工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的興起及要素

編譯/辛妍

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的興起及要素

編譯/辛妍

本文從三波創(chuàng)新浪潮闡述工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的興起，并介紹工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的要素，以便從發(fā)展、創(chuàng)新的角度了解工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的崛起，世界正在進入一個新的創(chuàng)新與變化的時代。在這一時代，全球工業(yè)體系與由互聯(lián)網(wǎng)促成的先進計算、分析、低成本傳感和新水平的連接相互融合接軌。數(shù)字世界與機器世界的更深層次的嚙合有可能帶來深刻的全球產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，并在觸及日常生活的許多方面，包括我們很多人的工作方式。

如同工業(yè)革命和互聯(lián)網(wǎng)革命一樣，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將給眾多行業(yè)帶來更高的速度和效率，如航空、鐵路運輸、發(fā)電、石油和天然氣開發(fā)，以及醫(yī)療保健服務(wù)等。它能加速生產(chǎn)率增長，給全球帶來更強勁的經(jīng)濟增長，比如以較低的成本獲得更好的健康成效，在燃料和能源方面的大量節(jié)省，以及更好更長期的有形資產(chǎn)等。它能給全球帶來更多更好的就業(yè)，和不斷提高的生活水平，不論是在美國還是在中國，在特大城市還是在邊遠農(nóng)村。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的興起——三波創(chuàng)新浪潮

在過去的200年中，世界經(jīng)歷了幾次創(chuàng)新浪潮。成功的公司學(xué)會了駕馭這些浪潮，并適應(yīng)變化的環(huán)境。今天，我們正處在另一波創(chuàng)新浪潮——工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的尖端，它承諾要改變我們工作的方式，改變我們與機器世界互動的方式。

第一波:工業(yè)革命

工業(yè)革命是一個長期的創(chuàng)新過程，歷經(jīng)150年。在此期間，技術(shù)上的創(chuàng)新被應(yīng)用到制造、能源生產(chǎn)、運輸和農(nóng)業(yè)等，迎來了一段時期的經(jīng)濟增長和轉(zhuǎn)型，對社會、經(jīng)濟和世界文化都產(chǎn)生了深遠的影響。

工業(yè)革命改變了我們的生活方式，給各個方面帶來了深刻的變革：在交通運輸上，從馬車和帆船轉(zhuǎn)變到了鐵路、輪船和卡車；在通訊方面，出現(xiàn)了電話和電報；在城市中心，有了電、水、衛(wèi)生設(shè)施和醫(yī)療?？梢哉f，工業(yè)革命大大改變了人們的生活標(biāo)準(zhǔn)和健康狀況。在這一時期，有幾個關(guān)鍵特點：首先是新產(chǎn)業(yè)中大公司興起；其次，隨著機器和機組變大，產(chǎn)量增加，產(chǎn)生了規(guī)模經(jīng)濟，從而降低了成本；另外，它在集中控制下，利用了分層結(jié)構(gòu)的效率。

隨著中央實驗室和研發(fā)中心的興起，人們開始以系統(tǒng)的方式考慮創(chuàng)新。各類企業(yè)，不論是大型還是小型，都致力于利用新發(fā)明來創(chuàng)造在新市場中的利潤。盡管工業(yè)革命給經(jīng)濟和社會帶來了巨大的收益，但它也有自身的缺點。比如全球經(jīng)濟體系變得更加資源密集，隨著對資源的開采和工業(yè)廢物的流出，對外部環(huán)境造成了重大的負(fù)面影響。此外，這一時代的工作條件也有巨大的改進。自工業(yè)革命以來，許多增量創(chuàng)新的重點是放在改進效率、減少浪費和改善工作環(huán)境。

第二波 : 互聯(lián)網(wǎng)革命

二十世紀(jì)末期，互聯(lián)網(wǎng)革命又一次改變了世界。與工業(yè)革命的150年不同，互聯(lián)網(wǎng)革命的時間要短得多，僅僅有大概50多年。互聯(lián)網(wǎng)革命始于能夠讓計算機之間相互通信的大型主框架計算機、軟件和“數(shù)據(jù)信息包”。而網(wǎng)絡(luò)的開放性和靈活性是為革命的爆炸性增長奠定基礎(chǔ)的關(guān)鍵要素。

速度與容量相結(jié)合，通過推動降低商業(yè)交易和社交的成本，創(chuàng)建了新的功能強大的商務(wù)和社交平臺。公司從在互聯(lián)網(wǎng)上不賣任何東西，轉(zhuǎn)變?yōu)樵诨ヂ?lián)網(wǎng)上創(chuàng)造了巨大的、新的有效交易市場。比如1995年當(dāng)eBay剛剛成立的時候，當(dāng)年僅有4.1萬用戶，交易額為720萬美元。到 2006年,它已經(jīng)擁有超過2200萬用戶，交易額高達525億美元。同樣，社交網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展也有類似的軌跡。Facebook于2004年2月啟動，不到一年就發(fā)展到100萬活躍用戶。到2008年8月, Facebook已經(jīng)擁有1億活躍用戶，而現(xiàn)在，其活躍用戶數(shù)已經(jīng)遠超10億。

互聯(lián)網(wǎng)革命的性質(zhì)與工業(yè)革命有很大的不同?；ヂ?lián)網(wǎng)、計算能力，以及發(fā)送和接收大量數(shù)據(jù)的能力，是建立在網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)建和價值、水平結(jié)構(gòu)以及分布式智能之上的。通過允許更深入的一體化和更為靈活的操作，互聯(lián)網(wǎng)革命改變了對生產(chǎn)體系的思考。此外，互聯(lián)網(wǎng)啟用的是并行式創(chuàng)新，而不是有序的線性方式的研發(fā)。迅速交換信息和分散決策的能力衍生出更加協(xié)作的不受地理限制的工作環(huán)境。因此，集中化內(nèi)部創(chuàng)新的舊模式給初創(chuàng)企業(yè)和更開放的創(chuàng)新模式讓路，因為它們能夠利用具有更豐富的知識的環(huán)境。

因此，互聯(lián)網(wǎng)革命是信息和知識密集型，而不是資源密集型。它突出強調(diào)了網(wǎng)絡(luò)的價值和平臺的創(chuàng)建。同時，它也為減少環(huán)境足跡和支持更環(huán)保型的產(chǎn)品和服務(wù)開辟了新途徑。

第三波 : 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

在二十一世紀(jì)的今天，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)承諾將再次改變我們的世界。由工業(yè)革命帶來的全球工業(yè)系統(tǒng)，與部分發(fā)展于互聯(lián)網(wǎng)革命的開放計算和通信系統(tǒng)相融合，為加快生產(chǎn)力，減少低效和浪費，以及改善人類工作經(jīng)驗開辟了新的領(lǐng)域。

事實上，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)革命已經(jīng)開始。在過去十年間，公司已經(jīng)將基于互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)中。但是，我們目前的狀況遠遠低于可能的前沿：基于互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字技術(shù)的全部潛力仍有待在全球的工業(yè)系統(tǒng)中得到充分實現(xiàn)。

智能設(shè)備、智能系統(tǒng)和智能決策代表了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的主要方法，它們能讓物理世界中的機器、設(shè)施、機組和網(wǎng)絡(luò)更深入地與數(shù)字世界中的連接、大數(shù)據(jù)和分析法相融合。

智能設(shè)備

智能設(shè)備向工業(yè)機器提供數(shù)字儀器是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)革命的第一步。多種因素已經(jīng)共同使得廣泛的工業(yè)機器儀表化不僅是可能的，而且在經(jīng)濟上是可行的，而廣泛的儀表化是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)崛起的一項必要條件。在發(fā)展過程中，多方面的力量都在共同努力，使機器和機器集更加智能化。

部署的成本：儀器儀表化的成本大幅下降，從而能夠用比過去更經(jīng)濟的方式裝備和監(jiān)控工業(yè)機器。

計算能力：微處理器芯片的持續(xù)改進已經(jīng)達到了能夠增加物理機器的數(shù)字智能的拐點。

高級分析法：“大數(shù)據(jù)”軟件工具和分析技術(shù)的進展為理解智能設(shè)備產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)提供了手段。同時，這些力量也正在改變收集、分析和處理那些已經(jīng)在理論上存在，但在實踐中并沒有被充分利用的數(shù)據(jù)的成本和價值。

讓那些產(chǎn)生于智能設(shè)備的數(shù)據(jù)流有意義是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵組件之一。如圖2所示，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)可以被看作是數(shù)據(jù)、硬件、軟件和智能的流動與相互作用。

數(shù)據(jù)來自于智能設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)，并使用大數(shù)據(jù)和分析工具進行存儲、分析和可視化。由此產(chǎn)生的“智能信息”可以被決策者用來采取行動，必要時甚至可以實時使用。另外，這些智能信息可以作為跨不同工業(yè)體系的更廣泛的工業(yè)資產(chǎn)優(yōu)化或者戰(zhàn)略決定流程的一部分。智能信息也可以在計算機、網(wǎng)絡(luò)、個人或團體間共享，以促進智能協(xié)作和更好的做出決策。智能信息還可以被反饋到原始機器上。這不僅包括產(chǎn)生于原始機器的數(shù)據(jù)，還包括能夠提高機器、機組和較大系統(tǒng)的操作與維護的外部數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)反饋回路能讓機器從它自身的歷史中“學(xué)習(xí)”，并通過機載控制系統(tǒng)表現(xiàn)得更智能。

每臺儀表化的設(shè)備都會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)竭h程機器和用戶。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實施的一個重要部分就涉及確定哪些數(shù)據(jù)仍然駐留在設(shè)備上，哪些數(shù)據(jù)被傳輸?shù)竭h程位置進行分析和存儲。確定駐留本地數(shù)據(jù)的程度是確保工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全的關(guān)鍵之一，許多不同的公司也將作為其中的一員而受益。

智能系統(tǒng)

智能系統(tǒng)有巨大的潛在好處。隨著越來越多的機器和設(shè)備加入工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，可以跨機組和網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)廣泛的機器儀表化。智能系統(tǒng)以多種不同的形式存在：

網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化：系統(tǒng)中相互連接的機器的操作可以進行協(xié)調(diào)，以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)層級的運營效率。例如智能系統(tǒng)可以用于交通網(wǎng)絡(luò)中的路線優(yōu)化。相互關(guān)聯(lián)的車輛可以知道它們自己的位置和目的地，而且也能知道系統(tǒng)中其他車輛的位置和目的地，從而能夠優(yōu)化行車路線，找到最有效的系統(tǒng)級解決方案。

維護優(yōu)化：智能系統(tǒng)可以促進跨機組的最佳低成本機器維護。對機器、組件和單個零件的綜合總體視圖能夠讓最優(yōu)數(shù)量的零件在正確的時間運送到正確的位置。這將最大限度地減少零件庫存需求和維護成本，并提供更高水平的機器可靠性。

系統(tǒng)恢復(fù)：建立廣泛的全系統(tǒng)智能可以協(xié)助更快、更有效的在遭受重大創(chuàng)傷后恢復(fù)系統(tǒng)。例如在大風(fēng)暴、地震或其他自然災(zāi)害發(fā)生后，智能儀表、傳感器和其他智能設(shè)備和系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)可用于快速檢測和隔離最大的問題，從而防止級聯(lián)并導(dǎo)致中斷。

學(xué)習(xí)：與系統(tǒng)中的機器互連的好處之一就是網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)效應(yīng)。各臺機器的操作經(jīng)驗都可以被整合到單一的信息系統(tǒng)中，從而加速機器組合的學(xué)習(xí)，而這僅在一臺機器上是無法實現(xiàn)的。例如，從飛機上收集的數(shù)據(jù)加上位置信息和飛行歷史，就可以提供關(guān)于飛機在各種不同的環(huán)境中的性能的豐富信息。這一來自數(shù)據(jù)的見解是可操作的，它可以使整個系統(tǒng)更智慧，從而推動持續(xù)的知識積累并洞察實施過程。當(dāng)越來越多的機器連接到系統(tǒng)中時，結(jié)果會不斷擴展，從而使得自學(xué)習(xí)系統(tǒng)隨著時間的推移成長得更智慧。

圖1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的興起

智能決策

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的力量將會通過智能決策來實現(xiàn)。當(dāng)已經(jīng)從智能設(shè)備和系統(tǒng)中收集到了足夠的信息來協(xié)助數(shù)據(jù)驅(qū)動的學(xué)習(xí)時，才會產(chǎn)生智能決策。反過來，智能決策能夠讓一個子集的機器和網(wǎng)絡(luò)層級的操作功能從運營商轉(zhuǎn)移到安全的數(shù)字系統(tǒng)中。要解決互聯(lián)機器、設(shè)施、機組和網(wǎng)絡(luò)的日益增加的復(fù)雜性問題，智能決策是必要元素。

智能決策是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的長期愿景。如果實現(xiàn)的話，可以大大提高生產(chǎn)率和降低運營成本，其規(guī)?？梢耘c工業(yè)革命和互聯(lián)網(wǎng)革命產(chǎn)生的結(jié)果類似。當(dāng)三個主要數(shù)據(jù)方法（智能設(shè)備，智能系統(tǒng)和智能決策）與物理機器、設(shè)施、機組及網(wǎng)絡(luò)完全融合在一起的時候，才能充分體會到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的潛力。而到那時，提高生產(chǎn)效率、降低成本和減少浪費將會傳播到整個工業(yè)經(jīng)濟中。

許多在起作用的力量都能夠解釋為什么工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)會在今天發(fā)生。機器的能力并沒有被充分地實現(xiàn)。不同于以往的單個機器級別，在現(xiàn)在的系統(tǒng)級別下，持續(xù)的低效率變得更加嚴(yán)重。并且，其復(fù)雜性已經(jīng)讓人類操作員的能力不足以識別和減少這些低效率。雖然這些因素使得通過傳統(tǒng)手段已經(jīng)難以實現(xiàn)改進，但同時它們也創(chuàng)造了激勵措施，來應(yīng)用產(chǎn)生自基于互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新的解決方案。計算技術(shù)、信息和通信系統(tǒng)現(xiàn)在可以支持廣泛的儀器儀表、監(jiān)測和分析。儀器儀表的成本急劇下降，使得大規(guī)模的裝備和監(jiān)測工業(yè)機器成為可能。過程收益繼續(xù)有增無減，并且已經(jīng)達到了一個可以增加物理機器的數(shù)字智能化的拐點?？梢蕴幚泶罅啃畔⒌倪h程數(shù)據(jù)存儲、大數(shù)據(jù)集和更先進的分析工具都變得越來越成熟，應(yīng)用也日益廣泛。當(dāng)應(yīng)用到機器、機組和網(wǎng)絡(luò)上時，這些變化正在共同創(chuàng)造令人興奮的新機會。

儀器儀表成本的迅速下降與云計算的影響是相匹配的，它能讓我們以較低的成本收集和分析大量的數(shù)據(jù)，這在以往任何時候都是不可能的。這將創(chuàng)建一個成本通貨緊縮的趨勢，類似于20世紀(jì)90年代后半期刺激信息和通信技術(shù)的快速采用，而這一次的趨勢，可以促進并加快工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。另外，移動革命也將加速這一通貨緊縮趨勢，使得能夠更經(jīng)濟且高效地共享信息，并導(dǎo)致分散優(yōu)化和個性化優(yōu)化。對工業(yè)設(shè)施的遠程監(jiān)測和控制、分布式電源以及個性化和便攜式的醫(yī)療都只是一些最有力的實例。

全球的工業(yè)系統(tǒng)相當(dāng)龐大?，F(xiàn)在全世界有數(shù)百萬的機器，從簡單的電動馬達到用于醫(yī)療保健的高度先進的計算機斷層掃描（computed tomography，CT）掃描儀；有數(shù)以萬計的機組，從用于發(fā)電的發(fā)電廠，到將人和貨物運往世界各地的飛機；有數(shù)千個復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，從電網(wǎng)到鐵路系統(tǒng)，它們將機器和機組緊密結(jié)合。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將有助于讓工業(yè)體系的每個層次都做得更好。通過優(yōu)化檢查、維護和維修流程，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)能夠提高資產(chǎn)的可靠性。不論是在機組級，還是在更大的網(wǎng)絡(luò)級，它都能提高運營效率。

圖2 :工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵要素

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)匯集了兩個革命性變革的進展：一是產(chǎn)生于工業(yè)革命的無數(shù)的機器、設(shè)備、機組和網(wǎng)絡(luò)，另一個是互聯(lián)網(wǎng)革命帶來的最新的計算、信息和通信系統(tǒng)的強大進步。這些發(fā)展匯集在一起便帶來了體現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)本質(zhì)的三個要素。

第一是智能機器。它是將世界上無數(shù)的機器、設(shè)備、機組和網(wǎng)絡(luò)用先進的傳感器、控制器和軟件應(yīng)用程序連接起來的新方式。

第二是先進分析。它利用基于物理的分析學(xué)、預(yù)測算法和自動化的能力，以及要了解機器和更大的系統(tǒng)如何運作所需的材料科學(xué)、電氣工程和其他重點學(xué)科的深厚的專業(yè)知識。

第三是工作中的人。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中，人是被隨時連接的，無論他們是在工業(yè)設(shè)施、辦公室、醫(yī)院中工作，還是在移動中，用以支持更智能化的設(shè)計、操作、維護，以及更高的服務(wù)質(zhì)量和安全。

將這些要素連接并組合在一起，將會給各企業(yè)和經(jīng)濟體提供新的機會。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)始于將傳感器和其他先進的檢測儀器嵌入到機器陣列中，從簡單到高度復(fù)雜。這就使得可以收集和分析大量的數(shù)據(jù)，用于改善機器的性能，同時不可避免地提高了與之相連的網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)的效率。即使是數(shù)據(jù)本身，也可以變得“智能化”，即能夠立刻知道它需要到達哪些用戶處。

許多工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的實踐都證明，各種各樣的新的創(chuàng)新能夠給企業(yè)和全球經(jīng)濟帶來巨大利益。就像工業(yè)革命一樣，互聯(lián)網(wǎng)革命正在以動態(tài)的方式展開，而我們現(xiàn)在正處在轉(zhuǎn)折點上。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的條件已經(jīng)成熟。早期的證據(jù)表明，新的創(chuàng)新浪潮——工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)來臨。