美國工業互聯網發展經驗及其對中國的借鑒

杜傳忠 金文翰

(1.南開大學，天津 300071)

當今世界，一場以互聯網、大數據、人工智能等新一代信息技術廣泛應用為主要內容的新工業革命正在迅速發展，并呈現出先在消費領域、服務業得到廣泛應用，而后進一步向制造業和生產領域滲透、蔓延的態勢。如果說，互聯網的上半場主要作用于服務業領域，那么其下半場將主要作用于工業領域，工業互聯網將成為新工業革命的主要內容，并對一個國家工業乃至整個產業的效率和國際競爭力產生重要影響。世界第一經濟強國美國高度重視工業互聯網發展，將其作為實施“再工業化”戰略、搶占新一輪國際產業競爭制高點的重要內容和手段。美國在發展工業互聯網過程中形成了一套相對系統的推進機制、路徑及對策，其發展經驗對于中國工業互聯網發展具有重要借鑒價值。

一、美國工業互聯網發展的目標導向和基本內容

1.1 美國工業互聯網發展的目標導向

2008年美國次貸危機導致的全球金融危機對各國經濟造成了巨大的沖擊，美國由此意識到因制造業外流而形成的產業空心化會給國家財富和就業帶來巨大危機，因此開始重新調整經濟發展戰略，并于2009年12月公布了重振美國制造業的框架，隨后在2011年6月啟動了“先進制造業伙伴計劃”(Advanced Manufacturing Partnership，AMP)(1)White House Office of the Press, “President Obama Launches Advanced Manufacturing Partnership”, Obama White House, June 24, 2011, https://obamawhitehouse.archives.gov/the-press-office/2011/06/24/president-obama-launches-advanced-manufacturing-partnership.，旨在探尋新技術發展的深化和投資的新方向。另一項重要舉措是美國科技委員會于2012年2月提出的“先進制造業國家戰略計劃”(2)Executive Office of the President, National Science and Technology Council, “A National Strategic Plan for Advanced Manufacturing”, Washington, DC: Office of Science and Technology Policy, 2012.，該計劃遵循推行先進制造業開放政策、加強制造業設備建設及優化政府投資等三項原則，確立了加大中小企業投資力度、研發先進制造技術、建立多方合作關系、調整政府投資方向和提高科研經費等五個目標。

美國政府將發展制造業作為今后國家經濟建設的核心任務，在此背景下，美國通用電氣公司(GE)于2012年底提出了“工業互聯網”的概念，倡導通過人、數據與智能機器的互聯形成開放的工業網絡，促進工業設備和機器運行維護的優化并降低成本，實現資產運營績效的提高，其內涵超越了工業生產過程，貫穿了工業產品的整個生命周期。“工業互聯網”是美國“再工業化”戰略的一項重要內容，旨在將工業革命和互聯網革命結合起來，在制造業領域推廣應用物聯網、云計算、大數據分析等新一代信息技術，以此改造制造業生產的產品服務和管理過程，進而為美國在先進制造方面確立國際競爭優勢、搶占發展制高點奠定堅實的基礎。

1.2 美國工業互聯網的基本內容

美國企業除了在航空航天、生物醫療、半導體芯片、高性能材料等先進制造業領域擁有巨大優勢外，在信息通信技術領域長期處于的全球壟斷地位是其保持國際競爭力的最強有力資本，美國國際商用機器公司(IBM)、英特爾、谷歌、臉書(Facebook)等公司一直領跑全球信息通信技術賽道并占據較大的市場份額。隨著新一代信息技術以及智能化技術的發展，美國希望通過物聯網式的互聯互通、對大數據的智能分析及生產過程中的智能管理實現對傳統制造業的升級改造，鞏固其在全球制造業的領先地位。以通用電氣、國際商用機器公司(IBM)等為代表的美國工業及信息技術企業認為，傳統工業生產中的機器、設備和網絡會與新一代信息技術不斷融合，隨著智能設備、智能系統和智能決策在工業生產中的普及應用，這些要素將通過數據的互聯互通構成一個整體，并通過數據分析發現新的業務機遇、創新商業模式，由此開創“工業互聯網時代”。

美國工業互聯網提出后在中國國內引起了巨大的反響，學術界進行了熱烈的討論。李培楠和萬勁波(2014)認為工業互聯網集成了工業革命和網絡革命的優勢，在各類行業領域中都將擁有廣泛的應用前景。工業互聯網中各類生產要素以兼顧傳統和創新的混合方式，在大數據、云計算等新興技術的支持下，通過特定的高級行業分析進行有效組合，以此提高工業生產效率，最終實現工業革命和網絡革命成果的融合。(3)李培楠、萬勁波 ：“工業互聯網發展與‘兩化’深度融合”，《中國科學院院刊》，2014年第2期，第215-222頁。紀成君和陳迪(2016)認為工業互聯網是信息技術深層次發展背景下的一種新型工業發展模式，主要涉及互聯網、大數據、云計算等技術，利用傳感器對生產數據進行實時感知和收集，可以做到更準確、有效地控制生產環節，最終促進企業生產效率的提高。(4)紀成君、陳迪 ：“‘中國制造2025’深入推進的路徑設計研究——基于德國工業4.0和美國工業互聯網的啟示”，《當代經濟管理》，2016年第2期，第50-55頁。賈根良(2016)認為美國工業互聯網是互聯網發展的第三個階段，是互聯網與“機器對機器通信”深入融合的結果。工業互聯網通過數據、軟件、物聯網推動制造業的再定義，其目的是發展包含智能裝備、智能軟件以及網絡互聯三大要素的智能制造架構。(5)賈根良 ：“第三次工業革命與工業智能化”，《中國社會科學》，2016年第6期，第87-106頁。夏志杰(2018)認為工業互聯網包括智能物體、工作人員、互聯網、工業互聯網平臺以及工業數據分析工具五個部分，其中，互聯網將智能物體、工作人員和工業互聯網平臺連接起來，在此基礎上智能物體可收集工業數據，并利用相應工具對工業數據進行分析以獲取機器智能，達到改善生產制造流程及提高生產力的目的。(6)夏志杰 ：“工業互聯網的體系框架與關鍵技術——解讀《工業互聯網：體系與技術》”，《中國機械工程》，2018年第10期，第1248-1259頁。

一些學者將美國工業互聯網與德國工業 4.0 進行了比較分析，楊帥(2015)認為二者都是未來工業的發展模式，且在內生動力、內核、發展方向等方面較為相似，但由于美、德兩國在產業基礎及比較優勢等方面具有一定的差異，使得工業互聯網和工業4.0在概念內涵、實現路徑、強調重點、推進效果等方面有所不同。其中，工業互聯網是在市場需求發生變化的背景中產生，主要目的是利用互聯網相關技術對傳統產業進行滲透和改造以提高其生產效率，本質上是工業與新一代信息技術的深度融合，最終實現網絡化智能化生產。(7)楊帥 ：“工業4.0與工業互聯網：比較、啟示與應對策略”，《當代財經》，2015年第8期，第99-107頁。部分學者針對工業互聯網平臺進行了研究，李燕(2019)認為智能技術支撐下的工業互聯網平臺打通了產品的全生命周期生產環節，通過對海量數據的采集和分析，形成智慧決策，優化資源配置，以此提升生產效率并創造經濟價值，這是工業領域生產組織方式的升級和變革。(8)李燕 ：“工業互聯網平臺發展的制約因素與推進策略”，《改革》，2019年第10期，第35-44頁。李君和邱君降(2019)將工業互聯網平臺發展階段進行了劃分，提出平臺應具備信息資源的調度和管理、工業資源的連接與配置、工業大數據的管理與挖掘等功能。(9)李君、邱君降 ：“工業互聯網平臺的演進路徑、核心能力建設及應用推廣”，《科技管理研究》，2019年第13期，第182-186頁。呂文晶等(2019)對海爾集團COSMO平臺進行了案例研究，認為工業互聯網平臺建設需要企業在考慮自身要素的同時兼顧當下互聯網經濟發展的特征，而以數字化網絡化智能化制造為主體的新一代智能制造則是工業互聯網發展的核心。(10)呂文晶等 ：“工業互聯網的智能制造模式與企業平臺建設——基于海爾集團的案例研究”，《中國軟科學》，2019年第7期，第1-13頁。

綜合相關研究，本文認為工業互聯網主要包含以下幾個方面的涵義。首先，工業互聯網從構成要素的角度看是智能機器、高級分析和工作人員的融合。(11)[美]通用電氣公司(GE) ：《工業互聯網：打破智慧與機器的邊界》，機械工業出版社，2015年版，第3頁。其一，各類機器、設備等通過先進的傳感器、嵌入式控制器和軟件應用程序與網絡連接，形成“云—網—端”這一復雜的新型體系框架；其二，通過對制造業生產過程中該體系框架內源源不斷產生的數據進行采集、傳輸，并基于相關學科的專業知識進行分析，達到理解機器和大型系統運作方式的目的；其三，各種場所的工作人員(包括企業內部的企業家、技術人員和企業外部的消費者等)通過設備、網絡建立實時連接，支持設計、操作、維護以及高質量的服務與安全保障。

其次，工業互聯網的核心技術是大數據技術。數據是企業日常運營中不斷產生的信息資源，然而這些數據并非都具有使用價值，因此有必要結合企業的目標和意圖對這些數據進行處理。魏毅寅、柴旭東(2017)認為工業互聯網是實現數據價值的技術集成，從海量的原始數據開始產生到最后形成有價值的決策信息，其間經歷了收集、傳輸、分析等階段，通過集成各類軟硬件設備和相關技術，完成感知識別、信息通訊、數據挖掘、智能分析、平臺應用等任務。(12)魏毅寅、柴旭東著 ：《工業互聯網：技術與實踐》，電子工業出版社，2017年版，第9頁。大數據分析技術可以幫助企業對其生產過程進行更好的管理，在此基礎上可能創造出新的商業模式，形成新的核心競爭力。

再次，工業互聯網最重要的特征是“智能”和“互聯”。(13)劉云浩著 ：《從互聯到新工業革命》，清華大學出版社，2017年版，第78頁。前者包含智能設備、智能系統、智能決策三大要素；(14)王喜文著 ：《工業互聯網：中美德制造業三國演義》，人民郵電出版社，2015年版，第6-9頁。后者則要求通過信息網絡使原本割裂的工業數據實現流通，進而變成一個“智能網絡”。工業互聯網一方面需要讓已存在的機器、設備、機組等更加智能；另一方面，要求組建開放的網絡平臺以互聯化生產過程中的各類型機器和價值鏈上的各個環節，進而使得整個工業的生產和服務達到智能化，并最終推動工業生產效率的提升。

最后，工業互聯網是一整套網絡生態體系，其將實現制造業全方位的系統整合。工業互聯網將長期驅動制造業的變革，創新工業生產模式和資源組織方式，實現信息通信技術與制造業的深度融合及其在制造業領域的集成應用。工業互聯網主要涉及智能制造系統、信息通信系統、數據分析系統和網絡應用服務等方面，注重企業間的橫向集成、端到端的工程數字化集成和網絡化制造體系縱向集成，為企業發展智能制造、社會化協作生產及其他行業的智慧應用提供基礎平臺。

二、美國工業互聯網的發展機制與平臺建設經驗分析

2.1 美國工業互聯網的發展機制

(1)政府部門的支持和引領

工業互聯網是先進制造業發展的重要一環。美國政府對于如何發展先進制造業有著清晰的思路，并制定了一系列政策措施(如表1所示)。在這一系列政策的引領下，美國先進制造業的發展呈上升態勢。美國政府對工業互聯網的支持和引領主要是通過先進制造的政策措施來體現，具體表現在以下三個方面。

首先，美國政府利用其全球領先的信息技術提前布局工業互聯網相關技術產業，特別是將最早由美國國家科學基金會(NSF)提出的信息物理系統(CPS)作為學術和科學研究的重要方向，并持續提供專項資金予以支持，使其保持在該領域的技術優勢。美國政府還計劃加大對先進制造業研發的投資力度，例如在《先進制造業國家戰略計劃》中將投資分為了四類，即先進材料、生產技術平臺、先進制造流程、數據和設計基礎設施；(15)Executive Office of the President, National Science and Technology Council, “A National Strategic Plan for Advanced Manufacturing”, Washington, DC: Office of Science and Technology Policy, 2012.在《美國先進制造業領導戰略》中指出重點支持智能制造和數字制造系統、工業機器人、人工智能、增材制造、高性能材料、半導體等引領世界制造業發展的關鍵技術；(16)Subcommittee on Advanced Manufacturing Committee on Technology of the National Science & Technology Council, “Strategy for American Leadership in Advanced Manufacturing”, Washington, DC: Advanced Manufacturing National Program Office, 2018.2019年2月發布的《美國將主宰的未來工業》重點關注人工智能、先進制造、量子信息科學和第五代移動通信技術(5G)四項關鍵技術。(17)Office of Science and Technology Policy, “America Will Dominate the Industries of the Future”, The White House, February 7, 2019, https://www.whitehouse.gov/briefings-statements/america-will-dominate-industries-future/.此外，美國政府還十分重視先進制造技術的成果轉化和產業滲透，認為技術與經濟因素掛鉤是提升制造業競爭力的重要途徑。

其次，美國政府致力于為工業互聯網的發展營造一個良好的生態環境。一是全方位打造制造業創新中心，以此為節點與區域經濟群融合形成先進制造技術的轉化網絡，各創新中心需要找出美國制造業運行過程中存在的技術問題并加以解決，相互交流和分享各自的經驗，聯合研發新技術，同時培養先進制造技術人才。二是重視知識產權保護。美國政府將知識產權，特別是專利、商標、商業秘密等，放在與先進制造技術同等重要的地位，完善的知識產權保護體系一方面調動了技術開發者的積極性，激勵了創新，另一方面吸引了私營部門對先進制造技術的投資。三是積極推動稅收改革。美國政府在《重振美國制造業框架》中提出對研發及員工的培訓費用予以部分稅收減免；2010年出臺《制造業促進法案》提出降低部分進口商品關稅以減少企業的生產成本；2017年末發布《減稅和就業法案》決定將公司所得稅率從35%降至21%，(18)“美國《減稅和就業法案》”，中華人民共和國財政部，2018年2月9日，http://tfs.mof.gov.cn/zhengwuxinxi/zhengcejiedu/201802/t20180209_2810875.html。一系列稅收政策改革促進了美國工業互聯網的發展。

再次，美國政府十分重視工業互聯網相關人才的培養，希望通過教育和培訓提高勞動者素質，其提出的各項政策從不同的角度明確了制造業人才建設的具體方案。例如，美國在《先進制造業伙伴計劃》中提出了提高大眾對制造業職業的興趣、利用退伍軍人人才庫、投資社區大學、提供技能認證等六項具體措施；在《先進制造業國家戰略計劃》中提出要將先進制造的職業技術教育拓展至中等和高等教育等。其中，STEM(Science, Technology, Engineering, and Mathematics，即科學、技術、工程和數學)教育對美國工業互聯網人才培養至關重要，其使得制造業教育和實踐之間建立了緊密的聯系，從而避免了勞動力在學習過程中與實踐相脫節的問題；另一方面，美國持續加大對STEM教育資源的投入以實現制造業人才教育全覆蓋，2018年11月美國教育部宣布將向STEM教育的發展投資2.79億美元。(19)周慧敏 ：“美國教育部投資2.79億美元確保STEM教育公平公正”，《中國教育報》，2018年11月23日，第5版。

表1 美國先進制造業相關政策措施

續表

(2)企業聯盟的主導和推廣

2012年11月美國通用電氣公司在其發布的《工業互聯網：打破智慧與機器的邊界》白皮書中正式提出“工業互聯網”概念，旨在提高工業生產效率、提升產品和服務市場競爭力，吸引了眾多企業參與構建工業互聯網體系。2014年3月，美國通用電氣公司聯合思科、美國電話電報公司(AT&T)、英特爾和美國國際商用機器公司(IBM)在波士頓成立了工業互聯網聯盟(Industrial Internet Consortium，IIC)，其主要目的在于推進工業互聯網技術的發展、應用和推廣，特別是在技術、標準和產業化等方面制定前瞻性策略。

為了達成上述目的，美國工業互聯網聯盟圍繞參考架構、應用案例、標準協作和測試床等四個方面開展工作。首先，建立并不斷完善工業互聯網參考架構，以此指導成員企業應用工業互聯網進行生產實踐。工業互聯網聯盟針對企業的發展需求展開了一系列研究，并于2015年6月發布了工業互聯網參考架構(Industrial Internet Reference Architecture，IIRA)，于2017年1月進行了更新，其功能架構包含五大功能范疇和九大系統特征，(20)五大功能范疇包括商業、運營、信息、應用、控制五個方面；九大系統特征包括系統安全、信息安全、彈性、互操作性、連接性、數據管理、高級數據分析、智能控制、動態組合九個方面。系統架構包含邊緣層、平臺層和企業層的軟硬件系統及網絡。在此基礎上，工業互聯網聯盟致力于對參考架構中的關鍵通用領域進行細化和完善。其次，重視企業對工業互聯網的需求，及時發現工業互聯網發展過程中存在的問題，針對這些需求和問題廣泛收集各產業領域應用案例。由通用電氣公司、英特爾等國際型企業和各行業中的專業性企業牽頭，對收集的應用案例進行垂直領域分類并構建分析表，以促進應用案例的推廣。再次，關注工業互聯網領域的標準化需求，在對這些需求進行分析的基礎上，積極推進與其他標準化組織的協作。工業互聯網聯盟專門設立了聯絡函工作組，一方面將工業互聯網的標準化需求及時反饋給標準化組織，助其開展相應的標準化制定工作；另一方面，聯絡函工作組與各相關標準化組織相互聯系，交流各自工作進展和標準化信息，協作推進工業互聯網標準的制定工作。最后，支持測試床項目的建設工作，并對工業互聯網參考架構的設立、應用案例的實踐、技術標準的制定進行驗證。目前，工業互聯網聯盟已立項批準了24個測試床項目，包括狀態監測和預測維修、互聯車輛城市交通管理、分布式能源整合、工廠自動化平臺即服務(PaaS)、制造質量管理、柔性制造的時間敏感網絡(TSN)等。(21)資料來源：Industrial Internet Consortium, “Testbeds”, https://www.iiconsortium.org/test-beds.htm, 訪問時間：2019年5月。此外，工業互聯網聯盟還成立了安全工作組對測試床進行安全評估。工業互聯網中的新技術、新產品、新服務在進入市場前，通過測試床的檢驗確定其實用性和可行性，將加速工業互聯網的落地。

自美國工業互聯網聯盟成立以來，已發展成員200多個，遍布世界33個國家和地區。(22)數據來源：Industrial Internet Consortium, “Current Members”, https://www.iiconsortium.org/members.htm#A, 訪問時間：2019年5月。聯盟內企業擁有各自的技術優勢，不僅能夠共享各自創新開發的實踐經驗以及積累的海量數據，而且可以分攤由此帶來的巨額開發成本，有利于加快創新步伐，共同推動工業互聯網的發展。

(3)基礎技術的支撐和推動

美國工業互聯網發展的另一重要驅動來自技術領域。近些年甚至十幾年前促成工業互聯網的各類基礎技術即已出現，例如，互聯網技術是智能機器設備實現互聯互通的基礎，感知技術通過傳感器收集大量工業生產數據，計算與存儲技術的快速發展是大數據分析的前提條件，大數據分析技術則促進了機器智能的形成，最終優化了制造流程，提高了生產效率。以上這些技術經過十幾年的積累促成了工業互聯網的突破，共同支撐起工業互聯網系統的建設及相關應用。工業互聯網中包含的各項工業和互聯網技術可具體分為“網絡”、“數據”和“安全”三個方面。

網絡技術主要包括物聯網技術和網絡通信技術，是工業互聯網的基礎核心。其中，互聯網技術的產生和發展使得人與人、人與物之間的連接變得更加便捷，其在工業領域的應用可以將生產過程中產生的大量數據快速、及時地傳遞到指定位置；物聯網是在綜合應用傳感器、互聯網和智能控制技術的基礎上，實現可被尋址的物理對象之間的互聯互通，并通過感知技術收集工業生產過程中各類機器設備的標識、所處位置、運行狀態等信息；新一代網絡通信技術進一步促進了信息資源共享，特別是移動互聯網技術和天地一體網絡技術，不僅極大地拓展了工業互聯網的應用空間，而且為傳統產業開辟了新的商業模式。

數據技術主要包括云計算技術和大數據分析技術，是工業互聯網的價值創造核心。其中，云計算技術的發展一方面擴大了工業數據的存儲空間，另一方面提升了人們對工業大數據的分析和處理能力；云計算不僅是一種可直接用于管理工業互聯網業務流程的技術實現機制，更是一種新的商業模式，其搭建的云服務平臺可靈活組織各企業的服務以實現產品的個性化定制。隨著云計算技術的普及，收集和處理工業數據所需的技術門檻和成本大幅降低，大數據分析技術由此取得了突破性進展，并通過對工業互聯網平臺上海量數據的分析，促進機器智能的形成；工業大數據本身也成為企業應用工業互聯網創造價值的關鍵，其不僅貫穿產品生命周期的各個環節，而且以數據量的積累為基礎實現產品質的提升。

安全技術主要指信息安全技術，包括信息防護技術、信息加密技術和防火墻技術。隨著互聯網技術的深度應用，數據成為經濟、社會發展的重要資源，其在帶來經濟與社會效益的同時，也產生了相應的信息安全問題。信息安全技術旨在構建覆蓋全部工業領域的網絡安全體系，不僅保護計算機等機器設備的內部數據，還包括各種通訊線路上的信息，是工業互聯網系統健康運行的重要保障。

綜上所述，美國工業互聯網發展機制整體框架如圖1所示。

圖1 美國工業互聯網的發展機制

2.2 美國工業互聯網平臺建設

美國工業互聯網發展的另一個重要方面是平臺建設。近年來，以大數據、云計算、物聯網、人工智能等為代表的新一代信息技術快速發展并不斷融入工業生產過程，在此背景下，工業互聯網平臺開始出現。工業互聯網平臺是一種新興的制造業生態系統，具有統一標準、改變分工格局及平臺生態化等三個特點。(23)李廣乾 ：“工業互聯網平臺，制造業下一個主攻方向”，《中國信息化》，2016年第12期，第11-14頁。為應對工業領域的全球競爭，各行業巨頭加快布局工業互聯網平臺，中國信息通信研究院利用其信息監測平臺選取了國外近500家工業互聯網企業作為研究樣本(其中55%的工業互聯網企業來自美國)，發現其中約有20%的企業開發了工業互聯網平臺。(24)王雪梅 ：“國外工業互聯網企業的‘前世今生’”，《人民郵電》，2018年9月11日，第3版。美國推進工業互聯網平臺建設的舉措如圖2所示，主要表現在三個方面。

(1)龍頭企業基于各自優勢構建工業互聯網平臺

一方面，工業龍頭企業開發和完善工業互聯網業務能力。美國一些工業領域的龍頭企業具備深厚的專業背景和工業積淀，同時又具有較高的信息化水平，這些企業憑借在機器設備的數字化程度及聯網率等方面的領先優勢，積累了大量先進制造設備和工業數據，可以為工業互聯網平臺業務能力的開發和完善提供更多更專業的知識經驗。美國通用電氣公司于2015年7月推出了具備工業設備部署連接、工業大數據高級分析、工業應用開發服務等業務功能的工業互聯網平臺——Predix，向全球開放接口并提供工業服務。Predix平臺基于物聯網連接工業機器設備并實時采集工業數據，通過大數據分析挖掘實現設備管理、精準決策及預測性維護等功能。

另一方面，信息和通信技術(ICT)領軍企業構建面向工業的云平臺，強化工業服務能力。信息和通信技術(ICT)企業依托大數據、云計算、物聯網、人工智能等新一代信息技術方面的產業優勢，為工業技術的軟件化、硬件設備和軟件技術的結合、工業互聯網平臺的構建提供必要支撐；同時，互聯網企業在消費領域已經形成了比較成熟的發展模式，可以為工業領域商業模式創新和平臺運營管理等方面提供更豐富的經驗借鑒。美國微軟、思科、英特爾、國際商用機器公司(IBM)、亞馬遜等信息和通信技術巨頭企業紛紛布局工業互聯網平臺，如微軟推出的Azure云平臺開發了機器設備遠程監控、工廠聯網及可視化等功能，通過大數據的采集和分析為企業提供遠程運維解決方案；IBM Cloud、思科的Jasper等云平臺也不斷向工廠內部滲透，為工業企業提供設備連接、數據存儲與計算等服務，支撐工業智能的形成和應用。

(2)工業互聯網企業深入合作，拓展平臺應用領域

美國的工業龍頭企業、信息和通信技術及互聯網巨頭企業在各自擅長的領域內擁有不同的比較優勢，但同時也存在各自的短板：高信息化水平的工業龍頭企業在產品全生命周期過程及供應鏈整合等方面具有優勢，但存在海量數據采集分析能力較弱、平臺管理經驗不足、復合型人才缺乏等制約因素；信息和通信技術領軍企業的核心優勢在于信息通信領域的專業技術能力，但其往往只具備其中某一方面的技術能力，且在平臺運營模式方面缺乏一定的經驗；互聯網巨頭企業在商業模式創新、平臺管理經驗、信息技術應用等方面優勢明顯，平臺生態構建能力較強，但缺乏工業領域的專業知識和人才，難以開展相應業務。因此，美國各類工業互聯網企業展開深入合作，優勢互補，共同打造開放共贏的創新生態。例如，通用電氣公司將Predix部署在微軟的Azure云平臺上，在云服務基礎設施、高級數據可視化等方面得到微軟的技術支持；亞馬遜登錄Predix平臺成為云服務提供商；美國電話電報公司(AT&T)與通用電氣公司合作，為平臺提供高效安全的無線傳輸服務。

美國通用電氣公司提出工業互聯網并不局限于工業應用，還會給交通運輸、能源、醫療等產業領域帶來變革，其與思科公司一起，將雙方的合作從傳統工業拓展到交通、電力、石油和天然氣、醫療等領域，提高相關產業數據傳輸及分析的能力。交通運輸、能源、醫療、農業等產業經過長時間的發展，對技術進步有著強烈的需求；工業是包含實體經濟門類最多的產業，與其他產業存在密切的聯系，工業互聯網平臺的相關技術和應用也適用于智慧交通、智慧能源、智慧醫療、智慧農業等其他產業領域，并推動這些產業向數字化、網絡化、智能化的方向發展。

(3)積極尋求國家間平臺的對接與合作

工業互聯網平臺功能的實現離不開云基礎設施、終端連接、數據分析、應用服務等要素，目前全球還沒有哪一家企業具備獨立提供此類端到端解決方案的能力，美國積極尋求國家間工業互聯網平臺的對接，建立合作伙伴關系，構建開放、共享的價值網絡。2016年3月，美國工業互聯網聯盟與德國工業4.0平臺的代表在瑞士蘇黎世會面，雙方就工業互聯網參考架構(IIRA)和工業4.0參考模型架構(RAMI4.0)的一致性進行了探討，并初步達成合作意向。同年4月，在德國漢諾威工業博覽會上，雙方核心成員共同宣布要綜合發揮兩大平臺的各自優勢：美國利用信息通信技術優勢對包括制造、交通、醫療、能源及公共服務在內的五大產業領域進行總體布局，德國則專注于高端制造領域，雙方在平臺發展的廣度和深度上形成優勢互補。在標準化合作方面，雙方基于參考架構的一致性，將“標準與互操作”作為平臺的對接工作之一。

圖2 美國工業互聯網平臺建設

三、中國互聯網發展趨勢分析：從消費互聯網到工業互聯網

3.1 消費端和生產端是互聯網發展的上下半場

互聯網作為當今重要的信息通信技術，其發展和創新應用對社會、經濟等各方面產生了深遠的影響。近年來，中國互聯網絡發展迅速，以網民規模為例，截至2020年3月，中國網民規模達到9.04億人，較2018年底增長了9.06%；手機網民規模為8.97億人，較2018年底增長了9.78%；互聯網普及率達到64.5%，較2018年底上升了4.9個百分點。(25)中國互聯網絡信息中心 ：《第45次中國互聯網絡發展狀況統計報告》，2020年4月28日，中國網信網，http://www.cac.gov.cn/2020-04/27/c_1589535470378587.htm，第19頁。國務院于2015年7月4日印發了《國務院關于積極推進“互聯網+”行動的指導意見》，標志著“互聯網+”行動正式上升為國家戰略。

互聯網具有強大的連接能力，其與各產業的結合，有利于優化資源配置、提高產業效率和競爭力。由于不同產業間存在異質性，其與互聯網結合的速度與難易程度也存在較大的差別。在近期，互聯網主要是與服務業相結合，服務賦能于消費端。與發達國家相比，中國在零售、金融等領域的市場成熟度較低，在互聯網時代到來前市場上的許多需求是傳統產業無法滿足的，互聯網的出現有助于解決這些產業發展過程中的痛點，這些產業也因此獲得了跨越式發展的機會，電子商務是其中較為發達的板塊，追蹤物聯網、大數據、移動互聯網等新技術則是其持續發展的必要選擇。(26)曾劍秋 ：“電商發展如何‘更上一層樓’”，《人民論壇》，2017年第S1期，第110-111頁。在中長期，互聯網將逐漸與工業相融合，帶動生產端的發展。根據馬克思關于生產和消費之間辯證關系的原理，生產決定消費，消費對生產具有反作用：生產為消費活動創造出消費對象，也決定著消費活動的消費方式，同時會引致新的消費動力；當然，消費也會創造出觀念上的生產對象，是生產發展的內在動力。(27)《馬克思恩格斯文集(第八卷)》，人民出版社，2009年版，第5-36頁。總體上說，工業等實體經濟是根本和基礎，若缺乏實體經濟的支撐，“互聯網+”行動將成為“空中樓閣”。工業互聯網作為新一代信息技術與工業深度融合的產物，是互聯網從消費領域向生產領域延伸發展的重要載體，也是提高中國工業效率、增強工業國際競爭力的基本支撐。

3.2 中國工業互聯網發展現狀與面臨的挑戰

目前，中國工業互聯網正在加快發展步伐。在國家頂層設計方面，中國將工業互聯網建設提高到國家戰略的高度，近年來國務院制定《中國制造2025》、工信部印發《信息化和工業化融合發展規劃(2016—2020)》以及《工業互聯網發展行動計劃(2018—2020年)》等一系列政策措施引導工業互聯網的發展，彰顯出中國政府對工業互聯網發展的高度重視。在工業基礎方面，根據聯合國工業統計標準，中國具備其中列舉的全部工業門類，是世界上工業體系最完備的國家之一，這為工業互聯網提供了豐富的應用場景。在產業組織方面，中國成立了工業互聯網產業聯盟，以此推進工業互聯網在標準、技術和產業生態系統等方面的發展；同時，中美雙方在工業互聯網組織架構上加強對接，一些企業加入對方的產業聯盟組織，并在標準框架的制定上展開合作。在產業生態構建方面，中國工業互聯網產業生態系統逐漸成形，涉及信息系統集成、工業網絡互聯、云服務、網絡安全等領域；在工業互聯網平臺建設方面也取得了一定進展，通過不同行業、技術領域企業的積極推動，中國形成了各具行業及應用特色的工業互聯網創新生態。

然而，中國工業互聯網在建設過程中也面臨著核心技術、關鍵系統等方面的研發創新能力不足，人工智能等新一代信息技術在工業方面的應用尚未鋪開，工業互聯網發展的生態環境尚不健全等諸多難題，具體體現在以下幾個方面。

首先，中國大部分制造業企業仍停留在機械化生產階段，自動化、信息化水平與美國等制造業發達國家差距較大。2017年中國企業數字化設備聯網率僅為39%，(28)金輝 ：“數字經濟：邁向從量變到質變的歷史性拐點”，《經濟參考報》， 2018年3月28日，第A06版。2019年中國生產設備數字化率、關鍵工序數控化率以及數字化研發設計工具普及率分別為47.4%、49.7%和 69.7%，(29)蘇蘇 ：“全國政協委員、大帝集團董事長呂培榕：推進工業互聯網高質量發展 加快實體經濟數字化轉型”，《人民郵電》，2020年5月20日，第3版。不能很好滿足工業互聯網對大數據采集、傳輸及分析的要求。產業鏈上下游及產業鏈之間各類設備與信息管理系統之間的連接能力較弱導致數據資源難以有效共享，形成了許多“信息孤島”。而美國的工業龍頭與信息和通信技術巨頭企業卻可以通過合作，依托自身產品收集海量數據，以此推動工業互聯網的發展。與此同時，雖然中國已經出現一批工業互聯網建設和應用的典型案例，但由于各地區制造業發展不均衡且制造業內部各行業差異較大，這些案例難以在不同的企業、行業間復制推廣，阻礙了中國工業互聯網的進一步發展。

其次，中國互聯網企業提供的服務主要面向消費端，而對制造業生產的認識不足，缺乏為制造業企業提供服務的技術和能力。對大數據的收集和分析是工業互聯網的核心價值所在，這需要豐富的工業生產經驗和先進的信息通信技術深度融合，而同時具備工業領域和信息通信知識的復合型人才卻相對缺乏。同時，中國工業互聯網在技術、管理體系等方面還不健全，不能很好滿足制造業生產過程中數據、網絡、軟硬件控制等環節的安全需求，對潛在的安全風險無法做到及時識別和化解。強調開放、共享的互聯網服務與要求穩定、安全的制造業生產體系難以協調，使得現階段制造業與互聯網的融合主要體現在上游設計和下游銷售等環節，而極少在生產過程中發揮作用。

再次，中國雖然在工業互聯網平臺的建設方面取得了一些成績，但平臺的綜合集成實力較弱，跨行業、跨領域服務能力不強，缺乏如通用電氣、西門子等具有綜合優勢的產業巨頭引領；國內企業在工業互聯網平臺建設所需的一些關鍵技術環節如數據采集、邊緣計算和工業工廠自動化平臺即服務(PaaS)能力方面也稍顯不足。工業互聯網平臺在具體工業生產場景中的應用落地問題較為嚴峻，部分工業互聯網平臺雖然具有良好的技術展示，但其應用場景卻相對匱乏，商業模式創新不足，難以形成規模效應。在工業軟件方面，近年來中國工業應用程序(App)發展迅猛，截至2019年11月中國工業應用程序數量增至約9萬個，其中線上、線下工業應用程序數量分別約為4萬個和5萬個。(30)楊璇鑠 ：“我國工業APP數量達約9萬個 專家建議打造工業軟件的‘Windows系統’”，央廣網，2019年11月29日，http://www.cnr.cn/list/finance/20191129/t20191129_524878633.shtml。雖然工業應用程序的數量大幅增長，但核心技術仍是其發展的短板；此外，工業軟件的碎片化問題也使其難以在工業生產中得到系統應用。

最后，中國工業互聯網生態體系建設還不成熟。與美國等制造強國相比，中國在工業發展基礎、專業知識、技術經驗等方面的積累較為薄弱，導致工業互聯網機理模型的研究相對滯后，最終影響工業互聯網平臺功能的實現以及工業互聯網生態體系的構建。與此同時，中國工業互聯網標準的發展還不完善，傳統企業在信息化轉型過程中面臨如何將生產管理與互聯網進行安全有效地融合這一問題；工業互聯網標準體系在產業鏈各環節尚未確立，導致一些跨界產品和服務接口缺乏統一標準；標準的制定缺乏相關政策法律的支撐，各方在制定標準時可能因重復建設帶來較高的成本。

四、美國工業互聯網發展經驗對中國發展工業互聯網的借鑒

中國互聯網發展正從消費互聯網上半場轉向工業互聯網下半場，相對發達的消費互聯網一定程度上帶動了工業互聯網的發展：首先，消費互聯網在發展過程中通過人機互動等方式積累了大量數據，鍛煉了企業對大數據、云計算、人工智能等新一代信息技術的應用能力；其次，消費互聯網在技術應用和商業模式上的創新要求生產、消費等各環節實現數字化協同，這為產業鏈內部及各產業鏈間信息的互聯互通奠定了基礎；再次，消費互聯網的快速發展激發了市場需求向個性化方向轉變，倒逼企業大力發展柔性化生產能力；最后，消費互聯網的發展在全社會形成了一種開放、共享的數字文化，培養了整個社會的數字化生產生活習慣。然而，與消費互聯網不同的是，工業互聯網的“個性化”使其難以實現標準化，同時，工業互聯網的發展門檻高于消費互聯網，其所涉及的應用場景也更加復雜，在生產產品的同時還需要提供系統解決方案，在技術、資本、人才等方面都有較高的要求，因此，消費互聯網的發展模式無法完全復制到工業互聯網。工業互聯網的發展還需要探索其他途徑。

雖然中國在工業領域數字化、網絡化、智能化發展迅速，各工業企業也具有很高的發展意愿，但是就目前工業互聯網總體發展程度來看中國與發達國家仍有不小的差距。因此，在國際產業競爭新形勢下，有必要學習并借鑒美國工業互聯網發展經驗，加快推進中國工業互聯網建設。具體來說，美國工業互聯網發展經驗對中國的借鑒主要表現在以下幾個方面。

第一，將數字化、網絡化、智能化作為中國工業互聯網發展的基本方向。一方面，由于中國制造業企業機械化、自動化、智能化發展水平參差不齊，使得中國工業互聯網的建設不可能一蹴而就，因此，中國制造業企業在轉型升級的過程中應結合自身所處的階段明確發展目標，切忌盲目跟風和片面認識，應以夯實自動化、信息化基礎為首要任務，循序漸進，找到適合企業自身發展的實施路徑；另一方面，雖然中國的制造業水平與美、德、日等制造業強國相比存在一定的差距，但不可因此延誤工業互聯網的發展，應以數字化、網絡化、智能化水平較高的企業作為示范，推動這些企業進行“數字化車間”、“智能工廠”升級改造，推廣工業機器人、智能儀器儀表、高檔數控機床等智能制造裝備及在線監控診斷、大數據分析等智能化技術的應用。

第二，提高工業互聯網服務企業的專業化程度。應以工業化與信息化深度融合為抓手，引導消費型互聯網企業抓住機遇轉型發展，在充分了解制造業企業需求的基礎上拓展工業互聯網服務業務，努力提高互聯網企業跨界綜合服務能力。制造業企業應加深對互聯網服務的理解，推進自身信息化升級改造，打通企業內外數據流、信息流、資金流，實現整個供應鏈資源的高度共享和企業能力的網絡化協同；培育服務型制造等互聯網與制造業融合的新模式，提供在線增值服務、全生命周期管理等拓展產品價值空間的服務，推動制造業企業向“制造+服務”方向發展。

第三，充分發揮科技型中小企業的作用。在美國工業互聯網發展過程中，科技型中小企業的地位非常重要，它們是美國推進工業互聯網建設的微觀主體。美國政府致力于為科技型中小企業營造公平開放的營商環境，著力解決其成長過程中面臨的資金、技術、管理等方面的問題，助力各中小企業形成自己的核心競爭力并廣泛參與市場競爭。應借鑒美國的發展經驗，制定并落實相關政策法規，建立并完善公共服務體系，提高社會資源對科技型中小企業的開放程度；在鑒別優質科技型中小企業的基礎上予以重點扶持，引導和鼓勵科技型中小企業的個性化發展，借助大型企業在資金、技術、管理等方面的經驗和優勢，幫助并增強科技型中小企業的生存能力；利用新一代信息技術推動科技型中小企業的智能化轉型，以此形成獨特的競爭優勢并充分發揮其在工業互聯網新型生產模式中的作用，在此基礎上構建大型企業與科技型中小企業協同發展的新型產業組織。

第四，依托工業互聯網平臺開展國際交流與合作。一方面，制造業和互聯網企業應以建設跨行業、跨領域的工業互聯網平臺為核心，共同建立公共平臺服務體系，提高工業互聯網平臺整合產品設計、機器運行、生產管理等數據資源和制造工藝、軟件設備、算法模型等制造資源的能力，推動各類型企業在平臺聚集；另一方面，支持制造業企業用好工業互聯網平臺資源，實現企業大數據平臺匯聚及在生產、管理等關鍵環節的信息化、智能化管控，通過線上線下結合等方式提升企業的響應速度和柔性生產能力，最終形成各行業企業相互促進、開放共享的平臺生態。此外，需加強與美、德等制造業強國的互動交流，在管控分歧以及擴大共同利益的基礎上制定有效的網絡空間規則；(31)何曉躍 ：“網絡空間規則制定的中美博弈：競爭、合作與制度均衡”，《太平洋學報》，2018年第2期，第 25-34頁。應以提高中國工業互聯網平臺的技術水平為目的開展國際合作，鼓勵國內工業互聯網平臺與國外相關平臺進行對接，為中國工業互聯網平臺引入全球制造業企業，擴大平臺規模并樹立其在國際上的領先地位。

第五，積極推進工業互聯網標準化工作。工業互聯網標準體系主要包括智能化生產標準、個性化定制標準、網絡化協同標準、服務化延伸標準，是發揮工業互聯網平臺功能，促進平臺應用、研發、服務等環節協同發展的關鍵。推進中國工業互聯網標準化工作可從以下四個方面展開：①成立相關的標準化組織分析工業互聯網的標準化需求，在技術、應用、服務等具有基礎共性的領域開展工業互聯網標準體系的制定工作，形成一批國家、行業、企業團體等不同層次的標準；②在工業互聯網總體標準和基礎共性標準的基礎上，根據實際應用場景的標準化需求實施相關標準的開發；③充分發揮工業互聯網產業聯盟的作用，引領產學研用各方力量共同建設工業互聯網標準管理平臺，為標準的開發、驗證和推廣提供支持；④引進并學習美、德等發達國家制造業相關標準，推動工業互聯網平臺與國際標準對接，支持標準化機構、企業參與國際標準的制定，形成符合中國工業互聯網發展規律的標準化體系。

第六，全力打造工業互聯網信息安全體系。工業互聯網相關技術的推廣和應用使得數據成為企業重要的生產資源，對數據的采集、傳輸、分析和應用打破了各部門、行業的邊界，特別是工業互聯網推動傳統工業與互聯網之間的融合，使得原本存在于互聯網世界的信息安全風險將滲透到工業領域，直接威脅工業各部門乃至國家安全。應加強中國工業互聯網安全頂層設計，出臺相關指導性政策文件，明確各部門、機構、企業的安全職責，建立并完善監督預防、風險評估、應急管理等相關機制；對工業互聯網安全要求進行細化，依此研究制定防護、評估、管理等方面的標準，構建基于該標準的工業互聯網安全體系；推動產學研用各方合作對涉及工業互聯網防護的攻擊防御、漏洞發覺、信息加密、態勢感知、安全芯片等關鍵技術和產品進行攻關，研究并完善工業互聯網安全體系建設方案；以工業互聯網產業聯盟為主導，設立專項基金支持相關安全產業的集聚發展，選取重點領域的龍頭企業作為示范，推廣安全技術的應用，實現中國工業互聯網安全產業的做大做強。

第七，加強工業互聯網人才隊伍建設。人才是推動工業互聯網發展的關鍵要素，中國的信息通信技術人才相對豐富，但缺乏同時具備工業領域專業知識和信息通信技術的復合型人才。應采用多樣化的方式吸引國內外工業互聯網高端人才，制定專門的工業互聯網人才工程項目和支持計劃，進一步完善高端人才在稅收、生活等方面的配套優惠政策；同時，設立人才激勵制度，優化人才能力和科技成果的評價體系，充分發揮各層次人才的主動性和積極性。針對中小企業在工業互聯網建設和使用過程中普遍面臨的人才短缺問題，可設立工業互聯網人才信息庫，并在各地組建由工程機械、數據分析、軟件開發等領域專家學者構成的咨詢團隊，一方面對工業互聯網發展過程中存在的問題及時予以診斷和解答，另一方面可將其作為工業互聯網人才培訓的師資力量。此外，應鼓勵高等院校特別是職業院校探索工業互聯網相關學科建設，增設智能制造、大數據、人工智能等專業及課程；充分發揮政府、企業、高等院校、科研機構等各方力量，建設一批工業互聯網產業基地和創新中心，協同培養工業互聯網專業技術人才。

第八，加快工業互聯網與第五代移動通信技術(5G)融合發展。作為新型基礎設施建設的重要內容，5G移動通信技術的發展有助于實現“萬物互聯”、生產生活云端化以及智能交互，(32)曾劍秋 ：“5G移動通信技術發展與應用趨勢”，《電信工程技術與標準化》，2017年第2期，第1-4頁。可以滿足工業大數據高速、可靠、海量的無線傳輸需求，從而解決工業互聯網中各型機器設備之間的數據聯通難題。推動工業互聯網與5G移動通信技術融合發展，一是遴選工業領軍企業率先進行5G移動通信技術改造，依托領軍企業建設“5G+工業互聯網”創新示范園區，促進5G移動通信技術與大數據、云計算等新一代信息技術的協調運作，不斷探索和豐富5G在工業領域中的應用場景；二是鼓勵和引導企業逐步融入“5G+工業互聯網”發展體系，協調現有工業控制系統與5G技術的兼容性問題，推動工業生產中5G的應用由特定環節延伸至產品全生命周期；三是開展5G移動通信技術在基礎應用以及核心技術等方面的標準制定工作，加速形成5G移動通信技術的商業應用模式，同時加強5G移動通信網絡的安全建設。

近年來，中國等新型工業化國家逐漸崛起，而以美國為代表的老牌工業強國卻增長乏力。美國提出工業互聯網的初衷是利用自身的技術優勢重塑核心競爭力，以此占領制造業發展的制高點，然而就目前為止，工業互聯網的發展仍處于初級階段，企業生產經營過程中的商務和供應鏈信息數據基本實現了聯通整合，但對于各個生產環節的實時精細化管控以及對所產生數據的深度分析還未能實現。(33)王時龍、王彥凱、楊波、王四寶 ：“基于層次化數字孿生的工業互聯網制造新范式——霧制造”，《計算機集成制造系統》，2019年第12期，第3070-3080頁。美國對于工業互聯網發展模式的探索并未止步，其戰略設計是以自我成功為導向，目的之一在于兜售新型機器設備、先進的控制系統以及整體解決方案等，對此中國需要有清醒的認識：一方面，中國需要借助工業互聯網的發展機遇促進制造業的轉型升級；另一方面，雖然中國與美國在建設工業互聯網的技術、經驗等方面存在一定的差距，但不可盲目跟從，需對這些技術、經驗進行借鑒吸收，形成自身的競爭力。總之，在這一場國際競爭中，中國雖然面臨著不小的挑戰，卻也擁抱了巨大的機遇，應在《中國制造2025》戰略規劃的引領下，憑借持續創新的信息技術、不斷拓展的市場空間、日益壯大的人才隊伍等優勢，構建與中國發展階段相符的工業互聯網。