工业4.0席卷，如何蓄势未来产业？| 报告荐读

Original 光子盒研究院光子盒 2023-11-30

收录于合集 #研究报告 95个

光子盒研究院

从根本上说，技术是创造新工具和新产品的手段，而制造工具和产品的能力是人类的决定性特征。评估技术趋势及其更广泛的影响是一项挑战；同时，革命性技术也提出了许多伦理、社会和安全问题，包括人类身份、对环境的影响以及可接受战争的限度等问题。

颠覆性技术是指创造全新技术、产品或服务，并对传统或主导技术和实践产生重大影响的创新技术。持续性技术创新可以增强现有产品，促进市场增长和扩张，但在达到一定程度后，颠覆性技术创新对促进市场和技术的进一步发展变得至关重要。

充满未知的当下，技术创新是人类的破局关键，ICV TAnK作为一家专注于前沿科技领域的国际咨询机构，发布了《变革中的世界：未来产业的力量》(A Transformed World: The Power of Future Industries)报告，为全球各界人士提供参考。

要点一览

- 未来20年，技术发展的步伐和影响可能会加快，从而改变和增强人类的经验和能力。技术可以为人口老龄化、气候变化和生产率低下等挑战提供潜在的解决方案。与此同时，技术的发展和变革也将在社会、行业和国家内部和之间带来新的紧张和混乱。

- 未来几十年，对人才、知识和市场等技术优势关键资源的争夺将十分激烈。新的技术领导者或“霸权”有可能出现。

- 技术主导权的争夺与地缘政治格局的变化和更广泛的中美竞争密切相关。然而，拥有长期关注、资源和全球影响力的公司将加强其技术优势。

- 然而，尖端技术的识别和产业化使发展中国家能够利用最新突破，并在利基市场开发全球应用。这种对全球供应链的贡献将进一步加强发展中国家的地位。

Key Takeaways

/目录/

未来产业发展趋势

量子信息与军事防御变革

人工智能成为主流

智能材料与制造重新定义未来

生物技术促进快速创新

新兴技术助推商业航天产业：促进竞争还是威胁自由？

超级互联、分化和脱节的社会

“未来产业”是对人类的生产和生活具有重大影响，对社会经济产生全局带动作用的产业，具有前瞻性和颠覆性的特点，在主导全球经济增长、引导人类社会进步、提升国家竞争力等方面都有重大意义。

1）科技与行业霸权之争

随着技术的发展和变化，开发、部署、成熟和淘汰传统技术所需的时间大大缩短，从几十年缩短到几年或更短。处于颠覆性技术前沿的多个利益相关方，包括公司和国家，可能会在其他人开始定位之前就部署和利用新技术，这可能会给他们带来优势。然而，这也可能使一些参与者在面对可能具有颠覆性的新技术时，没有足够的时间了解新技术的影响并做出明智的决策。

那些试图迎头赶上的国家，尤其是发展中国家，可能会面临选择技术死胡同或被不可逆转地抛在后面的风险，因为他们可能不得不在没有充分了解下一代技术潜在影响的情况下做出选择。

2）新兴技术推动转型

量子信息、人工智能、生物技术、材料和制造技术都是具有革命性进步潜力的领域。

量子信息技术提供了一种新的计算模式，其能力超越了超级计算机所能达到的水平。然而，这项技术的发展需要克服多重技术挑战，如提高纠缠粒子的稳定性和降低量子计算机的成本。

人工智能技术提供了一种新形式的智能系统，可以改变工作方式，提高多个领域的效率。然而，这项技术的发展也需要解决多个重要问题，包括数据隐私和风险、人工智能偏见等。

3）加速技术发展和演变

随着技术的发展和变化，开发、部署、成熟和淘汰传统技术所需的时间大大缩短，从几十年缩短到几年甚至更短。

包括公司和国家在内的多个利益相关方，如果处于颠覆性技术的最前沿，可能会在其他利益相关方开始定位之前就部署和利用新技术，从而为自己带来优势。然而，这也可能使一些参与者在面对可能具有颠覆性的新技术时，没有足够的时间了解新技术的影响并做出明智的决策。

4）新兴技术推动转型

量子信息、人工智能、生物技术、材料和制造技术都是具有革命性进步潜力的领域。

这些技术进步将与能源储存等其他技术相结合，并将影响社会、经济，甚至可能影响电力本身的性质。由于这些技术具有革命性的潜力，因此必须考虑其长期后果，特别是在社会、经济和政治领域的后果。

接下来，我们将逐一介绍这些未来产业。

量子力学起源于20世纪初，常用于描述原子尺度（小于10纳米）的物质行为。量子现象是现代科技的基础，包括半导体、核能、电子显微镜、超导、光探测器以及各种医学成像技术，如功能磁共振成像和正电子发射断层扫描。激光和固态设备也利用了量子行为规则。

现代军事系统依赖于经典、统计、量子和相对论物理学。特别是第一次量子革命为今天的许多军事技术奠定了基础，包括半导体、计算机芯片、激光和现代通信。这些实际应用改变了社会和战场，但最近的进步带来了更大的机遇。在过去的几十年里，新一代量子技术慢慢出现，使量子现象更复杂方面的生产、利用和工程成为可能。这为以前无法想象的技术进步打开了大门。

另外两个研究领域也是上述三个领域的技术驱动力：

- 量子材料。其特性只能用量子现象来解释的材料。例如，石墨烯或石墨乙烯通常被称为量子材料，拓扑绝缘体或量子材料也被称为量子材料。

- 量子光学。应用量子力学来理解和利用光与物质之间的相互作用。这包括各种应用，如干涉测量、光子学、量子计算、通信、传感等。

虽然在可预见的未来，量子技术不太可能出现在大规模部署中，但它在传感器、通信和计算方面的进步将在多个领域交汇和体现。这些技术的成功将对军事行动产生变革性影响。虽然新的量子技术有可能彻底改变各国的军事能力，但大多数（但不是所有）量子技术目前还处于早期开发阶段，在开发成作战系统之前面临着巨大的技术挑战。超精确重力、磁力或声学传感器的使用将大大提高水下作战的效率，有可能使海洋变得“透明”。量子雷达可能会使隐形技术过时，提供更精确的目标识别，实现秘密探测和监视。精确计时将有助于开发（精确的）定位、路由和定时(PNT)系统，该系统可用于全球定位系统无法或无法穿透的区域，如冰层下。

量子计算在优化、BDAA、人工智能、建模和仿真等方面的计算任务中发挥着重要作用。量子计算的计算优势可以大大提高作战部队的决策和作战效率，甚至可以破解当前的加密技术和加密数据。

未来几十年，人工智能技术的发展有可能在医疗、交通、教育、农业等各个领域产生变革性影响。随着人工智能技术从狭义人工智能发展到广义人工智能，它可能在认知和创造性解决问题能力方面达到类似人类甚至优于人类的精神能力，并有可能在2040年代中期超越人类的理解和学习能力。

由于人工智能技术潜力巨大，全球政界和商界领袖纷纷在全球范围内寻找人才，投资开发人工智能技术，希望成为最早利用人工智能重塑社会、经济甚至战争的国家之一。

在高质量数据、计算能力和高速通信网络的支持下，人工智能有可能在各种应用领域颠覆行业领导者，迎头赶上，在获得利益的同时也能减轻有害影响，如对隐私和自由的威胁。人工智能技术的发展将带来大量好处，但随着它的普及，某些国家可能会获得不成比例的优势，这也蕴含着不公平和偏见的内在风险。在战争中，人工智能的广泛应用也会增加敌对势力故意滥用或升级的风险，因此应实施适当的监控和合适的政策，以尽量减少不必要的风险。随着人工智能的不断进步，对私人数据和隐私的威胁也日益受到关注，因此应采取适当的保护措施来保障这些领域的安全。

1）产业和劳动力转型

未来，随着人工智能的发展和应用，将出现新的工作机会，如数据科学家、机器人操作员、人机协作设计师等。与此同时，许多工作也将被自动化和机器人所取代。为了适应这些变化，国家和企业需要重视对劳动力的再培训和再技能培训，加大政府支持和技能培训的投入。此外，在使用人工智能的过程中，必须意识到未来许多工作中人与机器之间的协作性，以更好地支持人工智能的实施和人类劳动力的发展。

2）数据是前进的方向

随着人工智能的发展和应用，数据将成为未来行业和组织的关键驱动力。与数据相关的战略、投资和技术将决定未来的竞争力和优势。数据的获取、分类、存储和货币化将变得更加重要。作为数据提供者或数据管理者，拥有足够的技术资源和专业知识来收集、处理和分析海量数据，并利用这些数据开发新产品和服务，从而提高效率和竞争力，是至关重要的。

与此同时，数据数量和复杂性的不断增加也引发了人们对数据安全和隐私的关注，并日益成为人们重点关注的领域。

3）重新认识安全和隐私

随着数据和人工智能的不断发展和应用，隐私和安全问题变得越来越重要。要访问应用程序和使用新技术，共享个人数据变得越来越必要。然而，这些信息的共享和存储也引发了严重的隐私问题，尤其是在专制制度下。另一方面，随着人工智能的应用，解决这些问题的研究和创新也变得越来越重要。深度伪造等人工智能工具的开发可能会被用于营销和推动叙事，但也可能被滥用于操纵和扭曲人工智能的输出。因此，在开发人工智能应用时，必须格外谨慎，避免出现数据操纵问题。

4）自主决策的伦理

随着人工智能的不断发展和广泛应用，伦理问题将继续成为关注的焦点。在不同的国家和文化中，人类参与决策的程度可能会有所不同，从而导致全球对伦理问题的看法不同。此外，人工智能决策缺乏透明度可能会导致更大的风险，包括无意的偏见和歧视，更不用说蓄意操纵的可能性。因此，通过实施透明、清晰的决策流程来增强各方的信任和信心，对于推进可信赖的人工智能至关重要。

为了实现全面的人工智能能力，还需要满足技术和计算要求，如数据、算法和计算能力，并根据当地法规和隐私保护进行考虑。

5）人工智能增强战争能力

随着人工智能技术的不断进步和应用，人工智能将在全球军事系统中发挥核心作用。人工智能将增强现有武器、防御和安全系统的性能，无论是在物理领域还是在数字领域。但必须注意的是，反人工智能技术也可能被开发出来，以否定或误导人工智能的决策，从而确保人类的安全和自由。因此，人工智能的发展也意味着存在更复杂的伦理道德问题，必须认真考虑和解决。

随着智能材料和制造技术的到来，一个崭新的世界正在形成。这种新兴技术可以创造出能够感知、响应和沟通外部环境的材料，从而提高生产过程的效率和效益。这种变革为提高制造业的可持续性和减少浪费带来了巨大潜力。此外，智能材料和制造还将带来设计、工程和供应链管理流程的变革，从而提高生产力、效率和灵活性。因此，全球的企业和行业必须适应这些发展，以保持竞争力和相关性。

以先进材料和智能制造为动力的第四次工业革命，将改变从低端消费品到高端军事系统的生产世界。这场革命有望降低成本、提高质量、扩大能力、促进创新设计选择，同时还将重新定义传统产业、工作岗位、供应链和商业模式。

从更坚固耐用的飞机到超便携、功能强大的移动设备，新材料的开发将极大地改变我们设计和制造产品的方式。先进计算、材料建模、人工智能和生物材料的融合将推动这些进步。此外，这些技术之间更好的连接性将使知识和进步在全球范围内得到无缝传播和获取。

材料科学和制造业是一个相辅相成的循环，其中一个领域的进步会推动另一个领域的进步。当前的周期虽然已经取得了重大进展，并有可能在未来几十年继续增长，但智能材料与先进制造的结合将进一步加速这一周期。连接性的增强将在正反馈循环中扩大这一演变的影响。

归根结底，这场革命有可能极大地提高人们的生活质量，但同时也会带来新的挑战和机遇，我们必须驾驭这些挑战和机遇。

预测和操纵生物系统的前景正在推动医疗保健、农业、制造业和认知科学领域前所未有的创新。在自动化、信息和材料科学进步的推动下，到2040年，生物技术领域将实现大幅增长。

生物技术有可能减少疾病、饥饿和对化石燃料的依赖，同时改变我们与环境和人与人之间的互动方式。借助这项技术，社会可以彻底改变我们生产食物、产生能源和照顾自己的方式，为一个更加可持续、健康和公平的未来打开大门。

虽然生物技术的变革潜力是不可否认的，但围绕其使用的社会和伦理问题也需要仔细斟酌。必须解决市场、法规、安全和道德等方面的问题，如围绕转基因作物和食品的问题，以确保这些创新成果的利益得到公平分配，并确保其使用符合社会价值观。

归根结底，生物技术的未来在于它能否在保护自然界完整性的同时，解决当今社会面临的一些最严峻的挑战，包括气候变化、粮食不安全和医疗保健。通过采取细致入微、深思熟虑的应用方法，第四次工业革命有望开创一个创新的新时代，在未来几十年中促进人类和地球的健康与福祉。

据预测，生物技术将继续为经济增长做出重大贡献，到2040年，生物技术对全球国内生产总值的影响有可能进一步扩大。随着生物技术在农作物生产和食品加工中的应用不断增加，农业和制造业有望从这些进步中获益。在美国，生物技术经济的年收入估计已接近1000亿美元，预计在未来几年，该产业将通过技术创新和增加投资创造更多的经济机会。

在欧洲，生物技术产业对整体经济的贡献估计高达10%，重点是开发新产品和服务，以应对从粮食不安全到医疗保健等一些最紧迫的社会挑战。随着生物技术在这些领域和其他领域的应用不断发展，生物技术产业推动经济增长和社会繁荣的潜力将更加明显。

到2040年，航天工业预计将在新兴技术方面取得重大进展，利用现有能力推动商业应用和新应用。通信、导航和卫星成像等服务将变得无处不在，提供更强的功能、更低的成本和更高的效率。政府和商业实体的努力可能会在太空领域创造新的竞争领域，尤其是在美国和中国之间。

随着技术进步不断重塑太空产业，人工智能、机器学习和5G连接等新兴技术将在实现新的商业模式和应用方面发挥重要作用。这些发展有望彻底改变资源开采、基础设施建设和救灾等行业。

然而，太空经济的扩张并非没有挑战。治理和监管需要跟上这些新技术的步伐，与太空商业化加剧相关的风险也需要谨慎管理。尽管存在这些问题，但一个蓬勃发展的太空产业的潜在利益是巨大的，创新和增长的机会也是丰富的。随着政府、行业和社区的持续投资与合作，未来的太空探索与发展必将充满新的可能性。

到2040年，世界将拥有前所未有的大量设备、数据和互动，跨越政治和社会界限，连接现代生活的各个方面。快速连接和全球访问将为国家、公司甚至个人提供以前只有繁荣国家才能获得的服务和资源。这个高度互联的世界已经初具雏形，下一代网络、持久传感和无数技术将在拥有数十亿联网设备的全球系统中融合。例如，今天无处不在的监控摄像头将带来明天的智能城市，光学和其他传感器与人工智能相结合，将监控全球人类、车辆和基础设施的移动。

据估计，今天的物联网(IoT)只是超级互联未来的前奏，到2025年，互联物体的数量将超过2018亿个，到2064年将达到惊人的20250亿个。由于这些设备都是实时监控的潜在来源，广泛监控的潜力比以往任何时候都要大。

展望未来，下一代移动网络(5G)将为高度互联的世界提供支持，每平方公里可支持多达50,000台设备。与现有蜂窝网络支持的60,000台设备相比，这是一个显著的增长。速度更快的网络即将出现，有可能进一步增加可连接设备的数量。

联网传感器将变得越来越无处不在，预计到2025年将有超过2020亿台设备投入使用。随着地面网络数量的增加，再加上天基服务的增长，全球联网设备的数量预计将达到数万亿，最终数量预计将达到数百亿。

总之，超级互联的未来将彻底改变我们的生活、工作和交流方式。有了物联网奠定的基础，下一代技术将支持以前无法想象的连接水平。5G网络的兴起和天基服务的发展将进一步增加可连接设备的数量，从而形成一个高度互联的全球系统，将人、物和环境跨越国界和边界连接起来。未来的可能性是巨大而令人兴奋的，新技术、新发现和新进展将改变我们所知的世界。

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