工業互聯網如何優化制造業

林詩萬

工業物聯網是指物聯網在工業領域的應用，相對應于消費者物聯網而言。物聯網的定義很多，但最基本的定義都環繞著對物理實體的連接。如Gartner 的定義：物聯網是物理實體的網絡，這些物理實體含有嵌入式技術，能與內部狀態或外部環境進行通信和感知或互動。再如，McKinsey的定義：物聯網是嵌入物理實體的傳感器和執行器，通過有線和無線網絡進行鏈接，通常使用互聯網的互聯網協議。

更廣泛地看，物聯網作為互聯網發展的新的一波浪潮，將把成千上萬的實物器件連接上網，與現有的信息網絡和社交網絡交接互動，建成一個無所不包的萬物互聯網。

物聯網的概念現在通常認為是由Kevin Ashton在1999年互聯網的高峰期最早提出的。當時Ashton與Sanjay Sarma和David Brock在麻省理工學院剛成立的自動識別中心，通過RFID標簽將物件連接到互聯網上。Ashton同時期在寶潔（Procter&Gamble;）從事供應鏈優化工作，在對高層管理人員做演講時把通過RFID標簽將物件連接到互聯網技術稱之為Internet of Things（物聯網）。

其后，物聯網的這個概念并沒有馬上得到廣泛的關注，而是一種陸陸續續的認同。到今天，物聯網已受到了市場和社會的普遍認同和接納，但是主要關注點大多局限于與消費者相關的應用領域，如智能家居（如通過智能手機控制照明、門窗、溫度和家用電器等）、智能城市（如交通、空氣質量、供水等智能監控和調度等），而物聯網在工業領域的應用的理解和推動也開始興起。

工業互聯網的起源

工業互聯網則由GE公司在2012年提出，作為工業革命和互聯網革命之后的第三波大變革，是互聯網所推動的先進計算能力、數據分析、低成本的傳感技術以及廣布的連接與全球性的工業系統的大融合，是數字世界與機器世界的深度交織，將為全球性的工業體系帶來意義深遠的變革。工業互聯網通過提高效率和績效，降低能耗和成本，將提升生產率1～1.5個百分點，再次達到互聯網時期的高峰值，在未來的20年內將為全球的年度生產總值（GDP）增加10萬～15萬億美元的價值。

為了說明工業互聯網在優化工業系統的潛力，GE在《工業互聯網：推動思維和機器的邊界》的白皮書中引用了一些數據，評估了在一些工業領域里如果通過優化達到1%的節省，由于其規模將能得到的經濟效益。

在2015年初世界經濟論壇發布的題為《工業互聯網：釋放連接產品和服務的潛力》的調研報告，其所得出的結論是，工業互聯網確實是變革性的——它將改變競爭的基礎，重新劃定行業界限并造就一波具有顛覆性的新企業，就像當前的互聯網造就了Amazon、Google和Netflix一樣。

這個調研報告表明，工業互聯網的顛覆性，來自于從連通產品里所收集的海量數據中所創造的新價值，從而可以實現自動化決策，并實時優化運營。工業互聯網將在四個主要方面提供關鍵業務機會：

1.通過預測性維護和遠程管理大幅提高運營效率（例如，提高正常運行時間、資產利用率）。

2.由軟件驅動的服務、在硬件方面的創新以及對產品、流程、客戶和合作伙伴可見度的提升這些因素，將引入成果型經濟模式，在這種模式下，企業的競爭力在于它們為客戶交付可衡量的結果的能力。

3.成果型經濟模式將促使生態系統中的商業伙伴密切合作，將其產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，如能更好地在生態系統中收集、聚合和交換數據，將促進以前所未有的速度和規模，生產、分銷和營利新產品和服務。這將導致新型連通生態系統呈現，模糊傳統行業界限。

4.先進的人與機器之間的合作，將把生產力提高到前所未有的水平和創造更有吸引力的工作體驗。在此同時，不管是體力性還是智力性的低技能的工作都會愈來愈多被基于智能傳感、智能助手和機器人的“數字化勞動力”所取代，而將來所需的工作，其技能的要求也會愈來愈高。工業互聯網將利用技術輔助和增強工人的能力，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。

為了推廣工業互聯網， GE牽頭與英特爾、IBM、思科以及AT&T;，一起于2014年3月在美國創立工業互聯網聯盟（Industrial Internet Consortium – IIC），作為一個非營利開放性的組織。

它把相關的企業和機構聚合在一起，探索、交流和推廣有關工業互聯網的理念、技術和最佳實踐，其宗旨在于加快工業互聯網的發展和其價值的實現。在技術方面，IIC著重推動通用架構，互操作性和開放標準的廣泛采用，以期超越技術和產業孤島所帶來的障礙。在業務方面，IIC則注重協調生態系統，推動工業互聯網在各行業的采納。IIC具體的工作聚焦在以下的一些方面：

1.建立公開論壇探索、交流和推廣有關工業互聯網的理念、技術和最佳實踐；2.制定參考架構和技術框架，發布最佳實踐及案例研究，以簡化IIoT的實施；3.提煉標準要求，協調和促進與全球IIoT相關的標準制定；4.創立案例和測試床，探索和展示切合實際的IIoT系統的實施和價值的實現；5.提升對IIoT安全的關注，推動安全方法的創新，增強系統的安全實施和信心。

目前，工業互聯網的理念已在全球得到了廣泛的認同和接受，IIC也已發展成為一個推動工業互聯網發展的國際化機構。

工業互聯網的應用廣泛地涵蓋了所有牽涉到工業和基本設施裝備和資源的使用、管理和運營、所有能受益于信息化和智能化所帶來的優化成果的領域，包括智能城市、智能建筑、醫療保健、交通運輸、石油與天然氣、電力、礦產、農林，當然也包括了智能制造。

殊途同歸

與此同時，互聯網技術在工業領域的推進也在國際上受到日益的注重， 其中最具影響力的是德國的工業4.0。工業4.0作為其中的一個未來項目，源于德國政府2010年的“行動計劃高科技戰略2020”。工業4.0平臺作為一個機構也為此在2013年正式成立，整合德國國內企業、產業、科研、政府和勞工資源，旨在辨認制造行業的所有相關發展趨勢，確定對工業4.0的理解，并為此制定聯合建議，最終的目的是把德國建立成先進的制造解決方案的主要市場和供應者。

實現工業4.0或智能制造的基本措施是通過連通機器、工件和系統、企業，在整個價值鏈上建立可以自主并相互控制的智能網絡，而這些理念、措施和技術與工業互聯網是融合相通的，都將是建立在CPS的基礎上。

無論是工業互聯網、工業4.0，還是智能制造，盡管它們的出發點、思考問題的角度和所關注的應用領域各有差異，但它們都是共享著一個核心理念，即把互聯網的核心技術——計算和通訊網絡技術，更加廣泛、深入地應用在工業系統和基本設施中，以實現信息技術與生產運營技術的深度融合；它們都要達到一個共同目的，即通過對物理實體狀態和環境的實時感知，在信息空間通過計算做出最佳的決策，動態地優化物理資源的使用。

可以這樣看，工業互聯網的應用涵蓋了對包括制造業在內所有工業系統和基本設施資源的優化，而工業4.0則根據制造業的特定需求聚焦在對生產資源的優化。

CPS則是實現這些對資源優化的基礎技術和構建模塊，而工業互聯網和工業4.0最終所建立的都是系統級（SoS級）的CPS，這些互聯互通的CPS也成了萬物互聯網不可缺少的一部分。