第一章
在第一次工业革命后，又发生了三次相似的革命。1840～1890年发生了第二次工业革命——“运输革命”，新的运输工具是其标志性的发明；1860～1930年发生了“科学革命”，廉价钢材就是这一时期的一个主要产品；1946年问世的第一台电子计算机埃尼阿克以及半导体的普遍应用引发了第四次大变革——“计算机革命”。这些革命印证了制造业的普遍规律：技术的发展使得产品价格降低、质量提高。
未来，在所有制造业中，技术将发挥前所未有的作用，定制化逐渐成为未来制造业的主流，价值链将制造业进行分割，新的利基产业迎来新的发展机遇，“可持续制造业”的理念变得更加重要，制造业的关键生产地逐渐向发展中国家扩展。在这些因素的影响下，新的工业革命已经爆发。
起源
“黄金属于贵妇，白银属于女仆，青铜则属于能工巧匠。”
“说得好！”男爵在他的殿堂里说，“但是，铁却凌驾于它们所有之上。”
这段对白出自英国知名作家路吉卜林之手。他一生大部分时间都住在一个17世纪的铁匠旧居里。20世纪初，吉卜林成为最年轻的诺贝尔文学奖获得者，达到了事业的顶峰，他那时对铁的经典论述至今依然适用。从文明起源至2011年，人类制造物品已使用了430亿吨铁。这些金属制品数量庞大，小到儿童玩具、大到核反应堆，而其中将近一半的产品是1990年以后制造的。现如今大部分铁最终都炼成了钢。钢中含有碳，因而更加坚韧。
据科学家测算，地球质量约为6×1021吨，其中1/3是铁。但大部分铁深埋于地下，无法开采。即便如此，按照2011年的产量计算，处于地表可以开采的铁矿足够满足人类未来10亿年的原材料需求。在自然界中，铁总是以化合物的形式呈现，其中最常见的化合物是氧化铁，常见于赤铁矿和磁铁矿等矿产中。在这些矿产中，铁和氧气以不同的方式结合在一起，为了将铁从氧化铁中分离出来，需要对其进行冶炼。所谓冶炼，就是指将铁矿石和木炭置于熔炉中，对熔炉加热，木炭与铁矿石中的氧气结合产生二氧化碳逸出，剩下的就是纯度很高的铁了。
人类掌握冶炼技术已经5000年。起初，冶炼技术被用作生产铜和锡，这两者都是青铜的组成成分。很久以后，人类才利用冶炼技术大量生产铁，这主要是由铁的物理和化学性质决定的。冶炼所需要的反应温度与金属的熔点有很大关系，铁的熔点是1530摄氏度，比铜和锡的熔点高得多。此外，从铁矿中去除杂质（比如铁矿吸附的黏土和矿物质等外部物质）也比从其他金属中去除杂质困难。
公元前1200年左右，冶炼技术在美索不达米亚（大概为今伊拉克及附近地区）有了突破性进展。人们研究出新的方法，使熔炉保持足够高的温度——大约1200摄氏度，从而使铁的冶炼成为可能。此外，人们还想出了更好的办法分离杂质——称为“熔渣”，即用锤子捶打。这种冶炼方法迅速传播到地中海东部很多地区。随着铁的冶炼技术越来越成熟，铁供应量也不断增加，其价格因此下跌，在公元前1000年之前的400年间，价格总计下降了97%。
在同一时期，人类发现了钢。这是一种“折中”的材料，根据具体用途，碳与其他元素以不多不少、恰到好处的比例结合在一起。人们发现，当铁与少量的碳结合时，这种材料变得相对柔软，更容易塑型。当碳的含量增加，这种材料会变硬，也变得更脆。用现在的术语来讲，含碳量较低（低于0．5%）的铁被称为“熟铁”，含碳量相对较高（高于1．5%）的铁被称为“生铁”。钢不是由单一元素构成的合金，而是由铁的多种变体构成，其性能取决于其化学性质。在当今的炼钢厂里，添加少量的、特定的微量元素（如钒、铬和镍）是非常重要的。这些构成上的变化改变了钢的性质，比如使钢更加耐腐蚀，或者具有更好的导电性能。从公元前1200年开始，人类进入铁器时代。历史学家通常认为铁器时代大约持续了1300年，但事实上铁器时代从未真正结束。
早些时候，要想准确地界定钢的组成成分几乎是不可能的。炼铁和炼钢的过程不但缓慢，而且完全凭借经验。然而，在1000多年的时间里，中国始终是钢铁冶炼的领导者。中国制造了高炉（利用风箱鼓风、利用水力驱动活塞），远远领先于其他国家。中国早在公元前200年就已经知道如何制造高炉，这比欧洲早了1600年。中世纪的绝大部分时期，不论是总产量还是人均产量，中国的铁生产都遥遥领先于欧洲。但是到了17世纪后期，英国逐渐成为钢铁冶炼的重要地区。
英国成为制造业强国
这些重大变化的中心是英格兰北部的谢菲尔德市，这得益于靠近三大自然资源地的地理优势。奔宁山脉可以非常便捷地提供铁矿资源，流经城市的顿河提供了高炉冶炼所需的水力，同时旁边的煤炭产区为其提供了丰富的煤炭资源。在那个时期，煤炭已经取代木炭成为主要的冶炼还原剂。
本杰明·亨茨曼是锁匠，也是钟表匠，1740年从唐克斯特搬到了谢菲尔德附近一个名为汉兹沃思的村庄。起初他对钢铁冶炼并不感兴趣，而是喜欢用钢铁制造产品。但是他对当时钢的质量越来越不满意，最终他决定寻找新的炼钢方法。亨茨曼最终解决了困扰美索不达米亚炼钢者的两个关键问题：提高温度，改变铁/碳/渣的构成比例。
亨茨曼的改进主要体现在设计了特殊的陶壶或坩埚，它们能在1600摄氏度以上的高温下不开裂、不变形。热的铁/碳混合物与少量的其他材料（如优质的浸碳钢碎片）从鼓风炉倒进坩埚。杂质可以从坩埚底部的孔中排出。不同物质添加或排出的速率决定了钢成型的速率以及钢的性能。
亨茨曼大约是在1742年开始使用这种“坩埚炼钢法”。但这种方法也存在一些缺陷，该技术只能小批量地生产钢，适于工具、餐具和钟表组件等产品的生产。其生产过程只能算“尚可”：生产前，必须先准备好少量已经制好的浸碳钢。不过这个程序是可以重复的——可以遵循既定的方法多次操作。亨茨曼的“坩埚炼钢法”是各工业行业中最早应用的工艺流程之一。尽管一个多世纪后，人们在冶炼产品质量和生产速度上的提高彻底改进了亨茨曼的工艺流程，但这种程序化的工艺在当时的确引领了生产的方向。
亨茨曼发明该技术时，英国在世界制造业中的份额很小1．750年，全球制造业的领军者是中国，占全球产出的1/3，其次是印度，占全球产出的1/4。欧洲国家的领先者是俄国，占全球产出的5%，其次是法国。英国和爱尔兰的份额为1．9%，仅居世界第十位。但是一切都在改变。1769年，苏格兰工程师詹姆斯·瓦特提出了一项“大发明”，不是材料的发明，而是能源动力的发明。瓦特改进了早期设计，发明了蒸汽机，既可用于矿山抽水，也可以用于为机器提供动力。蒸汽机现在被认为是“通用技术”（有极广泛的应用及能被不断改进的特定技术）最好的例子之一。瓦特发明了蒸汽机，与其他几个影响工业进程的关键事件相得益彰。一位历史学家曾这样描述这种变化：“18世纪60年代，英国掀起了一股发明浪潮。”出现许多与制造业相关的“小发明”，包括用于纺织和金属生产的新机器。与此同时，社会和经济方面的变化也同步发生，比如人们开始尝试创建大规模的工厂，越来越多的人健康状况改善了，受教育程度提高了，全球贸易拉开了序幕，鼓励企业家精神的股份制公司诞生了，等等。
这些变化的结果是，1700～1890年，英国工厂雇佣工人的人数占总人口的比例从22%上升至43%，而从事农业生产的人口则从56%下降至16%。1750~1860年，英国和爱尔兰制造业人均产出增长了7倍，是法国和德国的4倍，是意大利和俄国的6倍，而中国和印度的制造业人均产出则下降了。1800年，英国在世界制造业生产中仅占4%的份额，是世界第4大制造业强国，位居中国、印度和俄国之后。而到了1860年，英国则超过中国，一跃成为世界上最大的制造业产出国，占全球产出近20%的份额。美国位居第3位，占近15%的份额。
在英国，“manufacturing”（制造）开始成为语言的一部分。这个词衍生自拉丁语，manus的意思为“手”，facio的意思为“去做”。“manufacturing”这个词最早出现在1560年，当时用得不多。莎士比亚（1616年逝世）的任何一部戏剧作品中都没有出现“manufacturing”这个词，也没有出现“factory”（工厂）这个词。但是大约从1800年起，机器主要集中于自动纺纱新设备，包括詹姆斯·哈格里夫斯发明的珍妮纺纱机和理查德·阿克赖特发明的水力纺纱机。历史学家罗伯特·艾伦总结出涉及这些发明和广泛背景的相关要点：解释工业革命为什么在英国爆发的关键所在，因此也就成了解释英国发明家为什么投入大量时间和金钱进行研发，从而保证老一套想法得以实施。关键是他们发明的机器增加了资本投入，目的是节省人力。因此，人力成本越高，资金投入越低，他们就越有利可图。也就是说，除了英国，没有哪个国家的机器可以带来更多利益。这就是为什么工业革命是英国人的工业革命。
“manufacturing”这个词就被广泛使用了。1780~1850年的70年是制造业发展的第一阶段，制造业被大规模地组织起来，以英国为核心，这就是我们所说的第一次工业革命，通常叫作“工业革命”。“工业革命”被认为是第二个千年的最后500年中改变世界格局的最重要事件。
通往未来的桥梁
前述巨变发生之时，查尔斯·巴贝奇还仅仅是个孩子。查尔斯·巴贝奇于1791年生于伦敦，其孩童时代的大部分时间都在德文郡托特尼斯镇度过。在剑桥大学攻读数学学位以后，年仅24岁的他成为英国皇家学会的研究员。在1822年撰写的一篇论文中，查尔斯·巴贝奇描述了一种被称为“差分机”的计算器。该机器包含一个机械阵列，驱动一系列的齿轮转动，通过杠杆和齿轮控制旋转轮和阵列进行计算。巴贝奇试图建立一套差分机的工作模式，但这项工作过于复杂，超出了他的能力范围。不服输的巴贝奇开始研发一种更先进的计算器，他将其称为“分析机”。他希望将分析机打造成一台“通用计算设备”，借助不同的编程方式完成极其复杂的运算，因此该机器又被称为“现代计算机的鼻祖”。不幸的是，跟差分机一样，在巴贝奇有生之年，分析机也没有研制成功。两种机器的复杂程度都超出了那个年代的工程设计能力。除了制造分析机之外，巴贝奇还挤时间完成了一本制造业的早期专著。在1832年出版的《机械和制造工业经济学》（Onthe Economy of Machinery and Manufactures）中，他指出每件成功的制成品背后都是“一系列通往成功之路的失败”。
亨利·贝塞麦应该会赞同巴贝奇的前述观点，但亨利·贝塞麦的实践技能更强，对工程设计理解准确，因而比巴贝奇更有可能在理论上有所建树。亨利·贝塞麦于1813年出生在伦敦附近的一个村庄，他是发明家，研究新式印刷系统、官方文件防伪技术、纺织行业中高价值天鹅绒的锻制工艺等。他将自己的研究方法总结为：“我不会让长期实践形成的固定思维模式控制或者左右我的想法。即使人们普遍认为某事是对的，我也不会盲从。”
19世纪50年代，也就是克里米亚战争期间，贝塞麦面临巨大的挑战：他受英国当时的盟友拿破仑三世的鼓励，研究新型火炮。军事工程师发现，把子弹旋转进枪筒里面可以更好地控制子弹的发射轨迹，但是子弹的旋转会增加额外的压力，很可能一开火就把枪支震碎了。这就需要一种更坚韧的材料取代铁，钢成为首选。但是，贝塞麦发现，必须找到一种全新的方法炼钢，才能满足需求。
从本杰明·亨茨曼时代开始，英国成为世界炼钢行业的领导者。1850年，全球生产了7万吨钢，其中英国的产量占了70%，仅英国谢菲尔德市的钢产量就占了全球的50%。大部分的钢都是运用亨利·科特那种难度较大的“搅炼法”炼制而成的。亨利·科特是汉普郡的一名五金商，1768年发明了“搅炼法”，其原理是将金属、碳和各种杂质高温加热，从而去除其中的碳，实现生铁向熟铁的转化。这个过程需要熟练的、强壮的工人不断地用金属棒搅拌高温混合物，然后更多的碳以木炭的形式不断加入，从而炼出钢。从某种意义上讲，“搅炼法”是对亨茨曼炼钢技术的一个跨越，实现了相对大规模的钢铁炼制——一次炼制不超过30千克，但是该方法存在诸多缺陷。正如贝塞麦在其自传中所说的那样：“在那个时代（19世纪50年代初），没有适合于建筑的钢（能够制成大块的钢）……炼钢的过程耗时长且成本高。”
贝塞麦开始尝试用生铁一步到位地炼钢，那就是向熔化的生铁中吹送冷空气。空气中的氧气与生铁中的部分碳原子结合，生成二氧化碳逸出，剩下的就是钢了。因为这一化学反应会产生热量，所以吹进的空气越多，温度越高，从而加快了炼制的进程。1856年，贝塞麦在其向不列颠协会提交的论文中公布了该炼钢方法的细节。“新的炼钢方法利用了机械，从而节省了大量的劳动力，大大加快了钢的炼制过程。”贝塞麦还补充道，这种炼钢法将对世界炼钢产业产生近乎革命性的影响。
1859年，贝塞麦在谢菲尔德市建立了世界上第一个基于“转化”炼钢技术的炼钢厂，该工厂取得了巨大的成功。贝塞麦将新的炼钢法授权给英国以及其他国家的金属制造企业使用，使该炼钢法得到了不断的改进。西门子–马丁1865年发明的平炉能够更加精准地控制反应过程，从而产出更高质量的产品。苏格兰裔美国企业家安德鲁·卡内基也深受贝塞麦的影响。1848年，13岁的卡内基移民美国后，便获得在一家棉纺厂当“线轴工”（将原材料放到生产线上）的工作。当卡内基决定自己创业之后，他开始建造桥梁、火车和铁轨，这使卡内基得以涉足炼钢产业。1868年，在去英国访问时，卡内基与贝塞麦会面了，此后卡内基将贝塞麦的炼钢法带到了美国。1899年，匹兹堡卡内基钢厂成为世界上最大的炼钢厂，当年的产量达到260万吨。（两年以后，卡内基以4亿美元的价格将其卖给摩根公司，卡内基也一跃成为世界首富。）伴随着互补技术的进步，贝塞麦炼钢法使炼钢变得省时省力，钢的价格在1860~1900年下降了86%。1900年，全球钢产量达到2830万吨，是半个世纪前的400倍。
由于廉价钢材供应量充足，在19世纪的最后20年里，全球制造业生产也出现了前所未有的大幅增长。1880～1900年，全球工业产出增长了67%。相比之下，1860～1880年全球工业产出增长42%，1830～1860年仅增长了22%。全球工业增长的一个结果是，英国丧失了全球制造业的领导地位。1900年，美国成为全球第一制造业大国，其产值占全球的24%，英国占18．5%，德国占13．2%。英国仅仅保持了40年“世界工厂”的地位。（到了19世纪末期，英国也丧失了全球最大钢制造国的头衔，产量落后于美国和德国。）
在推动世界经济增长的因素中，廉价钢材是一个至关重要的因素。钢使得制造新产品和提升产品质量成为可能，这不仅体现在汽车和农机装备，也体现在钢结构建筑物上。使用钢制造的机械提高了化学、纺织和造纸等行业的产量。最终，制造业产品的广泛使用也进一步促进了零售、旅游、银行和农业等非制造业行业的发展。在此意义上，廉价钢材是世界经济的“增长催化剂”。
历史的曲线
钢铁工业的进步是印证制造业普遍规律的具体实例：随着生产经验的积累，钢铁制造成本会下降，而产品质量或产品复杂程度会上升。描述这一规律的另一种方式是“经验”或“学习”曲线。随着生产能力更强、产品质量更好，钢铁产业对经济的影响力不断增强。虽然工程师们对如何生产钢铁产品更感兴趣，但是如何使用钢铁才是重中之重。
工业革命之后，又相继出现过三个类似的时代。首先是1840~1890年发生的“运输革命”，这被认为是第二次工业革命。这一时期与工业革命时期略有重叠，其典型标志是出现了新的交通工具，包括蒸汽驱动的火车和铁壳或钢壳船。这一变化缩短了人员和货物的运输时间，促进了贸易和信息交流。新交通工具所带来的经济影响不仅仅体现在这些技术发明本身，随着时间的推移，这些交通工具的不断改进还能够在更广泛的经济领域促进经济进一步增长。火车头速率越快，其发生故障的概率越小就是一个证明。新交通工具促进了包括生产和服务在内的整个产业的扩张。
运输革命之后紧随的，或时间上略有重叠的，是1860～1930年的“科学革命”。廉价钢材就是这一时期的成果之一，其他成果还包括蒸汽涡轮机、电动马达、内燃发动机以及由新化学品和材料工业生产出的从染料到铝等一系列产品。所有这些产品都是各种新发明应用的结果。但是这些技术应用的进程并未到此为止，人们获得的新知识将持续影响这些产品的制造方法和特性。
……
