从“工业4.0”计划展望“图书馆4.0”时代

董曦京

从“工业4.0”计划展望“图书馆4.0”时代

董曦京

对照“工业4.0——智能制造”的内涵及四个工业时代的阶段划分，回顾近现代图书馆业发展史和技术进步史，提出“图书馆4.0”概念，将与其相关的四个时代分别命名为科学分类方法时代、机读目录时代、数字-网络化时代、智能图书馆时代，并探讨了“图书馆4.0——智能图书馆时代”的内涵及发展方向。参考文献12。

图书馆4.0 智能图书馆 工业4.0 智能制造

1 引言

2013年4月，在德国汉诺威工业博览会上，德国工业部正式公布了德国“工业4.0”（Industry 4.0）发展计划［1］，该计划预示着又一个工业革命新纪元即将开始。与之对应，2015年5月20日，我国国务院正式印发“中国制造2025”发展纲要［2］，计划利用第四次新工业革命契机实现中国对发达国家的全面赶超。目前，世界发达国家都在缜密有序地规划推进各自的“工业4.0”计划，毋庸置疑，谁在这一发展计划上抢得先机，谁就会赢得下一个工业时代的话语权。

近代图书馆事业的发展进程与历次工业革命密不可分：第一次工业革命（工业1.0）催生了近现代图书馆体系的建立，此后二者互助互利，结伴而行。可以预测，在未来十年里，“工业4.0”计划提出的智能制造技术及其对信息获取方式的创新，将会诱发图书馆-情报咨询业从信息组织管理方式到对外服务模式再一次发生深刻而巨大的变革。

本文以科学技术和工业发展史为背景对图书馆业在前三次工业革命中的外部环境与自身变化进行比较分析，并参照“工业4.0”概念，尝试提出图书馆1.0—4.0时代的划分概念，并分析预测了图书馆4.0时代的发展目标及路径。

2 工业革命前夜与三次工业革命

2.1 工业革命前夜

历史是连续的，对历史的研究既要纵观全局也要聚焦局部，在提出图书馆1.0—4.0时代概念之前，有必要简要回顾一下工业革命与近代图书馆变革的起因与历程。

在第一次工业革命到来之前，世界上出现了很多惊世骇俗的科学新学说。已被世人接受近两千年的托勒密（公元90—168年）的地心学说以及亚里士多德（公元前384—332年）的重物较轻物下落更快运动法则，被哥白尼的日新学说（公元1530年）和伽利略的自由落体定律［3］（公元1590年）所取代；麦哲伦环球航海直接证明地球是圆的。这些科学新发现撼动了统治阶层的权威，冲破了近千年来长期的思想话语禁忌，使社会各学科思想重新趋于活跃，它们为第一次工业革命时代的到来培育了丰饶的思想沃土，人类历史来到了从封建主义社会走向资本主义社会的转折点。

从工业革命前夜到工业1.0末期，发明家、科学家、社会思想家密如繁星，自然科学新发现和社会科学新学说出现了井喷，新学说导致新知识书籍大量涌现，各种新生事物令公众目不暇接，交叉学科层出不穷。在旧分类体系中很难找到其相应的分类点，以早期世界各区域宗教教庭和君主至高权威意识形态为核心、以经验哲学为主导思想的旧图书馆分类思想体系表现出严重的不适应。图书馆人试图摆脱旧思想体系的束缚，改变千百年以来所延续的旧分类思想体系，科学学科分类及思想方法被引入到分类法之中。

2.2 前三次工业革命

史学界在前三次工业革命的阶段划分和命名上已达成了共识，但在三次工业革命起止时间划分上意见尚不统一，图书馆业发展阶段研究与之有相似之处，因此不必过于拘泥于时间点的精确划分，时代主旋律是核心要素。

第一次工业革命，18世纪60年代至19世纪中期（约1760—1850年），在史学界通常被称为蒸汽时代，现在称工业1.0时代，以蒸汽动力的使用和机器制造为时代特征，经历封建社会向资本主义社会的变革。该时期社会发生巨变，科技快速发展，图书馆业顺应历史潮流参与变革，近代图书馆体系建立。

第二次工业革命，19世纪中期至20世纪中期（约1850—1945年），在史学界通常被称为电气时代，现在称工业2.0时代，以电气化为时代发展特征。该时期重要的科技进步成果和发明有：进化论、内燃机、汽车、胶片照相术，炸药、飞机、放射性、接种免疫学、相对论、抗生素、遗传学等，后期电子管的发明为计算机的出现奠定技术基础。这一时期图书馆业引进了若干与电气时代特征相符的技术，如电力图书传送系统，书条管道气送系统，IBM穿孔卡辅助流通管理系统、辅助编目系统（机电程控装置，非计算机系统）等。

第三次工业革命，20世纪中期至21世纪初期（约1945—2014年），在史学界通常被称为信息时代，现在称工业3.0时代。一般将“电子管电子积分计算机”（1946年，ENIAC［4］）作为此时代开端的标志物，随后，晶体管直至集成电路IBM360大型通用计算机（1965年）等相继问世。信息时代后期的IT技术成果丰硕，这些IT技术及其方法论对同时期图书馆业产生了重要影响，其技术几乎全部被图书馆业采用。

第三次工业革命对图书馆业的影响是巨大的，在其前期，图书馆业引入了计算机技术，实现了目录数字化（MARC），后期图书馆实现了文献数字化和信息传送网络化，图书馆进入到全面数字化时代，这两个发展巅峰期之间大约有20年（1970—1990）的技术相对平坦期。

工业4.0时代，即指当前开始的智能制造（Intelligent Manufacturing，IM）时代。人类对智能自动化机器的遐想开始于儒勒凡尔纳的小说时代，1950年英国计算机科学家阿兰·图灵进行了著名的人工智能测试——“图灵测试”，1956年麦卡塞、罗切斯特、申农等人首先提出了“人工智能（Artificial Intelligence，AI）”概念［5］。经过几十年理论研究和实用技术的发展，目前各种智能化技术基本成熟，实用的智能机器人、智能设计、智能预测、智能博弈系统等都已在应用中。

各方关于智能制造这一概念的表述并不统一，美国智能制造计划的名称是“美国工业互联网”，我国的是“中国工业2025”，德国的是“工业4.0”。

根据工业4.0技术相关文献［6，7］的论述，智能制造的特点可概括如下：产品个性化定制，设计-制造系统高度智能化，产品生产过程工艺个性化，物联网链接制造全过程，智能化工厂标准化。

上述四个工业时代仅被冠以该阶段某单一技术学科的名称，这种以历史发展阶段主脉来概括历史的方法确实起到了画龙点睛的作用，近现代图书馆业发展的四个历史阶段的命名也应当从中汲取经验。

3 图书馆1.0—4.0时代划分

从近代图书馆变革开始，图书馆业始终在做两件事，一个是不断研究探寻图书馆学的新理论和新方法，另一个是及时引进最新的科学技术方法和设备，二者共同保障了图书馆与时代发展的同步。其中理论创新和新科学技术是导致变革的重要事件，可以作为图书馆不同时代划分的主要依据。本文通过对图书馆发展史实的研究，划分和定义了图书馆业发展的四个时代和名称。

3.1 图书馆1.0时代

从19世纪中期到20世纪中期（约1860—1945年），名称表述为“科学分类方法时代”。18世纪下半叶，图书馆尝试将蒸汽革命新产生的科学技术学科类目编入分类法，近代图书馆革命进入萌动期。1810年，《法国分类表》中新增了科学、技术类目。1861年，哈佛大学穿孔卡片目录正式公开推出［8］，卡片目录在业界沿用至20世纪90年代。1870年，哈里斯编写的《圣路易斯公共学校图书馆目录》发表，哈里斯分类法将“科学、艺术、历史”作为三大主体分类概念应用到其图书分类体系中。稍后，杜威参考了哈里斯分类法编制了《杜威十进分类法》［9］（DDC，1876年），国会图书馆分类法（LC）于1891年发布。杜威十进分类法的层累制记数方法，由左至右计数。其中三位数字加小圆点标记法［10］是一个重要创新，很好地解决了细分类目展开和未来新条目的可扩展性问题。图书馆学者还相继创新出各种细化通用分类方法，例如：仿分，复分，世界地区、民族、语言、年代表等。随着图书馆学研究的逐步深入，图书馆学专业建立（1887年，美国哥伦比亚大学）。

为适应科技信息专业化快速报导和检索的需要，各类专业文摘、索引、速报、年报等系列出版物开始发行，例如美国工程索引EI（1884年）、英国科学文摘 SA（1898年）、美国化学文摘 CA （1907年）等，由此情报学理论、主题方法、主题词/关键词规范等领域受到重视并逐步成熟。

图书馆1.0时代是一个值得图书馆人骄傲的时代，因为它是图书馆学人原创能力最强的时代，科学分类方法是这一时代最具影响力的图书馆学成果。

3.2 图书馆2.0时代

20世纪中期到20世纪中后期（约1946—1980年），表述为“机读目录时代”，或称“MARC时代”，这一时代的开端要从二战后电子管计算机开始民用化算起。

图书馆1.0时代后期，伴随社会进步，图书期刊出版量与读者量增长很快，纸本卡片辅助编目、目录检索与人工记账式的流通管理显然已不能适应时代发展的速度和需求，图书馆再一次遇到发展瓶颈问题。图书馆自动化初期尝试在编目和流通管理中使用机读穿孔卡技术，1936年德克萨斯大学图书馆曾安装过一台IBM穿孔卡图书馆流通管理机电装置［11］。二战之后，计算机性能的不断提高使计算机编目实用化初现曙光。1964年，美国机读目录（MARC磁带）计划正式启动［12］，借助1965年问世的IBM360通用集成电路大型计算机，机读目录技术获得突破，1966年MARC-I发布，1969年全美MARC磁带邮寄发行。随后，远程联机编目、书目计算机检索、情报数据库检索（初期）、图书馆管理集成系统（采访、编目、流通、管理）陆续出现。70年代图书馆EAS安保技术应用，开架式服务逐步普及，图书馆条形码流通管理系统于1971年首先在欧洲出现。开架服务加计算机条形码流通管理使图书馆业的发展在2.0时代末期进入到一个高潮阶段。

图书馆2.0时代围绕的核心是机读目录及相关拓展研究，笔者认为这是图书馆的第一次电子数字化革命——图书馆目录实现了电子数字化。

3.3图书馆3.0时代

20世纪后期到 21世纪初期（1980—2015年），这一阶段可表述为“图书馆数字-网络化时代”。

随着互联网技术、网络浏览器技术、网页技术的成熟，图书馆互联网OPAC目录检索系统替代了早期的远程登录检索系统。受多媒体技术启发，数字图书馆概念于1990年由美国密执安大学提出，到2000年发达国家数字图书馆体系已初步建立。数字图书馆建立初期，纸质图书与期刊被扫描成图像版文件，后期随着扫描图像文件转换成字符代码文件的技术成熟，各类全文检索数据库出现。20世纪末，无源RFID标签技术在图书馆开始应用，自助式借还、自动化流通分拣、架区导航、智能书架技术逐步得到应用。近五年来，云存储、大数据技术在图书馆中开始得到应用。这一时代图书馆业的主要成就是图书馆文献的数字化和服务的网络化。

考虑到目前呈现在读者面前的数字图书馆主要是为数众多的独立数据库，大量图书文献仍有待回溯数字化，现实与理想中的数字图书馆尚存在不小差距，所以本文未将图书馆3.0时代命名为“数字图书馆时代”，而将其概括为“数字-网络化时代”。

3.4 图书馆4.0时代

图书馆4.0时代，即智能图书馆时代，时间从目前开始。智能图书馆时代寄希望于实现这样一个目标——以读者（含个人读者，社会团体读者，AI系统）个性化服务为中心的全时空、全媒体、高度人工智能化的图书馆服务体系。

图书馆人工智能化服务包括：读者服务提交-确认处理过程智能化，文献检索处理过程智能化，结果获取（馆藏定位，递送方式）智能化。其中前两项的难度较高，是智能图书馆的主要研究课题。由于图书馆数字化工程没有彻底完成，当前的图书馆服务体系实质上是由图书馆2.0时代体系和图书馆3.0时代体系组成的混合体系，图书馆2.0体系即指20世纪70年代实现的数字化目录（人工标引目录）+传统纸质馆藏体系；图书馆3.0体系指从20世纪末到目前所实现的数字化目录（部分人工标引目录+部分全文检索目录）+数字化文献（部分扫描图像文件+部分数字化文字代码文件）体系。图书馆3.0体系实现了部分的文献数字化，但也由此引出了数字化平台上的新问题。以目前的数字图书馆为例，其数字资源由图书馆自建数据库或协议使用的商业化文献数据库组成，每个数据库都是全球图书馆业全部资源中的一个小子集。在使用这样的数据资源时，读者被要求“训练有素”，首先要明确所需信息在哪个库内，还要熟悉该库的检索方法。少量数据库整合后允许读者采取门户式跨库整合检索，绝大多数数据库仍要逐一搜索挖掘。利用图书馆2.0和3.0时代的检索方式（人工标目检索体系，简单检索词匹配全文过滤检索体系）来检索全文数字化资源，其结果可能会遗漏重要文献信息，或是检索结果过于庞大。智能式检索是数字图书馆时代的必由之路。

以著名药学家、诺贝尔医学奖获得者屠呦呦的研究对象“青蒿”为例，选择某古籍数字化库，在全文检索条件下输入“青蒿”，检出条目1716条，其中也包含了诗词歌赋等非医药条目。逐条查看，可找到启发屠呦呦低温萃取青蒿的“葛仙翁”（即葛洪）的“肘后备急方”。如果对该库采用标引主题检索则检索不到该条目，这说明全文检索是数字图书馆必不可少的功能，但是简单过滤式全文检索会产生弥散过滥的结果。再例如，在某期刊库主题检索条件下输入“纳米”一词（检索纳米技术、纳米科学、纳米材料等），检出134，010条结果；而在全文检索条件下，检出468，673条不重复结果。检索几乎是在瞬间完成，但检索结果之大令读者难于应对。

目前，社会上已有智能检索系统的先例，例如，学术论文诚信检测系统，互联网大型综合信息搜索系统，前者具有应对超大被检对象和复杂问题的能力，后者则对非规范检索词组或描述（根据图书馆检索词规范则不能接受）的处理游刃有余。两种信息处理系统在设计上都引入了多种人工智能理论的最新成果，智能图书馆系统设计应从中获得启发。

与简单全文检索相比，智能化检索所需计算机系统的作业量、缓存开销要大很多个数量级，这也是很多文献数据库系统不愿提供更复杂检索方法的原因。目前，计算机的运算速度已经很快。2013年的天河2号计算机的运算速度是3.3亿亿次每秒，是1967年的IBM360-91大型计算机运算速度（16.6 MIPS）的20亿倍。但是如果面对上万个读者同时提交复杂的智能化检索问题，单个图书馆计算机系统仍然会不敷一用。开发高效率的智能检索算法，采用云计算、大数据方法，改传统“即查即得”方式为“作业提交等待结果”等都是图书馆4.0时代可尝试的创新点。

图书馆应该能够提供一种智能图书馆APP读者辅助软件，使读者自带的设备可以与图书馆系统良好互动。读者的阅读笔记、查询数据汇总、整理工作等，都可在阅读查找过程中自然进行。目前，有图书馆人专门研究由上述情况导致的“读者图书馆焦虑症”，解决该问题的主导方向应是图书馆服务智能化。

从全社会角度看，现代化图书馆也是一个大数据的典型代表，只是图书馆里的“大数据”是复杂型大数据，每一单条数据（电子化或纸本的一篇文章、一本书等）量大而复杂。现在社会上经常提及的大数据一般是简单型大数据，即每一条数据较为简单，但其单位时间内产生量巨大，多地域同时产生，例如火车客流信息、股票交易信息等。需要注意，目前社会上正在使用的大数据处理软件系统并不适宜直接用于图书馆业，图书馆大数据资源处理有其特殊性。图书馆业要参考、引进、开发自己的大数据处理系统，这也是图书馆4.0计划的一个子课题。

在图书馆3.0时代，虽然图书馆资源的综合数字化已具相当水平，但是社会各类应用系统对图书馆系统的智能化信息直接查询、任务定制服务还没有实现，目前主要还是“图书馆系统-读者-应用系统”模式。以制造业为例，在 CAD辅助设计系统中，科技人员人工预安装了各种函数库、标准件（机械、传感、电力电子、集成电路等）数据库表。按照工业4.0设想，未来智能制造系统具备自我学习能力，知识数据获取应通过系统对系统界面直接完成，尤其是对离散型信息的搜索采集，例如汽车油漆涂装工艺。厂商除需要了解汽车出口对象国的气象、紫外线强度、空气盐分信息外，还需要了解民族、颜色、偏爱等人文信息。在工业4.0时代，这类信息可否由智能制造系统与智能图书馆系统直接对接后实现自动化查询？即人工智能概念的“机器-机器”式查询。这种查询可以是实时发生的，也可以是任务定制发包模式，任务完成后图书馆系统将结果通知并递送给制造业系统。这就涉及到图书馆系统智能化、信息服务APP软件设计、中间件接口标准化等一系列问题，图书馆4.0与工业4.0计划需要合作来实现这一创新工程。

将各种智能检索、服务子系统有机的整合起来，就是图书馆4.0的整体架构。前3个图书馆时代的经验已经告诉图书馆人，遇到问题时需要借鉴引进同时代工业革命的先进思想和技术经验。因此，对图书馆而言，学习汲取工业4.0——智能制造体系的精髓是一条捷径。

图书馆4.0系统完成时，每个数字图书馆不再是500个或1000个离散的数据库摆放在那里由读者挑选使用，而是让读者从检索和信息服务中能感到图书馆信息系统是一个透明的整体。

4 图书馆4.0时代预期目标

1990年以后，图书馆界开始探讨智能图书馆的模型，有研究文献认为目前图书馆已经具备智能型图书馆的特点，例如图书馆RFID智能书架、图书架区导航、NFC、二维码扫描信息链接等，但它们只是大智能图书馆模型框架下的一个分支部分。人工智能领域60年的研究已经在自然语言处理、推理、模糊理论、机器学习、博弈、知识表现、语言翻译、优化方法等诸多方面有了大量技术储备，可以在智能时代释放潜能。根据上述章节中对图书馆4.0时代创新点的分析，笔者认为未来智能图书馆有如下几个发展方向。

4.1 以个体为对象的智能互动式服务系统

智能系统与读者交互式对话，其支持背景是深度的、智能的，可以延伸到很深的图书馆服务和学术层级，链接到各分支服务项目，不是简单的导航对话。读者可以在中间任意层级选择激活服务。以个性化需求为主轴，这是工业4.0也是图书馆4.0的核心出发点。目前，图书馆集成系统中已有读者过往浏览记录、借阅记录、读者笔记空间等，但它只是读者借阅活动的系统痕迹记录，并没有与系统发生复杂的互动，还不算智能式服务。

4.2 智能图书馆客户服务APP软件包

考虑到图书馆读者量巨大、智能图书馆系统自身存储和运算量开销、服务的离线方便性等问题，图书馆智能系统应提供客户端智能服务APP下载软件模块，实现“主服务器-客户端”之间的互动，读者在网上、到馆服务中所获取的各类信息能实现自带设备存储和后台处理，将主系统作业压力分解。

4.3 离馆、到馆一体化个性化智能系统

系统智能化安排读者到馆与离馆服务作业，即刻无法完成的大作业将延后至系统低作业期完成，最大限度利用网络通信技术无缝衔接。到馆实时现场服务与网上预定服务多作业并行推进，实现三方（读者、智能图书馆系统、馆员）间互动，智能化作业推进，进程跟踪报告，到期自动下载结果。

4.4 智能柔性检索

智能柔性检索是智能图书馆计划中最复杂、最具有挑战性的项目，检索系统不仅仅是一个超级搜索引擎，智能全文阅读式查找可以做出对所检条目符合程度的评估，查找结果可分组列出或过滤掉不符合检索目的的内容，避免大量不相关冗余检索结果的产生。例如要求以检索题目为参照点进行：否定性结果查找、肯定性结果查找、同一题目重复性叙述报导结果查找（可借此过滤冗余结果）、同题目完全创新结果查找、在第一发明基础上二次创新（作者在文章中会主动说明）结果查找。对文献全文进行语义分析，利用人工智能做出综合判断，它的实现将化解人工检索时最费脑力的“海量浏览-精细阅读”判断问题。

4.5 广义“读者”智能互动服务

图书馆已经在使用RFID技术，它是物联网整体架构下的一个末端传感技术，真正的物联网技术还没有全面铺开。未来图书馆借助于物联网可与包括智能制造系统在内的所有外部物联网子用户系统实现交互操作，“读者”概念可广义化。例如，智能制造系统的知识学习、创新、数据事实查找辅助过程，都可通过物联网链接到图书馆智能系统上实现。这样个体智能制造系统自身的资源成本会降低，全社会的资源共享效率会提高。

4.6 通用人工智能辅助学习系统

科研、企业单位拥有的人工智能系统一般不会对公众开放，未来公众对人工智能系统有学习和普及的需求，开放学习型人工智能系统的管理者、设置地点（真实、虚拟，指云计算租用计算机）应选择在图书馆。智能图书馆本身已有人工智能系统，具备辅助读者进行人工智能创新实践的条件，图书馆的对公众的开放性、知识信息收藏与提供、人工智能辅助思维创新是最佳组合。

4.7 智能检索信息数据库

读者获取的信息不应该是简单的流水账，应该是以个人数据库形式出现，以方便读者阅读使用。智能检索信息数据库的建立、调整、数据积累与输出、情况报告等都应该是智能的，数据库软件包应是上述APP软件的一部分，数据库可驻留在读者个人计算机之中。

4.8 智能图书馆体系标准

使图书馆个性化智能信息服务系统可以在全球图书馆业中实现无障碍接续服务，这就涉及接口问题，主要是协议软接口，在外部主要参照利用物联网软件接口协议，在内部主要是图书馆智能APP数据交换平台协议。如果在某些节点上无法通过，就需要中间件协议来协调。

对智能系统占机比率高、外设调用多、计算量大的大作业服务可以是有偿服务，例如智能制造系统对智能图书馆信息的调用，可采用多模式灵活的计量收费支付方式。

5 结语

本文通过对工业1.0—3.0时代同期图书馆业发展的分析和对比，提出了图书馆1.0—4.0概念。这有助于图书馆行业通过已经启动的工业4.0计划看清图书馆4.0的实际意义，图书馆智能化是图书馆业面对的新时代机遇和挑战。纵观图书馆业发展史可以看出，与时俱进地研究、运用时代先进信息技术是图书馆业在历次技术革命中立于不败之地的根本策略。图书馆业在数字图书馆发展初期曾经出现过可能被IT业替代的危机形势，幸运的是因著作权和版权的争议使危机被化解，但是在工业4.0时代尚难于预测IT业会给图书馆业带来何种新冲击。未雨绸缪，图书馆业采取前瞻性策略积极面对是正确的抉择。

1宋慧欣.工业4.0制造业未来之路［J］.自动化博览，2013（10）.

2中国制造2025发展纲要［N］.人民日报，2015-05-20（01）.

3吴国盛.科学的历程（3rd）［M］.长沙：湖南科学技术出版社，2013：274.

4李彦.IT通史［M］.北京：清华大学出版社，2005：34.

5贲可荣，张彦铎.人工智能［M］.北京：清华大学出版社，2013：2.

6王喜文.工业4.0智能工业［J］.物联网技术，2013（12）.

7吴为.工业4.0与中国制造2025从入门到精通［M］.清华大学出版社，2015：3.

8张玉麟.简论图书馆卡片目录的产生和发展［J］.图书馆工作与研究，1987（3）.

9余君立，等.文献分类学［M］.武汉：武汉大学出版社，2015：212.

10刘国均.现代西方主要图书分类法评述［M］.北京：国家图书馆出版社，2013：16.

11Joseph Becker.Circulation and the Computer ［EB/OL］.［2015-12-27］.http://www.jstor. org/stable/25697052？seq=1#page_scan_tab_ contents.

12杨宗英.图书馆自动化系统［M］.上海：上海交通大学出版社，1990：2.

（董曦京 研究馆员 国家图书馆）

Prospect of the Age of“Library 4.0”from the Perspective of“Industry 4.0”Project

Dong Xijing

In contrast with the connotation of“Industry 4.0 Project——Intelligent Manufacturing”and the division of four industrial ages，the paper reviews the history of the development of modern librarianship and technological progress，presents the library 4.0 concept，and names the relevant four ages as：age of scientific classification；age of MARC；age of digitization&network；age of intelligence library.The contents and major developing directions in the age of intelligence library are also explored.12 refs.

Library 4.0；Intelligent Library；Industry 4.0；Intelligent Manufacturing

2016-02-26