工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是怎樣優(yōu)化制造業(yè)的

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的起源

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是指物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，相對(duì)應(yīng)于消費(fèi)者物聯(lián)網(wǎng)而言。物聯(lián)網(wǎng)的定義很多，但最基本的定義都環(huán)繞著對(duì)物理實(shí)體的連接。如Gartner 的定義：物聯(lián)網(wǎng)（IoT）是物理實(shí)體的網(wǎng)絡(luò)，這些物理實(shí)體含有嵌入式技術(shù)，能與內(nèi)部狀態(tài)或外部環(huán)境進(jìn)行通信和感知或互動(dòng)。再如，McKinsey的定義：物聯(lián)網(wǎng)是嵌入物理實(shí)體的傳感器和執(zhí)行器，通過有線和無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行鏈接，通常使用互聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）。

更廣泛的看，物聯(lián)網(wǎng)作為互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的新的一波浪潮，將把成千上萬的實(shí)物器件連接上網(wǎng)，與現(xiàn)有的信息網(wǎng)絡(luò)和社交網(wǎng)絡(luò)交接互動(dòng)，建成一個(gè)無所不包的萬物互聯(lián)網(wǎng)。

圖 1 互聯(lián)網(wǎng)革命的延續(xù)

物聯(lián)網(wǎng)的概念現(xiàn)在通常認(rèn)為［1］是由Kevin Ashton在1999年互聯(lián)網(wǎng)的高峰期的最早提出的。當(dāng)時(shí)Ashton與Sanjay Sarma和David Brock在麻省理工學(xué)院剛成立的自動(dòng)識(shí)別中心，通過RFID標(biāo)簽將物件連接到互聯(lián)網(wǎng)上。Ashton同時(shí)期在寶潔（Procter＆Gamble）從事供應(yīng)鏈優(yōu)化工作，在對(duì)高層管理人員做演講時(shí)把通過RFID標(biāo)簽將物件連接到互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)稱之為Internet of Things（物聯(lián)網(wǎng)）。

其后，物聯(lián)網(wǎng)的這個(gè)概念并沒有馬上得到廣泛的關(guān)注，而是一種陸陸續(xù)續(xù)的認(rèn)同。

國(guó)際電聯(lián)（ITU）在2005年發(fā)布IoT報(bào)告中展望著一種永在的通訊能力，這種能力與像RFID和智能計(jì)算等新技術(shù)的結(jié)合，將引入對(duì)器件實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的世界，把從輪胎到牙刷的實(shí)體納入通訊范圍內(nèi)，預(yù)示著一個(gè)新時(shí)代的黎明的到了，使當(dāng)時(shí)連接數(shù)據(jù)和人的互聯(lián)網(wǎng)讓位未來的物聯(lián)網(wǎng)。

在2008年，美國(guó)國(guó)家情報(bào)委員會(huì)將物聯(lián)網(wǎng)列為6個(gè)“顛覆性民用技術(shù)”之一，認(rèn)為其對(duì)美國(guó)利益至2025年將有潛在的影響。

在2010年，中國(guó)國(guó)務(wù)院總理***更將物聯(lián)網(wǎng)稱為中國(guó)重點(diǎn)行業(yè)，并計(jì)劃對(duì)其進(jìn)行重大投資。

到了2011年，物聯(lián)網(wǎng)開始在市場(chǎng)上受到廣泛的關(guān)注和認(rèn)同，2011年，市場(chǎng)研究公司Gartner在其“新興技術(shù)的Hype周期”上列舉了“物聯(lián)網(wǎng)”。與此同時(shí)，其它主流技術(shù)專題雜志、著名分析機(jī)構(gòu)和全球性大型企業(yè)，如Forbes、Wired、the Atlantic，McKinsey和Cisco，開始使用物聯(lián)網(wǎng)作為詞匯來描述這一現(xiàn)象并列舉各種各樣天文量級(jí)的數(shù)據(jù)來預(yù)測(cè)其巨大的潛力。

到此，物聯(lián)網(wǎng)已受到了市場(chǎng)和社會(huì)的普遍認(rèn)同和接納，但是主要關(guān)注點(diǎn)大多局限于與消費(fèi)者相關(guān)的應(yīng)用領(lǐng)域，如智能家居（如通過智能手機(jī)控制照明、門窗，溫度和家用電器等）、智能城市（如交通、空氣質(zhì)量、供水等智能監(jiān)控和調(diào)度等），而物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用的理解和推動(dòng)也開始興起。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的起源

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)則由GE公司在2012年提出，作為工業(yè)革命和互聯(lián)網(wǎng)革命之后的第三波大變革，是互聯(lián)網(wǎng)所推動(dòng)的先進(jìn)計(jì)算能力、數(shù)據(jù)分析、低成本的傳感技術(shù)以及廣布的連接與全球性的工業(yè)系統(tǒng)的大融合，是數(shù)字世界與機(jī)器世界的深度交織，將為全球性的工業(yè)體系帶來意義深遠(yuǎn)的變革。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)通過提高效率和績(jī)效，降低能耗和成本，將提升生產(chǎn)率1-1.5個(gè)百分點(diǎn)，再次達(dá)到互聯(lián)網(wǎng)時(shí)期的高峰值，在未來的20年內(nèi)將為全球的年度生產(chǎn)總值（GDP）增加10-15萬億美元的價(jià)值。

為了說明工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在優(yōu)化工業(yè)系統(tǒng)的潛力，GE在《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)：推動(dòng)思維和機(jī)器的邊界》的白皮書中引用了一些數(shù)據(jù)，評(píng)估了在一些工業(yè)領(lǐng)域里如果通過優(yōu)化達(dá)到1%的節(jié)省，由于其規(guī)模將能得到的經(jīng)濟(jì)效益。

在2015年初世界經(jīng)濟(jì)論壇發(fā)布的題為《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)：釋放連接產(chǎn)品和服務(wù)的潛力》的調(diào)研報(bào)告，其所得出的結(jié)論是，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)確實(shí)是變革性的——它將改變競(jìng)爭(zhēng)的基礎(chǔ)，重新劃定行業(yè)界限并造就一波具有顛覆性的新企業(yè)，就像當(dāng)前的互聯(lián)網(wǎng)造就了Amazon、Google和Netflix一樣。

這個(gè)調(diào)研報(bào)告表明，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的顛覆性，來自于從連通產(chǎn)品里所收集的海量數(shù)據(jù)中所創(chuàng)造的新價(jià)值，從而可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化決策，并實(shí)時(shí)優(yōu)化運(yùn)營(yíng)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將在四個(gè)主要方面提供的關(guān)鍵業(yè)務(wù)機(jī)會(huì)：

☆ 通過預(yù)測(cè)性維護(hù)和遠(yuǎn)程管理大幅提高運(yùn)營(yíng)效率（例如，提高正常運(yùn)行時(shí)間，資產(chǎn)利用率）。

☆ 由軟件驅(qū)動(dòng)的服務(wù)、在硬件方面的創(chuàng)新、以及對(duì)產(chǎn)品，流程，客戶和合作伙伴可見度的提升這些因素，將引入成果型經(jīng)濟(jì)模式，在這種模式下，企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力在于它們?yōu)榭蛻艚桓犊珊饬康慕Y(jié)果的能力。

☆ 成果型經(jīng)濟(jì)模式將促使生態(tài)系統(tǒng)中的商業(yè)伙伴密切合作，將其產(chǎn)品和合作整合在一起，以共同滿足客戶的需求。一些軟件平臺(tái)，如能更好地在生態(tài)系統(tǒng)中收集，聚合和交換數(shù)據(jù)，將促進(jìn)以前所未有的速度和規(guī)模，生產(chǎn)，分銷和營(yíng)利新產(chǎn)品和服務(wù)。這將導(dǎo)致新型連通生態(tài)系統(tǒng)呈現(xiàn)，模糊傳統(tǒng)行業(yè)界限。

☆ 先進(jìn)的人與機(jī)器之間的合作，將把生產(chǎn)力提高到前所未有的水平和創(chuàng)造更有吸引力的工作體驗(yàn)。在此同時(shí)，不管是體力性還是智力性的低技能的工作都會(huì)愈來愈多被基于智能傳感、智能助手和機(jī)器人的“數(shù)字化勞動(dòng)力”所取代，而將來所需的工作，其技能的要求也會(huì)愈來愈高。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將利用技術(shù)輔助和增強(qiáng)工人的能力，使他們的工作更安全，更高效，更靈活和更投入因而更具吸引力。

為了推廣工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)， GE牽頭與英特爾、IBM、思科以及AT&T，一起于2014年3月在美國(guó)創(chuàng)立工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟（Industrial Internet Consortium – IIC），作為一個(gè)非盈利開放性的組織。

它把相關(guān)的企業(yè)和機(jī)構(gòu)聚合在一起，探索、交流和推廣有關(guān)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的理念、技術(shù)和最佳實(shí)踐，其宗旨在于加快工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和其價(jià)值的實(shí)現(xiàn)。在技術(shù)方面，IIC著重推動(dòng)通用架構(gòu)，互操作性和開放標(biāo)準(zhǔn)的廣泛采用，以期超越技術(shù)和產(chǎn)業(yè)孤島所帶來的障礙。在業(yè)務(wù)方面，IIC則注重協(xié)調(diào)生態(tài)系統(tǒng)，推動(dòng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在各行業(yè)的采納。IIC具體的工作聚焦在以下的一些方面：

☆ 建立公開論壇探索、交流和推廣有關(guān)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的理念、技術(shù)和最佳實(shí)踐；

☆ 制定參考架構(gòu)和技術(shù)框架，發(fā)布最佳實(shí)踐及案例研究，以簡(jiǎn)化IIoT的實(shí)施；

☆ 提煉標(biāo)準(zhǔn)要求，協(xié)調(diào)和促進(jìn)與全球IIoT相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)制定；

☆ 創(chuàng)立案例和測(cè)試床，探索和展示切合實(shí)際的IIoT系統(tǒng)的實(shí)施和價(jià)值的實(shí)現(xiàn)；

☆ 提升對(duì)IIoT安全的關(guān)注，推動(dòng)安全方法的創(chuàng)新，增強(qiáng)系統(tǒng)的安全實(shí)施和信心。

目前，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的理念已在全球得到了廣泛的認(rèn)同和接受，IIC也已發(fā)展成為一個(gè)推動(dòng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的領(lǐng)先國(guó)際化機(jī)構(gòu)。

中國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)同盟也于2015年2月在北京成立，作為一個(gè)多功能開放平臺(tái)，支撐政府和產(chǎn)業(yè)界雙向溝通、制造業(yè)和信息通信業(yè)跨界融合和協(xié)同創(chuàng)新、國(guó)內(nèi)發(fā)展和國(guó)際合作，以期切實(shí)推動(dòng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新發(fā)展。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用廣泛地涵蓋了所有牽涉到工業(yè)和基本設(shè)施裝備和資源的使用、管理和運(yùn)營(yíng)、所有能受益于信息化和智能化所帶來的優(yōu)化成果的領(lǐng)域，包括了智能城市、智能建筑、醫(yī)療保健、交通運(yùn)輸、石油與天然氣、電力、礦產(chǎn)、農(nóng)林，當(dāng)然也包括了智能制造。

殊途同歸

與此同時(shí)，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的推進(jìn)也在國(guó)際上受到日益的注重， 其中最具影響力的是德國(guó)的工業(yè)4.0。工業(yè)4.0作為其中的一個(gè)未來項(xiàng)目，源于德國(guó)政府2010年的“行動(dòng)計(jì)劃高科技戰(zhàn)略2020”。工業(yè)4.0平臺(tái)作為一個(gè)機(jī)構(gòu)也為此在2013年正式成立，整合德國(guó)國(guó)內(nèi)企業(yè)、產(chǎn)業(yè)、科研、政府和勞工資源，旨在辨認(rèn)制造行業(yè)的所有相關(guān)發(fā)展趨勢(shì)，確定對(duì)工業(yè)4.0的理解，并為此制定聯(lián)合建議，最終的目的是把德國(guó)建立成先進(jìn)的制造解決方案的主要市場(chǎng)和供應(yīng)者。

實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0或智能制造的基本措施是通過連通機(jī)器、工件和系統(tǒng)、企業(yè)，在整個(gè)價(jià)值鏈上建立可以自主并相互控制的智能網(wǎng)絡(luò)，而這些理念、措施和技術(shù)與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是融合相通的，都將是建立在CPS的基礎(chǔ)上。

無論是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)4.0，還是智能制造，盡管它們的出發(fā)點(diǎn)、思考問題的角度和所關(guān)注的應(yīng)用領(lǐng)域各有差異，但它們都是共享著一個(gè)核心理念，即把互聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)——計(jì)算和通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，更加廣泛、深入地應(yīng)用在工業(yè)系統(tǒng)和基本設(shè)施中，以實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)與生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)技術(shù)的深度融合；它們都要達(dá)到一個(gè)共同目的，即通過對(duì)物理實(shí)體狀態(tài)和環(huán)境的實(shí)時(shí)感知，在信息空間通過計(jì)算做出最佳的決策，動(dòng)態(tài)地優(yōu)化物理資源的使用。

可以這樣看，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用涵蓋了對(duì)包括制造業(yè)在內(nèi)所有工業(yè)系統(tǒng)和基本設(shè)施資源的優(yōu)化，而工業(yè)4.0則根據(jù)制造業(yè)的特定需求聚焦在對(duì)生產(chǎn)資源的優(yōu)化。CPS則是實(shí)現(xiàn)這些對(duì)資源優(yōu)化的基礎(chǔ)技術(shù)和構(gòu)建模塊，而工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)4.0最終所建立的都是系統(tǒng)級(jí)（SoS級(jí)）的CPS，這些互聯(lián)互通的CPS也成了萬物互聯(lián)網(wǎng)不可缺少的一部分。

文獻(xiàn)表明，物聯(lián)網(wǎng)的概念的首次提出其實(shí)是在互聯(lián)網(wǎng)還未真正形成的1985年 9月。當(dāng)時(shí)，美國(guó)的一位無線通訊先驅(qū)，Peter T. Lewis，在對(duì)一個(gè)受到美國(guó)聯(lián)邦通訊委員會(huì)（FCC）支持的國(guó)會(huì)會(huì)議中做報(bào)告時(shí)提出：物聯(lián)網(wǎng)（IoT）是將人員，流程和技術(shù)與可連接設(shè)備和傳感器集成在一起，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，狀態(tài)，操縱和評(píng)估這些設(shè)備的趨勢(shì)。這與現(xiàn)階段對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的理解驚人地相似。