型产业，具有以离散为主、流程为辅、装配为重点的主要特点。以传统制造业为主体的机械工业，行业门类多、行业内部子行业众多；产品覆盖范围广泛、种类多；产品结构和工艺流程复杂、配套供应链长、制造周期长。处于变革成长中的机械工业，行业内部竞争激烈，生产集中度低，技术水平参差不齐，除少数先进生产制造技术行业外，大部分行业不具备垄断性，基本属于充分竞争性行业，具有制造服务型企业特征。
（1）产业规模。据2020年资料显示：我国机械工业规模以上企业达9.2万家，企业从业人员平均人数约1600人；资产总额达到26.5万亿元；工业增加值约6.6万亿元；主营业务收入（营业收入）为22.9万亿元，利润总额为14641亿元，全员劳动生产率达41万元/人。经济总量占国内装备制造业的2/3以上，占全国工业的1/5以上。
（2）自主创新。2000年至2020年，机械工业建立创新平台241家，6000多项科研成果获国家及行业科学技术奖。在核心基础零部件制造、成型加工装备制造、工业机器人监测等方面取得突破性进展，一批具有自主知识产权的关键零部件实现了技术突破和规模应用，一批重点骨干企业通过技术改造，提升了整体技术水平，基本满足国家重大工程建设的需要。一大批自主设计制造的具有较高技术水平的重大技术装备陆续实现突破发展。节能减排、绿色制造、智能制造、服务型制造等新兴产业快速发展，在全行业的占比持续提升。
（3）产业布局。通过产业调整，实现资源优化配置，推进了产业结构的合理化和高级化发展。产业集中度、行业作用、区域平衡、完善产业链等方面都有了长足进步。例如，电工行业三大集团产量占全国总产量的70%以上。通用机械、重型机械、工程机械、农业机械等重点产业，在国家经济发展中发挥了重要支撑作用。区域产业均衡协调发展保持良好走势，形成了一大批机械装备产业集群。在产业链供应链中发挥龙头企业的引领作用，通过技术创新、产品辐射、知识输出和供应链协同等，建立紧密协作的产业生态，带动链上配套供应商和中小企业协同发展。
中国机械工业随着世界工业革命的浪潮，经历了从劳动密集型向精密制造、自动化生产、智能制造的产业发展过程，如图1-4所示。
（1）劳动密集阶段。劳动密集型生产，主要以工人为主要制造能力资源，大量使用劳动力，制造的全过程虽然也使用一些的简单工具甚至工装、设备，但是手艺的高低决定产品的性能和质量，对技术和设备的依赖度低。这一阶段，我国对机械制造业主要采取升级战略，通过广泛吸纳国际上的新型工业技术，实现落后技术群的快速升级，推动产业发展。
图1-4 机械工业的发展阶段
（2）精密制造阶段。精密制造型生产由机器动作替代手工操作，由工艺替代了手艺，实现了工序级或工位级的劳动效率与劳动质量的大幅提升。机器制造主要强调生产加工的精度，侧重人与机器的协同、人与监控系统的协同。从专用设备的功能性完善，发展到复杂加工、组装动作的流水线生产，进一步提高了生产效率和产品质量。在这一阶段，我国对机械制造业主要采取培育战略，通过政府规划和引导，用政策扶持产业发展，提升企业学习创新能力，促进企业快速成长。
（3）自动化生产阶段。自动化生产将工作的自动化和生产流程、设计连接在一起。随着计算机和信息技术的发展，出现了单片机、PLC（可编程逻辑控制器）与 PC（个人计算机）等新兴信息技术与装备在工业生产中的应用，可以完成具有复杂加工、组装动作的流水线生产，从简单的加工制品的上下游传递，发展到产品状态等更高级的信息承载和传递，为自动化技术的革新提供了必要条件。在这一阶段，我国的机械制造业主要采取跟随战略，通过紧跟技术创新的方式，不断形成并优化产业结构，推动产业高效、快速成长。
（4）智能制造阶段。智能制造将控制技术和机器逻辑引入制造过程，强调人与装置设备的互联智能协同。通过把计算机网络技术、软件技术引入制造业企业运行管理的内核之中，形成企业级乃至包括配套商、供应链和物流在内的协同制造体系。运用大数据技术、人工智能技术及互联网平台技术对制造业进行革命性改造，形成一种全新的制造形态——“云制造”。在这一阶段，我国机械工业抓住发展机遇，运用扩张战略推动工业互联网融合发展促进企业的数字化转型，努力赶超世界先进水平（见图1-5）。
图1-5 我国制造业扩张战略
科学技术的进步推动了工业革命，工业革命又推动了社会经济和企业管理的深刻变革及企业商业模式的重构，催生出新的社会生产要素和先进制造模式，推动了先进制造产业的升级，而智能化、集成化、敏捷化、虚拟化发展是我国机械工业先进制造业升级发展的主要技术路线，如图1-6所示。
图1-6 中国机械工业产业升级发展路线
（1）智能化发展。智能化的本质是数字化，是指利用数字技术将分散或孤立的设备、产品、生产者、企业等以设备链、业务链、产业链、价值链等方式连接起来，通过规则与算法形成科学的行动指令或决策，从而形成联动发展。新一轮产业变革是信息化与工业化的深度融合，是以制造业数字化、网络化、智能化为核心的产业变革。我国越来越多的制造业企业开始加快实现智能化转型，并加快促进物联网与制造业的融合发展。传统制造型企业的生产及运作方式也在不断向半自动化、自动化和智能化转变，向注重“制造”环节、注重研发、生产、供应、销售、服务等制造业全链条的全面系统化转变，成为制造业转型升级的新动能，加快了制造业生产方式和企业形态的根本性变革。
（2）集成化发展。集成化的本质是优化与组合，是把某些东西（或功能）集在一起，而不是一个设备一个功能；或是实现不同系统、不同业务、不同设备的互联互通及互操作的方法和体系。集成化操作使制造过程中的机器和设备不再孤立，它们成了同一个系统的组成部分，所有组件可以高效地协作以提高生产力。物联网（IoT）和 CPS 技术把这种集成化提升到全新的高度，并使其更广泛、更深入、更开放。制造系统控制装置不再局限于处理如材料和机器等实物和设备，而是能够实时地对大量的数据、信息和知识进行加工处理。这一处理过程是通过制造中的纵向集成、横向集成和端到端集成三个层次实现的。
（3）敏捷化发展。敏捷制造是以能够快速提供响应客户需求的产品为特征的生产组织管理模式，是指制造业企业采用数字化系统，通过快速配置产品、技术、管理、人力甚至生产线等各种资源，以有效和协同的方式响应用户需求，实现制造的敏捷性。敏捷制造需要对市场需求和市场变化做出快速响应。敏捷制造比其他制造方式具有更灵敏、更快捷的反应能力。对现代化机械企业来说，具备敏捷的反应能力是适者生存的法宝，也是未来努力的方向。
（4）虚拟化发展。虚拟制造是21世纪出现的一种新型制造技术，是多学科、多技术的综合产物。虚拟制造是在产品研发过程中利用计算机仿真技术和系统建模技术，包括CAD、CAE、CAM、CAPP等计算机辅助技术，在计算机系统中模拟物理实际，推演制造过程中发生的物理、化学变化情况，使企业可以最大限度地减少生产准备时间、降低新产品开发成本，提高产品质量，缩短生产周期，提升企业效益，从而增强企业的竞争力。机械企业常常利用虚拟制造技术来提升反应能力，虚拟制造技术也是机械制造领域中最核心的技术。
产业组织变革的直接效应包括实现规模经济、专业化分工与协作、提高产业集中度、促进技术进步和有效竞争等。我国传统产业规模以上企业占工业增加值的80%，仍然是工业经济的主体，加快传统产业的组织创新与变革，坚持新兴产业培育发展和传统产业改造提升并重，推动制造业产业链的全面提升。这其中，头部企业的内在创新力、变革引领力的优势非常明显，应当充分引导其发挥引领作用。
（1）基于供应链协同模式。带动能力突出、资源整合水平高、特色鲜明的大企业，对供应链的引领带动作用日渐明显。龙头骨干通过联合培训、标准共享、业务引领、信息分享的协同管理体系，实现供应链的协同与整合，达成多方共赢、可持续发展的供应体系，带动供应链上的中小企业更好的发展。
（2）基于创新能力共享模式。大企业通常具备人才、技术、资金的优势，可以围绕要素汇聚、能力开放、模式创新、区域合作等领域建立开放式产业创新平台，畅通创新能力，对接转化渠道，实现大中小企业之间多维度、多触点的创新能力共享、创新成果转化和品牌协同。
（3）基于数据驱动转型模式。在云计算、大数据、人工智能、网络安全等领域，数据规模大、集聚能力强的企业在实现自身数字化转型的基础上，通过建立数据平台建设，为中小企业提供数字化系统解决方案，支撑中小企业智能制造，引领行业数字化转型。
（4）基于产业生态创新模式。根据区域产业生态建立产学研协同区域创新网络，推动大中小企业针对产业、区域的共性技术需求展开联合攻关，加快共性技术研发和应用。产业生态还将打通区域内外企业的信息链和资金链，加速区域内外大中小企业创新能力、生产能力、市场能力的有效对接。
我国机械工业基本形成了以构建优质供应链为特征的产业布局，沿海、沿（长）江、沿（黄）河及沿铁路线展开的一批重要的机械制造基地。机械工业分布总体呈现东部发展水平较高、中西部发展水平相对较低的梯度态势。通过推动西部、东北部、中部、东部四大板块融通互补，从战略高度推进产业布局变革，以“一带一路”建设、京津冀协同发展、长江经济带发展、粤港澳大湾区建设等重大战略为引领，进一步推动机械工业跨区域共建的产业合作变革。
2008年金融危机之后，欧美发达国家先后启动“再工业化”进程，积极吸引本国制造业企业回流，并大力发展高端制造业。中低端制造业向成本更低的国家和地区转移。我国机械工业面临着跨国公司调整全球产业布局的挑战，同时还面临着来自南亚、东南亚地区一些新崛起国家在劳动力资源、原材料和土地等要素价格和优惠政策等方面的比较优势的挑战。当然，从全球视野来看，在不同国家和地区的差异化发展过程中，自主创新能力及产业国际竞争力的提升，推动了我国机械工业重点领域全球产业布局变革。
全球产业正在发生空前深刻的全面重构，产业的边界不断扩展、相互渗透且渐趋模糊，垂直线型的产业链条向交叉网状的生态加速演进，并日益呈现产业生态化、商业协作化、企业平台化和产品服务化的显著趋势，行业新势力、跨界新企业不断出现，在新能源汽车领域表现尤为突出。造车新势力以互联网思维见长，用非传统方式冲击人们的认知。核心竞争力表现为卓越系统集成能力，从整车工程、电驱动、车载互联网、制造、总装、部件外包，直至市场终端，采用系统集成的方式形成最优的全流程体系，有利于实现价值最大化。当然，尽管这些新势力推动了传统制造产业的跨界变革，但最终还是要在物理世界完成产品的实体实现并交付给用户，所以机械制造业不但依然是工业之母，也是最重要的工业基础，还是时代进步和技术进步的综合受益者。
环境友好型社会是一种人与自然和谐共生的社会形态，其核心内涵是人类的生产和消费活动与自然生态系统协调以实现可持续发展。环境友好型社会是由环境友好型技术、环境友好型产品、环境友好型企业、环境友好型产业、环境友好型学校、环境友好型社区等组成的，主要包括：有利于环境的生产和消费方式，无污染或低污染的技术、工艺和产品，对环境和人体健康无不利影响的各种开发建设活动，符合生态条件的生产力布局，少污染与低损耗的产业结构，持续发展的绿色产业，人人关爱环境的社会风尚和文化氛围。这些生产环境变革推动了机械行业中更多的企业注重环境友好的发展方式。
先进制造模式是制造业为了提高产品质量、市场竞争力、生产规模和生产速度，以完成特定的生产任务而采取的一种有效的生产方式和一定的生产组织形式。现代先进制造生产模式从传统的制造生产模式中发展、深化和逐步创新而来，具有鲜明的时代性。如工业化时代的福特大批量生产模式，是以标准化、低成本地提供尽量多的产品为主要目的；信息化时代的柔性生产模式、精益生产模式、敏捷制造模式等以快速满足顾客的多样化需求并保持盈利能力为主要目的；未来的发展趋势是知识化时代的绿色制造生产模式，以产品的整个生命周期中有利于环境保护、减少能源消耗为主要目的。由此，社会需求的升级推动了机械企业由传统制造模式向先进制造模式发展的变革。
党的十八大提出，用信息化和工业化深度融合引领和带动整个制造业的发展。2015年，国务院颁布制造强国战略，确立我国从制造业大国向制造业强国转变的目标，明确通过“两化融合”发展路径实现这一目标。制造业是立国之本、强国之基，建设制造强国、发展先进制造业是我国进入工业化后期的发展需要，也是顺应新一轮科技和产业革命发展的必然要求。党中央、国务院对推动中国制造向中国创造转变、中国速度向中国质量转变、中国产品向中国品牌转变，提出了建设制造强国的明确目标。
党中央、国务院高度重视制造业与工业互联网的发展。习近平总书记就工业互联网的发展多次做出重要指示。2018年以来，工业互联网连续四年写入政府工作报告，四年来，工业互联网 “为制造业转型升级赋能”的核心思想从未改变，重点从“工业互联网平台”拓展到了“工业互联网”全领域，再到工业互联网提升中小微企业创新能力和专业化水平的应用价值。工业互联网的发展线路规划越来越明晰。
围绕制造强国战略的实施，国务院、国家发展改革委、工业和信息化部、科技部、国资委等部门陆续发布“1+11”个配套文件及一系列产业发展政策，这将更有力地推动我国的工业强国建设。
为全面落实制造强国战略目标，推动产业与工业互联网融合发展，促进数字化转型，2015年以来，国务院、国家发展改革委、财政部、工业和信息化部、科技部等相关部委和各省市自治区政府部门相继出台了一系列关于制造业与工业互联网、大数据发展、智能制造、软硬件支撑、网络安全、工业互联网标识管理等文件，规划、引导、支持、促进和保障产业与工业互联网融合的全面、高效和高质量发展。
（1）规划和指导政策。国家发布了《“十四五”国家信息化规划》《“十四五”信息化和工业化深度融合发展规划》《“十四五”大数据产业发展规划》《“十四五”智能制造发展规划》；《关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》《关于深化制造业与互联网融合发展的指导意见》《关于工业大数据发展的指导意见》《关于推动工业互联网加快发展的通知》等规划和指导性文件。
（2）应用和推广举措。国家发布了《中小企业数字化赋能专项行动方案》《工业互联网创新发展行动计划（2021—2023年）》《工业互联网标识管理办法》《关于印发提升中小企业竞争力若干措施的通知》《“5G+工业互联网”512工程推进方案》《工业互联网平台建设及推广指南》《工业互联网+安全生产行动计划（2021—2023年）》《工业互联网企业网络安全分类分级指南（试行）》（征求意见稿）《加强工业互联网安全工作的指导意见》等文件；发布了《工业数据分类分级指南（试行）》等配套政策。大部分地方政府出台了关于促进工业互联网融合和数字化转型的规划、三年行动计划、上云工程等举措。