作者：王延峰
出版社：上海交通大学出版社
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无界：智能时代与业态创新试读：
前言
撰写这本书，从构思到完成，前后用了整整两年。在这个速食的年代，我承认，已近乎漫长。
此刻，过去与学术界、产业界、风险投资行业以及各路创业精英们一次次的交流讨论、那些思想激烈碰撞所迸发出的火花，依然历历在目。接近完稿阶段，重新审视，又发现此前很多的认知已发生了改变，笔下的文字则更是在不断地斟酌和提炼之后已与初稿判若两文。这着实令人感慨，我们正身处于怎样一个有趣、多变且快速更迭的时代。尤是如此，才使我更加肯定了两年前的写作初衷。
我本身是管理学出身，长期以来的工作与数字媒体、媒体大数据等紧密相关，执教于上海交通大学电子信息与电气工程学院后，又有了机会与众多杰出的工科教授和年轻的创业者们深入合作与交流。这样的经历让我得以从管理学的视角透视信息学科的技术问题，同时，又能从技术演进的角度去重新思考管理学的实践与变革。我的个人经历，加之时代赋予我的机遇，使我有机会不断观察和思考，并最终促成了本书的写作。
历史是一面镜子，本书的第一章和第二章通过对世界和中国经济发展与技术创新演进的历史脉络进行梳理，向读者呈现了一种发展的逻辑，从历史发展的纵向维度和国内外对比的横向视角，于第三章展开了对数字经济时代新业态的讨论。数字经济时代与过往的最大不同，在于数字化的信息这一新生产资料的产生。围绕信息的收集、分析、传播与利用，加上信息与传统生产资料、特别是劳动力和资本的相互作用，形成各种新的经济活动。回顾整个世界经济发展的历史，我们可以看到，第一、二次工业革命更多的是以能源动力的革命为表征，由能源动力在某个领域的突破，带动某一产业的兴起，从而实现国家的经济繁荣。这一规律在以互联网为代表的新兴技术出现之前，颠扑不破。而当人类社会进入以互联网为代表的数字信息时代，作为供给方的产业和需求方被同时作用，经济发展呈现出了新气象：西方主流国家仍然在走通过技术进步推动行业发展的套路；而在中国，则涌现出了一大批互联网相关的商业应用创新业态，这些商业创新反过来倒逼基础技术、底层设施的变革与创新。在我看来，这是建立在几亿互联网用户群的需求红利基础上的、独具中国特色的、以互联网为代表的数字经济发展之路。
既然发展规律发生变化，行业背景发生变化，管理实践也呈现出不同特征。比如，企业面临的数字化变革挑战、互联网技术和思维的影响、数字化技术的市场新机会以及资本市场的作用等等。企业管理者面临着诸多前所未遇的挑战，
包括新旧管理功能的协调、知识信息的搜索应用和管理、商业模式再定位、以及商业生态系统的构建与参与。传统管理学理论多是建立在传统企业实践基础上的，面对这些新实践中的变化和不确定性，亟需新的战略管理思维工具去帮助管理者思考。这些就是本书第四章的主要内容。
为了让读者们更好地理解我的观察和想法，我引入了三个案例：选取我所在未来媒体网络协同创新中心两个科研团队的技术攻坚领域——数字媒体和车联网，从技术和业态交互角度向读者展开这两个业态的新变化和趋势；同时我还邀请英国电信的两位专家朋友Michael Cooper（BT Radianz CTO）和主任研究员李泉博士，分享了关于他们在金融市场的信息技术应用趋势多年来的观察与总结。
在此，非常感谢国家自然基金委副主任、北京大学教授高文院士，高院士同时还担任我们未来媒体网络协同创新中心的首席科学家，因而有机会近距离地向学术大师学习、交流，聆听高院士的每一场学术报告。与他每一次的交流学习，都像一场中医理疗，打通了“任督二脉”，使我可以从更高的层次领略信息技术的发展与演进。
衷心感谢上海交通大学原副校长张文军教授，是他引领我进入了信息产业领域，某种程度上，他是我开启信息技术变革管理实践思考的启蒙者。同时，作为我们团队的领导人，张老师一直以来给予我很多包容和鼓励，让我有信心在工科与商科融合研究方面跨步前行，他所彰显的学者风范和情怀，更是我生活中的楷模。
衷心感谢吴军博士于百忙之中拨冗为本书作序，我在2014年前就与吴博士相识，亦师亦友，吴博士是“科技人文并蓄、学贯中西”的大家。吴博士的畅销书从《浪潮之巅》《数学之美》《文明之光》《大学之路》到最近的《智能时代》，我都一一拜读，且不止一遍，每一次读来都是酣畅淋漓，有醍醐灌顶之感。我与吴博士还联合担任了安泰经济与管理学院“互联网+训练营”的责任教授，截至目前已圆满完成了四期学员的培训和交流，每一期学员近乎百里挑一，取得了业界空前的关注和巨大的影响力。过程中，我本人也从这些“85后”、“90后”创业者身上学到很多。
最后，我要特别感谢我的团队成员，李泉博士和惠慧老师，她们对此书的写作贡献巨大。我们差不多每个月都会碰头开一次“神仙会”，在与两位才女天马行空的交流畅想、热烈讨论后，都会找到新的视角观察产业变迁，形成不同的观点解读业态创新，这些都奠定了本书写作脉络的基石；同时，还要感谢协同中心的朱颖瑛老师以及我的师弟周嵩安博士生，在观点总结、文字凝练等方面他们做了大量的工作。《双城记》开篇有语：这是最好的时代，这是最坏的时代。我想，用来形容我们身处的当下这个时代是最贴切不过的了。无论是与EMBA学员，还是与不同行业高层培训的学员交流，我经常会用这句话作为课件的结束语。我一直有一个观点，科技进步带来了社会进步，同时也减少了就业岗位。每一次工业革命都会催生新产业、摧毁旧产业，而新
产业创造的新岗位又远远少于旧产业消灭的岗位，而且一次比一次来得猛烈。当然，科技进步创造的社会总财富增长会满足每一个人的温饱等基本需求，包括不工作的人。但如果想在这个世界留下痕迹，就需要持续不断地学习，更快地适应科技进步与社会变迁，对于这些人，这是最好的时代，反之，就是最坏的时代。
这是一个资本掠夺的时代，这更是一个科技掠夺的时代，以互联网为代表的新兴信息技术在变革着每一个行业，正如我最后为本书定名为《无界》一样，现在和未来，行业界限越来越淡化，学科界限越来越模糊，甚至MIT等国际知名高校都在打破学科和专业的设置，采用更加灵活、更加综合的人才培养模式。我记得传统行业的人称呼互联网行业的人为“门口的野蛮人”，既然无界，就不存在“门口”了。全球融合，世界大同，我们进入了无界的时代！
在写作本书的过程中，我和团队成员实地到华为、海尔以及“互联网+”实践的典范红领集团等企业去调研，我深刻地感觉到越深入管理实践，越思考学习，就越能感受到实践变化之快和管理之复杂。由于本人学识和认识的局限，本书有很多不足之处，算是抛砖引玉，希望借此契机与企业经营者、管理学学者以及从事技术研究开发的专家共同分享，引发更多更深层次的思考与交流。王延峰2016年12月15日于上海管理探究Management Exploration
纵观世界经济的变革和中国发展的历程，技术演进与业态创新像一对“孪生兄弟”，共生共长；进入数字化信息盛行的时代，技术演进必将带来一轮新业态的兴起，产业间藩篱被逐渐打破，商业生态系统不断演进繁荣。这些涌动的商业变革，促使业界精英不断地探寻企业实践相关的管理之道，也推动管理理论研究不断探索与之相应的管理理论，以期能更好地认识新业态规律，并对其发展的趋势有所洞察。第一章世界经济的变革概述
自18世纪英国工业革命，世界经济开始从数千年的农业经济转向崭新的工业经济时代，开启了人类社会经济快速发展的新篇章。工业革命的本质就是通过更具生产效率的机械来取代传统的手工业生产，并在此基础上引发生产模式的重大改变。新的生产模式不再是家庭作坊式的个人生产，而是将众多工人聚集在一起的工厂化生产。由于机器是这一次科技与生产革命最为显著的特征，因此这一时代也被学者称为“机器时代”（The Age of Machines）。
以科技发展带来的能源变化为标志，许多历史学家认同在人类的历史上已经出现过两次工业革命，即以蒸汽机为代表的第一次工业革命后的“蒸汽机时代”，以及第二次工业革命后的“电气时代”；同时，许多学者认为人类社会目前正处于第三次工业革命的浪潮之中，即互联网技术与可再生能源相融合的全新阶段。这一革命正在逐渐改变人们的生活和生产方式。尽管传统的“三次工业革命”划分能在一定程度上帮助我们了解世界工业已经发生的变革，以及未来的发展方向，但是为了让本书的读者们能够更深入地理解过去200多年中世界经济社会范式发生的变革及其内在逻辑，相对于上述分类，本书更愿意借鉴2001年出版的Freeman和Louçã的著作As Time Goes By From the Industrial Revolutions to the Information Revolution所提出的“五次经济范式变革”的提法，同时提出，第六次的经济变革正在孕育和发展之中。
历史学家和经济学家大都认同这样的观点，即在经济发展的某一个历史阶段，一个国家内部的产业发展是非均衡的。也就是说，某些产业会率先发展，其速度远远超过了平均产业增速，成为对应历史阶段的领先产业。这些领先产业在过去两百多年的工业发展史中，呈现出以下两个特征。
特征一：创新引领
这些产业不断地对其所在领域的核心技术进行创新，从而改变了传统的主导技术集，并进一步通过长期的工艺创新不断地改进产业核心技术。这种渐进式和突破式的创新，为特定领域的健康发展创造了巨大的经济与社会价值。通过更高效的生产方式、更出色的产品质量，以及更低廉的制造成本，使得产业赢得了更大的消费市场，产业规模与从业人员数量都不断增长，而消费者也从这一提升过程中获得了更多的价值。
特征二：技术扩散、被模仿
这些领导性产业往往还充当着广义技术扩散的角色。由于这些产业的发展速度远高于其他产业，因而吸引了其他产业在位企业和潜在进入者的注意。它们往往试图学习领先产业取得的经验（包括管理经验、技术模式、制造技术等方面），并试图在自己所处的行业中应用这些宝贵的知识，发展出适合本产业特征的新型专业化设备、技术和管理模式。
从一国经济发展角度来看，领先产业的技术创新扩散对经济发展是有利的。其中，开放式的创新环境与其他产业主动式的知识与技术搜索也扮演着非常重要的角色。首先，如果领先产业在演化过程中的知识完全局限于产业内部，其他产业的企业家就无法观察到这些新知识与新技术，那么也就不可能出现新知识的快速普及，以及在此基础上的适应性开发；其次，如果其他产业中缺乏主动的学习者，那么这些产业往往会继续按照既有的主导设计技术轨道向前发展，难以突破传统所带来的惯性，也就难以实现新技术的迅速扩散。也就是说，开放式的创新环境与其他产业的主动学习者加快了新技术扩散的速度，并增加了覆盖的广度。例如，推动早期英国棉纺织工业飞速发展的机械技术，如果缺乏开放的创新环境与主动的外部学习者，就不可能演变成为席卷整个英国和世界的机械革命。蒸汽机技术的扩散也同样印证了这一现象，早期的蒸汽机主要使用在矿山，随着技术的不断改进，铁路、纺织等其他产业发现这种新动力技术在提升工作效率方面的优势，从而将这种技术引进本产业当中，通过开发适应性技术，才使得人类走入了蒸汽动力时代。
随着越来越多的学者和政策制定者认识到，技术创新及扩散对国家和区域经济发展的重要影响，学术界对创新理论的研究也越来越深入。政治经济学家约瑟夫·熊彼特被认为是创新理论的奠基人，他对创新类似于生物遗传学中“突变”的认识，影响了后来众多学者对创新的认知。他认为，创新与生物学的“突变”一样，会产生“创造性破坏的过程”，即企业家通过不断地破坏现有的经济生产结构，创造出新的结构，推动产业与经济的快速发展。图1-1 约瑟夫·熊彼特
此外，突变不可能在所有的产业领域同时发生，必然是在经济体中某一个或者某几个产业领域中首先出现，并随着这些产业的飞速发展，为其他产业提供创新的素材。同时，这些新要素的成功商业应用也会推动其他产业的快速发展。例如，机器设备在棉纺业的成功应用为其他产业的机械化提供了可参照的模板，衍生出了新的生产方法；钢铁制造业的持续创新不仅极大降低了生铁和钢材的生产成本，还提升了材料本身的性能，从而为其他产业提供了稳定、可靠、性价比高的原材料；铁路公司的飞速发展为其他产业的大规模企业提供了组织结构、管理方法等方面的借鉴；电气化产业的发展推动了基于电磁学应用的全新产业大量出现，创造出了新的消费和工业市场。
本书不同于其他专注技术创新研究的著作，侧重于以业态为论述抓手，从技术演进和业态创新的交叉梳理中，试图阐述出两者的逻辑关系，特别是新业态的形成逻辑，并引出对新出现的管理问题和理论范式的讨论。本书中所阐述的新业态的出现，实际上是产业内外部企业积极应对产业传统技术领域和经济范式挑战的结果。传统的产业理论则认为会有两种情形存在。（1）新业态所带来的新技术对原产业链的影响
新业态所带来的新技术（广义的技术，包括传统的技术、管理技术、市场技术等）能够与原产业的主导技术集融合，从而创造具有某些新特质的产品或服务，并往往会导致产业链和价值链中出现全新类型的企业，即新的主体嵌入到了原有的产业链和价值链中。例如，早期的特殊机械制造本身只是棉纺织工业的价值链主体。随着机械的优势被更多的产业所认知，机械制造开始与更多传统的生产技术相结合，从而形成了利用机械产生价格低廉、质量稳定的产品类的新业态。而机械制造企业也开始成为新产业链和价值链中不可取代的新组织。（2）新业态所带来的新技术对价值体系的影响
新业态所带来的新技术是对原产业的主导技术集的部分替代，导致原产业集中部分技术及其知识积累丧失了原本的价值。这种替代通常反映为新的价值体系的构建。但是，新价值体系是否以及何时能够取代旧有的价值体系存在较大的不确定性。同样以棉纺织工业为例，早期的棉纺机械基于对水力的使用，因此水力驱动技术与设备是棉纺工业的核心。然而，新式蒸汽机及其互补性资产在棉纺织业的应用，降低了水力技术及其设备的价值，从而构建了新的围绕蒸汽机的价值链以及新业态。从1770年的工业革命开始，尽管产业技术的融合与替代存在间歇期，但是从未真正地停止过。这也推动了产业新业态的不断涌现和更替，推动了经济的持续繁荣。
上述的两种“当时”的新业态都是以主导企业自身所带来的新技术作为新业态的核心。但我们发现，进入21世纪之后，很多某一领域熟知的领先产业并没有主导该行业的新业态，反而被一些“门外汉”企业“搅局”，形成部分或全部替代原有业态的趋势。以照相机为例，最初的相机传统生产企业总是把技术重点放在相机本身的技术突破上，比如镜头、机身尺寸以及互补产品胶片等。后来，数码相机把胶片淘汰出了一般家庭的摄影需求。然而这个行业的在位者没有料到的是，多年以后他们受到的冲击来自于智能手机的生产厂商。图1-2 2012年柯达提交破产保护申请
新业态主导企业打破线性价值链的格局，为自身的产品与服务营造了一个拥有大量“互补性组件”的企业的商业生态系统。本书将这一种模式称为第三种新业态。再比如，苹果公司通过使用电容屏技术取代了传统的按键与电阻屏技术，从而导致基于这些技术的操作系统、软件等价值的降低。同时，苹果公司构建了围绕iphone的软件开发平台，并围绕该平台催生了各种各样的互补第三方应用开发和软件公司，从而构建了新的商业生态系统。
本章将在后续部分梳理世界范围内不同历史发展阶段的世界技术演进与业态特征，并试图通过这种梳理揭示其中的变化逻辑。早期机械革命（1770—1830年）
在历史长河中，机械不断地被有才能的匠人和技师改进，并缓慢地在更大的范围扩散。但是，这种个人偶发性的发明与扩散导致新机械发明和推广的频率非常低。直到工业革命早期，这一情况才得以改善。早期的机械设计主要依赖工程师、知识分子等个人的经验、直觉和手艺，与科学几乎不发生联系。尽管如此，在以往机械发明创造中所积累的经验和技术知识仍然促进了新时代的机械发明与设计。从18世纪开始，掌握科学知识的人士开始注意生产，而匠人和技师则开始学习科学知识。自此，机械设计与制造开始慢慢地走向系统化，并逐渐形成了一整套围绕机械工程的基础理论。因此，对机器的大量发明和使用机器的英国纺织产业也成为了本次社会经济变革的开端和核心。
可能正是由于棉纺织工业对于当时的英国而言是个新兴产业，在这一产业占据主导地位的是新兴势力，而非传统的守旧势力。因而，能大大提升效率的新科技革命在这一领域更容易被接受。由于棉纺织品的需求量巨大，而当时的生产规模增速不能满足消费者不断增长的需求，因此，自1770年前后，棉纺织业率先开展了技术创新，通过机械来替代部分人力，使得产业增速显著提升，成为了该时期名副其实的领先产业。该产业的实际年平均增速从17世纪上半叶的1.37%提升到1770—1780年的6.2%，并在1780—1790年间达到了高峰12.76%，而同期的平均产业增速仅仅为0.71%、1.79%和1.6%。此外，水力纺织机有着巨大的效率优势和改进空间，使得该产业的生产率和成本都大幅下降，如图1-3所示。图1-3 棉纺织业的生产率和成本
水力是这一时期该产业的主要动力，纺织业的工厂大都设立在河边，利用水轮来驱动工作机械。机械技术方面的创新与改进也围绕着水力这一动力源不断演化，同时，针对如何提升对水流的利用效率等方面的技术改进与创新也不断发生，专利的数量飞速上升，如图1-4所示。但是蒸汽动力在18世纪末期已经开始作为一种新的动力源，出现在棉纺产业之中，1785—1800年棉纺产业一共使用了82台瓦特式蒸汽机。图1-4 1770—1799年间领先产业的专利数变化
同时，随着机械在纺织领域的大规模应用，铁的需求量极速上升。这也刺激了矿石开采业和冶金业的大量技术改进与创新，专利数量也在快速增加，从而为纺织业和其他产业（如铁路、蒸汽机制造等）的发展提供了大量质优价廉的原料——生铁。例如，1784年，工程师亨利·科特发明了“搅拌法”和“辗压法”，使炼铁技术登上了新的台阶。随着这些方法的传播与广泛应用，英国在多地建立了许多一体化冶金企业，加快了生产过程，提高了生产效率，为英国的机械化变革提供了充足的低价生铁。同时，为了更方便、低廉地将棉布等产品输送到其他地方，运河和河流成为当时重点发展的交通工具，这些基础设施的不断完善，大大地降低了货物运输所需的物流成本，也推动了整个经济的发展。
就棉纺织业而言，机械化水力纺织产业是当时的一种新业态。这种新业态使用机械部分代替了传统手工纺织中的纺织匠，机械设计与制造业第一次被正式纳入到该产业的价值系统当中，使得基于旧有业态的技术基础遭到了根本性的破坏，纺织匠的手艺等技术的价值不断地被削弱。经过几十年的发展，尽管还有部分特殊的手工纺织业态存在，机械化水力纺织业作为一种新的业态，已经成为纺织业的主流。在工业革命稍晚的时候，以蒸汽为动力的纺织业作为一种新业态，也出现在纺织产业当中。经过相当长的一段时期，蒸汽动力纺织业态逐步取代了传统的水力纺织业态。就整个社会经济而言，机械作为英国纺织业飞速发展的基石，开始被冶金、采煤等产业所接受和应用。而在这些产业中，更多的专用机器被发明并应用，掀起了发明和使用机器的高潮。这也导致了这些产业中新业态的出现和蓬勃发展。蒸汽机引领的机械革命（1830—1870年）
纺织业是工业时代具有代表性的产业之一，所以很多技术创新都围绕着纺织业的应用展开。这一时期，最具代表性的是英国棉纺织业，它的巨大进步与成就是机械广泛应用于实践的结果。但是随着机械设备的使用越来越广泛，对水力的依赖开始制约众多产业的进一步机械化。由于要利用原始的水力作为动力源，因此工厂必须设立在河流附近，缺少水力资源的地方就难以实现产业的机械化改造。然而，受到地理位置等方面的限制，适合建工厂的地点不足，难以满足日益增加的建厂需求。工业的快速发展需要获得更易使用的新动力，因此，需求稳定可靠的新动力成为工业持续快速发展所必须解决的拦路虎。
早在18世纪初，就出现了可以用来驱动矿井排水泵的萨维利蒸汽机。但巨大的煤炭消耗量（每马力每小时需要30磅煤炭）使其只能应用于煤矿。在1700至1750年间使用的改进型纽可门蒸汽机（矿用）依然需要每小时消耗20~30磅的煤炭。到1790年，新型纽可门蒸汽机的煤炭消耗量降低至17磅/每小时左右，在某些产业初步具备了使用的价值。但是对于更多产业而言，煤炭的消耗率依然过高，这也激发了许多人对蒸汽机持续改进的野心。于是，瓦特在1765年发明了有独立冷凝器的蒸汽机以提升热能转换率。而在此后的十几年中，他继续致力于降低煤炭消耗的蒸汽机研发工作，并在1781年发明了提供回转动力的蒸汽机。经过他本人和其他研发者的努力，1810年的瓦特低压蒸汽机只需要消耗原来一半，甚至三分之一的煤炭量，即可提供相同的动力。这也意味着，蒸汽动力的成本可以满足一般工业生产和火车等领域的需要。随后，高压蒸汽机的发明，使得蒸汽机作为动力源表现出巨大的经济优势。自此，畜力、水力等动力源的作用开始显著下降。图1-5 瓦特蒸汽机
在棉纺织业的带动下，其他产业也相继开始使用蒸汽动力，引发了众多领域的产业革命。其中，影响最大的就是蒸汽机在交通运输行业引发的铁路革命和蒸汽轮船革命。铁路作为重要的交通基础设施，在降低货物和人员运输成本、提升可靠性等方面发挥了巨大的作用。其中，蒸汽机的发明和普及为铁路的发展提供了动力准备。同时，铁路的兴起还依赖于采矿业、冶炼和矿山轨道的技术发展。前两者为铁路的发展提供了必需的廉价材料，而后者基本奠定了轨道和机车的雏形。英国煤矿业是最早使用铁路的行业。早在18世纪之前，就出现了利用轨道来运输的技术。但是早期的铁路并不成熟，存在许多有待改进的内容，如英国苏格兰地区横贯普雷斯顿的早期铁路。
工业革命推动了经济的繁荣和民众生活水平的提高，从而带来了人口的急剧增长。生活用煤炭、钢铁等材料的需求也呈现出快速增长的态势，而蒸汽机和焦炭冶炼技术的推广，又进一步增加了工业对煤炭和钢材的消耗，这也让煤炭的产量有了让人瞠目结舌的增速。在1760年，英国的煤炭产业总产量只有500万吨，而四十年后就达到了1100万吨。在进入19世纪后，这一增长速度变得更快，到了1840年就增长到了3340万吨，是80年前的将近7倍。如此大规模的煤炭生产需要通过各种交通工具运送到英国的各个地区。相对于当时其他的陆运运输工具，铁路在货物运输方面有着低价高效的特点。因此，铁路成为了当时首选交通方式，也因此迎来了大规模的建设浪潮。英国人史蒂芬孙研制出第一台蒸汽机车，并获得运行成功。1825年，英国建造成世界上第一条现代铁路，并使用蒸汽机作为火车的动力。1831年，从利物浦到曼彻斯特的铁路是对铁路运输优越性的成功证明。这也导致了18世纪30年代和40年代的英国、欧洲与北美的铁路投资潮。同时，由于铁路运输有着巨大的规模经济，铁路网规模越大，产品运输的费用越低，因此，有着巨大规模的北美铁路网建设给美国经济带来了显著的优势，使得其在19世纪后期超过英国。图1-6 早期工业化的铁路建设：1830—1850年的累计开通里程
此外，随着蒸汽机燃料消耗量的降低、体积的缩小、安全性和稳定性的上升，一些发明家开始试图通过蒸汽动力改变当时严重依赖风力和人力的轮船。在1807年，美国人富尔顿将其从英国进口的蒸汽机安装到了客轮上，从而开启了蒸汽机轮船的新时代。随后，英国人也开始了蒸汽轮船的制造，这有助于摆脱风力的束缚，从而进一步增强了英国的海上力量，特别是远洋商船的实力。而这些远洋货轮一方面把英国的工业品运送到世界各地，另一方面将工业原料、生活用品和其他特色商品从其他国家运回英国。从一定意义上，这种越来越大规模的跨海交流打破了世界原本彼此隔绝的特征，为世界贸易和世界市场的形成提供条件。蒸汽动力作为一种新的人造动力，让生产和运输逐渐摆脱了人力和自然力的限制和束缚，从而导致了工业化大生产的不断发展与繁荣，彻底改变了世界历史的发展进程。此外，蒸汽机以及与其相匹配的机械设备在纺织、谷物加工、锻造等诸多产业的应用，给原产业生态带来了巨大的冲击，并在这些产业中形成了与原业态有着不同产业结构、价值链等构成的新业态。电力、通讯与钢铁革命（1870—1910年）（1）电力的生产与应用
与早期工业革命时期的纺织业和铁路革命不同，这一时期的电气产业的发展来自于科学技术的进步。19世纪早期，电学领域起初有着惊人的研究发现，但是随后的进展却远不如人意。直到1831年英国科学家法拉第发现了电磁感应的现象，并根据这一发现设计出了第一个电磁感应发电机的原型。这一发现和设计有着里程碑式的影响。随后，科学家开始在这一基础上开发更具有实用价值的发电机和电动机，但是这一商业化的进程非常缓慢。经过数十年的持续努力，德国科学家西门子利用电磁感应原理及相关的研究成果，成功设计开发出了世界上第一台自激式发电机。在随后的几年里，德国的电气工程师阿尔特涅克通过持续改造现有的直流发电机，简化了发电机制造的流程和工艺，从而让发电机的成本达到实用化的要求。这也意味着直流电磁发电机的结构和部件基本定型。而在1873年电动机研制过程中的一次意外，让研究者意识到发电机不仅可以发电，还可以通过某种方式逆变为电动机使用。这一发现深刻地影响了日后电动机的设计。随着发电和供电技术的不断成熟，新型电机的设计和制造不断完善，体积更小的电动机开始被那些注重动力源小型化技术的企业采用。到19世纪后期，已经出现了使用电动机作为动力源的电锯、车床、压缩机等产品，相应的制造产业也逐步出现。
尽管直流电机开始在某些产业得到广泛应用，但是直流电难以进行远距离传输，这一缺点限制了直流电机的应用范围。早期的直流电机使用者必须距离直流电厂和电站很近，否则就难以获得稳定的电力。为了解决这一问题，部分研究者开始研究如何将直流电远距离传输。1882年法国电工学家和物理学家德普勒在慕尼黑国际博览会上展示了一次实验，这一实验虽然成功地进行了直流电的远距离传输，但是80%左右的电力损耗远远不能满足用户的需求。直流电过低的传输效率也迫使科学家们试图研究一种新的电力传输方式。其中，三相交流理论的形成与技术发明是利用交流电解决远距离输电问题的核心。在这一理论的支撑下，俄罗斯工程师多勃罗沃尔斯基在1891年成功地进行了远距离三相交流输电实验。这次远距离的电力损耗只有之前的四分之一，远远地低于1882年的直流电实验。这意味着交流电在传输效率上远远地将直流输电抛之身后。三相交流电在远距离传输上的巨大优势导致了许多国家开始构建基于交流发电机的输配电系统，即通过使用水力和煤炭作为动力源，利用汽轮机、水轮机等设备产生交流电，通过变压器等设备构建变压输电网络。自此之后，大规模的生产和传输电力变得越来越普遍。
在另一方面，关于如何应用电力的探索也在如火如荼的进行当中。其中，利用电力来照明是其中最早，也是应用最广泛的领域。经过几千次的实验失败，美国发明家爱迪生终于在1880年发明了具有实用价值的碳化竹丝灯泡，灯泡开始被大规模投入生产。然而白炽灯泡的改进仍在继续，许多发明家都在这一领域做出了突出的贡献。在白炽灯的导引下，许多新的电光源相继出现在人们的生活中。此外，照明仅仅是对电力的初级使用。随着远距离电力网的建立，以及发电机和电动机技术的持续进步，电力这一新动力源的使用范围越来越广，更多更好的工业和家用电力设备层出不穷。使用电力作为新动力的工业部门不断产生，最早出现的新工业部门主要是与电力生产和传输的部门，如电机、变压机制造，绝缘材料和电线线路等电力设备和材料的工业企业；其次是利用电力作为动力源的新生产部门，如照明、电梯、电冰箱等产业。同时，这些产业的发展，也进一步刺激科学家和企业不断地对发电技术和输电技术进行创新。从19世纪末开始，作为一种优良而价廉的新能源，电力开始在工业领域逐渐取代传统的蒸汽能源，并很快渗透到人类社会生产、生活的各个领域。（2）通讯手段的革命
在人工电力的发明和使用之前，远距离信息传递的方式一直未有太大的改变，传递的速度和效率依赖于使用何种交通方式，如中国古代长城使用的烽火，世界各国都曾用过的信鸽、马匹，以及铁路出现后信件的轨道运输等等。人们对快速远距离的信息传输一直有着迫切需求，但是从未获得满足。随着电报机的发明，这一梦想开始得以实现。
美国的莫尔斯研发成功了世界上第一台具备实用价值的电报机。在1838年，他在纽约的一次公开实验中，通过电报将信息传递到16公里之外。通过对电报机的连续性创新和改进，他在1844年发出了那封“这是上帝创造的”电文，将电报的即时信息传递价值展现在大众面前。莫尔斯为了配合电报机特点所发明的莫尔斯电码（Morse Code）由于简单易于操作，很快就和他的电报机一起被各国普遍采纳，成为了电报业的实际标准，推动了电报产业的快速发展。图1-7 莫斯电码
即时电报具有巨大的军事和商业价值。因此，政府和商界都鼓励对电报的持续创新。在随后的几十年中，如何提升电报传输的效率和增大线路通讯量成为了当时的研发热点，并取得了巨大的成就，使得短程电报成为人们生活中必不可少的通讯手段。随着蒸汽机轮船等远洋交通工具的迅速发展，国际贸易变得越发频繁，快速获知跨地区、跨大洋的远距离信息成为降低贸易风险、提升资本回报的实际需求。因此，铺设海底电缆成为了一股浪潮，全球电报通信网络的架构初步显现。总之，电报业的发展推动了不同国家和地区之间信息的交流，促进了地区间的商业和贸易发展。
电报机的发明为人类提供了一种划时代的信息传递手段，使得文字的远距离传输成为了现实。但是在使用电报机时，信息要经过编码和翻译，个人使用起来非常不便。因此，一些科学家试图利用电将声音进行远距离传输。美国发明家贝尔是其中的佼佼者，他在1876年2月14日成功申请了电话的发明专利。并且，贝尔不仅仅是一个发明家，还是一个杰出的企业家。他通过不断地在美国各地发表演说和进行各种公开演示，让更多的人认识和体验到了电话的魅力，从而加速了电话市场的形成。随着电话应用人群的增加，电话机以及配套设备（电话线路和交换设备等）也不断地进行持续改进、创新和完善，如自动电话交换机的发明与改进。电话作为新的实时通讯工具也逐渐成为大众通讯手段。到1910年，电话用户已经达到了1000万户左右，而贝尔公司也成为了当时世界最著名的公司之一。
电报与电话的发明及应用给人们的生活和商业发展带来了极大的便利，但是这两种通讯方式都依赖于铺设的线路，无论从建设成本还是便利性的角度来说都还有待改善，所以科学家和企业家都不断试图突破这种物理线路的限制。物理学家对电磁波的预言以及对其存在的证实，为无线电通讯的发明奠定了理论基础。通过对电磁波特性的深入研究，众多科学家开始研发能够脱离线缆传输的新通讯方式。而在无线电接收发送装置的设计和改进过程中，检波器成为当时的难点。意大利的马可尼在1895年成功地攻克了这一难关，在技术上取得突破。经过数年时间的不断改进，他第一次成功发送和接收了跨越大西洋的无线电报。通过对现有装置和系统的改进，无线电通讯的接收和发送质量都有了极大提升。自此，无线电报进入实用阶段，而这也引发了无线电技术在其他领域的发展，如随后出现的无线广播等新技术和新产业。（3）钢铁革命
从18世纪开始，为了获取更好的材料，人们通过种种方式设法将铁变成钢。“泡钢法”、“铸钢法”和“搅钢法”成为工业革命早期最重要的三种炼钢方法。然而这些方法的产钢效率极低，钢产量有限，成本较高，只能部分满足工业上的钢材需求。因此，钢材作为工业生产中最重要的原材料，不少科学家和工程师力图寻求更有效率的低成本炼钢方法。经过多年的探索，到了19世纪下半叶，新的炼钢技术不断被发明，如塞麦炼钢法、托马斯炼钢法、西门子—马丁炼钢法。这也使得转炉炼钢和平炉炼钢技术得到快速发展。1900年，全球的铁产量达到了4100万吨，在30年间增长了接近3倍。而钢产量在这一时期取得了惊人的增长，1900年的全球钢产量从1870年的51万吨，增长到2850万吨。在短短的30年间，钢产量增加了55倍。在这一时期，钢铁产量的领导者也发生了重要变化，长期占据钢产量首位的英国，在1890年被钢铁工业增速惊人的美国超过。
随着钢铁产量的急速增长，钢铁开始成为这一时期最为重要的基础材料，不仅在工业上作为原料大量使用，还成为了建筑产业的基本材料，一些桥梁和大型建筑开始使用钢铁制造。作为一种新型建筑材料，钢铁对基于土、木、砖、石等建筑材料的传统建筑业造成了巨大的挑战，新的结构力学、设计理念开始逐渐席卷全球。例如，当水泥和钢铁奇妙地结合在一起后，钢筋混凝土结构开始逐渐成为建筑建造的主流技术。正是这种建筑技术的出现，让发达国家的大都市开始出现体现该时代技术巅峰的摩天大楼等高层建筑。
此外，铁路建设、机械制造等重工业也消耗了大量的钢铁。作为重要的军用物资，机枪、大炮、坦克、钢铁舰艇等新的武器装备都依赖于钢铁这一重要原材料。除了传统的钢铁之外，适用于特殊应用场景的特种钢也开始出现，这些特种钢也成为了最能发挥其特性的工业领域的最重要的材料之一。例如，可以制作高端刀具的高碳钨锰钢，有广泛工业用途的无缝钢管，可用于高速切削的钨、铬合金钢、硅钢、镍铬合金不锈钢等。这些钢材各有特点，能够用于不同的生产和生活领域，在各自的适用范围内发挥着无与伦比的作用。“大众”与人工合成时代（1910—1970年）
1910—1970年间，发生了人类历史上仅有的两次世界大战，所涉及的国家之多，范围之广，史无前例，众多国家卷入战争，给世界人民带来了严重的灾难。但是，从另一个角度来看，这也是人类历史上科技发展最为迅速的一段时间。一方面，正常的科技发展进程被无情地打断，大量的资源被用于军事相关技术的研发，许多缺乏军事用途的技术和科学研究难以获得足够的资源，导致这些领域的研究放缓，甚至中止。另一方面，战争刺激着军事科技的飞速发展，战争的参与者都投入了大量的人力、物力和财力资源进行高精尖技术的研发，并试图通过这些领域的研究成果赢得战争，这也极大地刺激着这些领域惊人成就的出现，如运筹学、原子能、计算机技术等。当战争结束后，随着军事技术向民用技术转化，新的民用工业得以繁荣发展，如核能技术等。
使用石油作为燃料的内燃机在这一阶段获得了飞速的发展。不同于笨重的蒸汽机，这种动力机械具有轻便、易操作、能量转化率高等特点。尽管在发展初期缺乏足够的稳定性和动力，无法应用于铁路机车，但是由于在驱动小型机械上的优势，内燃机很快被用于汽车、飞机等较为轻型的设备上。随着内燃机的广泛使用，它的性能得以持续性改进，开始抢占蒸汽机的市场。尽管内燃机、汽车、卡车、拖拉机和坦克的主要发明都来自于欧洲，但是装配线、大规模生产和消费的创新都来自于二十世纪初美国底特津的福特公司。这些技术和组织创新大大推动了美国汽车工业的生产率、收益率、产出和出口，并让那个生产车间成为了全世界参观者的“麦加圣地”。当时“福特制”成为了主流的管理哲学，也成为了经济和文化意识，被认为是“新经济”的曙光。在这一时期，除了汽车，冰箱、洗衣机等生活耐用品，大众传媒的代表——收音机和电视也开始成为人们生活的一部分。图1-8 20世纪初的福特公司和福特汽车
合成化学的发展也大大促进了人造材料的多样化。合成化学在19世纪中叶就已经问世，例如1845年德国化学家柯尔柏就人工合成了有机化合物醋酸。早期化合物的结构都比较简单，随着合成技术理论与实践的不断深入，高分子合成物质开始出现。在1909年，美国化学家巴克兰特用小分子的甲醛人工合成了高分子的酚醛塑料，这也是最早的人工高分子化合物。自此之后，合成化学进入了高分子的新发展阶段，合成材料开始正式登上历史舞台，并开始在人类社会的生产和生活活动中占据越来越重要的地位，合成橡胶、合成塑料与合成纤维开始成为人们生活中不可或缺的材料。这些新材料的出现往往来自于政府和企业的利益追求，例如，随着橡胶在众多工业和军事领域的应用，天然橡胶的产量和运输受到地域和气候的影响，许多国家开始面临天然橡胶原料供应不足的难题，一些国家开始进行橡胶的人工合成。其中最大的推动力来自于二次世界大战的禁运。为了摆脱这一重要原料受制于人的现状，人工橡胶得以飞速发展，从大战初期的天然橡胶占使用量的主流，转变为在战争结束后，人工合成橡胶占据主导。
此外，新合成材料的出现来自于工业发展多样化的需求。追逐利润与竞争力的企业往往试图获得优质低价的材料，这也刺激了企业在新材料的研发上展开竞争。合成塑料和合成纤维的出现正是这一追求的直接成果。随着早期酚醛树脂在1907年的发明问世，越来越多的塑料类型开始出现。特别是在20世纪30年代前后，有机化学建立了高分子链结构理论，为高分子合成技术扫平了障碍。关于高分子聚合反应中的“连锁反应”、“缩聚反应”等机理被更多的学术界和工业界人士认可和接受。高分子合成的成本和复杂度开始降低，这也导致了塑料的产量、品种不断增加，用途不断扩大。聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯塑料等新塑料逐渐被发明出来，并投入到了工业化生产当中。同时，在工业生产和社会生活领域中，塑料逐渐代替金属、木材和水泥，发挥着越来越大的作用。
在纤维领域，合成化学未出现的几千年里，天然纤维一直是衣物、被服的唯一原料，如棉麻等植物纤维、羊毛和蚕丝等动物纤维，而合成化学逐渐改变了衣物原材料的来源。正是科学技术的发展，不断地改变了历史。化学创造的奇迹——化学纤维实现了“人工制丝”，并在产量和特性上弥补了天然纤维的不足。化学纤维的发展历程可以分成两个阶段：19世纪末期的人造纤维阶段，以及1913年后的合成纤维阶段。前者主要是指通过化学方法成功地实现天然纤维素的改性，在制成硝酸纤维的基础上研制出人造丝，如粘胶纤维、醋脂纤维等。而后者则是使用小分子化合物直接人工合成的高分子化合物为原料，经纺丝和后加工而制成的化学纤维。尽管聚氯乙烯纤维是最早的合成纤维，但是由于其存在软化点低等缺点，未能得到进一步的发展。随着链式高分子化学理论的逐渐建立和完善，一些化工企业开始投身于化学合成工业，例如美国的杜邦公司化工部专门拨款25万美元作为研究经费，聘请化学家卡罗泽斯专门进行合成纤维的研究。1935年，杜邦公司在聚酰胺纤维的研究中取得了重要突破，制成了世界上第一种人工合成纤维“尼龙”，并在1938年实现了工业化生产。尼龙的成功不仅证实了高分子为长链结构的理论，还将纺织工业推进到合成纤维时代。尼龙很快便成为世界商行的紧俏产品，它的制成品从军用降落伞到尼龙丝袜，可谓种类繁多，美观耐用。可以这么说，合成纤维导致纺织工业又出现了一种不同以往的新业态。随着人工合成纤维质量的不断提高，品种的日益增多和产量的日趋增大，天然纤维在人们社会生活中所占的应用比例不断减少，在许多领域中的地位被人工合成纤维所替代。
此外，农药和药品等也出现了人工合成。为了保护农作物免受病虫害的侵袭，适时地向农作物喷施农药，已经成为农业生产过程中一个必不可少的环节和保证丰产丰收的有利措施。然而有机合成农药在上世纪40年代才开始得到试用，最早使用的有机合成农药是滴滴涕（DDT）和六六六。
与此同时，医学和生物化学家也开始研制治疗用的化合物，并推动了相关领域的快速发展。例如随着磺胺类药物对病菌的杀灭作用逐渐被发现，各国科学家了解到磺胺是抑菌作用的基本结构，它具有广谱抗菌效能。于是，他们以磺胺为母体合成了许多衍生物新药，这些磺胺药物的合成与大量生产，使医学进入了化学疗法的新阶段。抗生素的发明也是医学历史上重要的事件，抗生素的生物合成和大规模制取为抑制细菌感染，对延长人的寿命产生了极大的作用。尽管很早以前就已经有利用抗生素的例子，但是这些应用并非基于对治病的原理的深入了解。英国细菌学家弗莱明、病理学家弗洛利、德国生化学家钱恩对青霉素的研制工作，开创了人工制取抗生素的先河。图1-9 青霉素的发现具有重大意义
青霉素的发现和成功使用，极大地引发了人们对抗生素进一步研究的兴趣。因而在20世纪40年代和50年代，世界范围内形成了寻找抗生素新药的高潮，在这之后，针对不同菌种的新型抗生素不断出现，如氯霉素、红霉素等。与此相关联，在医学科学发展的过程中，人们发现某些微量物质对人的生命和健康至关重要。这种特殊的营养成分就是维生素（又称为维他命）。维生素的种类多达几十种，20世纪以来它们先后被发现和分离出来，但人工合成维生素直到20世纪30年代才逐步开始实现。新技术革命时代（1970—1990年）
20世纪中叶以后，石油开始取代煤炭成为全球的主要能源，但出于能源多样化和环保等方面的考虑，人类还进行了新能源的开发，如原子能、太阳能、地热能等。核电站的发展起源于第二次世界大战美国、苏联等发达国家对原子能的军事应用（原子弹等），这种军事技术在世界进入相对和平期后，逐渐地向民用技术发展。为了积累原子能的应用知识，在20世纪50年代，致力于开发原子能的几个国家主要进行了反应堆的实验性探索。经过十几年的经验积累，核电站开始初步进入实用阶段。
早期的核电站仍处于摸索当中，导致建造和运营成本极高，发电收入难以覆盖成本。而在十几年后，各国的核电站发电成本都有了极大的降低，通常比火电站的成本要低20%~50%。在核电站最多的美国，1978年仅在发电成本上就节省了将近30亿美元，并且核电站的可利用率和负载等已经超过了火电厂的相应指标，这种优势让核电站有了飞速的发展。截止1989年底，全世界已经建成运营了452家核电站。其中美国拥有110座核电站，核电站的发电量占据当年总发电量的17%左右。而在西欧的一些国家（如法国、比利时等）中，核电的
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