(網(wǎng)經(jīng)社訊)“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的概念最早是由美國(guó)通用電氣公司（GE）于2012年提出的，隨后聯(lián)合另外四家IT巨頭組建了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟(IIC)，將這一概念大力推廣開來。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟的愿景是使各個(gè)制造業(yè)廠商的設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。這就至少要涉及到互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等技術(shù)。而工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟的成立目的在于通過制定通用的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，利用互聯(lián)網(wǎng)激活傳統(tǒng)的生產(chǎn)制造過程，促進(jìn)物理世界和信息世界的融合。
圖1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的四個(gè)要素
實(shí)質(zhì)上，美國(guó)GE公司倡導(dǎo)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是指利用“智能設(shè)備”采集“智能數(shù)據(jù)”，利用“智能系統(tǒng)”進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和可視化展現(xiàn)，形成“智能決策”，為生產(chǎn)管理提供實(shí)時(shí)判斷參考，反過來指導(dǎo)生產(chǎn)，優(yōu)化制造工藝（圖1）。它的典型特征是：智能性，與數(shù)字化制造相比，智能制造具有預(yù)測(cè)、決策與自主調(diào)整優(yōu)化能力。
2013年美國(guó)就出現(xiàn)“萬億傳感器革命”概念，并提出了“萬億個(gè)傳感器覆蓋地球(Trillion Sensors Universe)”計(jì)劃，旨在推動(dòng)社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施和公共服務(wù)中每年使用1萬億個(gè)傳感器(圖2)。1萬億，這個(gè)數(shù)字相當(dāng)于目前全球傳感器市場(chǎng)需求的100倍。可以預(yù)見，不久的將來,，我們身邊將到處布滿傳感器——物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代即將真正到來！
圖2 萬億傳感器的物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代
物聯(lián)網(wǎng)是將現(xiàn)實(shí)世界與信息技術(shù)緊密結(jié)合的系統(tǒng)。通過信息技術(shù)源源不斷地獲取從攝像頭等各種傳感器采集的現(xiàn)實(shí)世界的數(shù)據(jù)。物聯(lián)網(wǎng)將直接或間接的對(duì)機(jī)器人在現(xiàn)實(shí)世界的活動(dòng)產(chǎn)生著影響。信息技術(shù)與現(xiàn)實(shí)世界的融合，除了“物聯(lián)網(wǎng)”之外，還有其他單詞的表述。例如，美國(guó)自然科學(xué)基金（NFS）早在2006年就召開了“CPS (cyber physical systems，信息物理系統(tǒng))”工作組會(huì)議，探討CPS的可行性，并認(rèn)為CPS是美國(guó)在未來世界保持競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵所在；IBM推出“Smart Planet（智慧地球）”愿景，介于傳感器推動(dòng)信息技術(shù)與現(xiàn)實(shí)世界的融合；HP也推出了“CeNSE（the Central Nervous System for the Earth，地球中樞神經(jīng)系統(tǒng)）”的同樣概念。
圖3 工廠里的物聯(lián)網(wǎng)
其實(shí)，制造業(yè)領(lǐng)域中，信息技術(shù)與物理世界的結(jié)合并非是最近才開始的。飛機(jī)與汽車之中實(shí)際上已經(jīng)嵌入了復(fù)雜的信息技術(shù)，而一輛高端汽車之中有可能含有100多項(xiàng)信息技術(shù)工藝（圖3）?？梢哉f，物聯(lián)網(wǎng)為智能設(shè)備奠定了基礎(chǔ)。
智能設(shè)備
GE的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)帶來了“智能設(shè)備”的概念，其基本含義就是在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上引入工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的機(jī)制，包括連接性，智能機(jī)器，傳感器，大數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)模型等。通過在各個(gè)層面采集數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)、形成智能決策，既要實(shí)現(xiàn)設(shè)備自身的可維護(hù)性，又要實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)過程的優(yōu)化。
由智能設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)收集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)之后，利用大數(shù)據(jù)分析工具進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和可視化。由此產(chǎn)生的“智能信息”可以由決策者必要時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)判斷處理，或者成為大范圍工業(yè)系統(tǒng)其工業(yè)資產(chǎn)優(yōu)化戰(zhàn)略決策過程的一部分。例如GE在生產(chǎn)的風(fēng)電發(fā)動(dòng)機(jī)葉片，實(shí)現(xiàn)全部聯(lián)網(wǎng)，從而有望使產(chǎn)能提高50%（圖4）。
圖4 工廠里的物聯(lián)網(wǎng)
智能設(shè)備還可以在機(jī)器、網(wǎng)絡(luò)、個(gè)人或企業(yè)之間實(shí)現(xiàn)共享，用以進(jìn)一步促進(jìn)智能協(xié)作，從而可以使眾多的相關(guān)企業(yè)參與到資產(chǎn)維護(hù)、管理和優(yōu)化過程中，也可以確保在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)候?qū)⒛切┍镜睾瓦h(yuǎn)程擁有機(jī)器專業(yè)知識(shí)的人們整合起來。每個(gè)智能設(shè)備都會(huì)產(chǎn)生大量可以通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)傳輸給遠(yuǎn)程機(jī)器和用戶的數(shù)據(jù)。智能設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，還包括那些能夠優(yōu)化運(yùn)行或維護(hù)機(jī)器、機(jī)組的外部數(shù)據(jù)。隨著時(shí)間的推移，這些數(shù)據(jù)，使機(jī)器能夠從它的歷史數(shù)據(jù)中得到啟示，并且通過控制系統(tǒng)更加智能的運(yùn)轉(zhuǎn)。
例如，管理人員可以了解某個(gè)特定的組件在某種條件下運(yùn)行了多長(zhǎng)時(shí)間。分析工具可以將這些數(shù)據(jù)與其他工廠類似組件的操作歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，對(duì)于組件發(fā)生故障的可能性和時(shí)間提供科學(xué)的預(yù)測(cè)。從而，使得操作數(shù)據(jù)和預(yù)測(cè)分析可以結(jié)合起來，有效的避免運(yùn)行中斷同時(shí)降低維護(hù)成本。
智能數(shù)據(jù)
智能數(shù)據(jù)的潛在價(jià)值巨大。隨著越來越多的機(jī)器和設(shè)備加入工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)跨越整個(gè)機(jī)組和網(wǎng)絡(luò)的機(jī)器儀表的協(xié)同效應(yīng)。
圖5 智能數(shù)據(jù)的產(chǎn)生和使用
智能數(shù)據(jù)有多種價(jià)值（圖5）：
優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)：在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)的各種設(shè)備或機(jī)器，可以通過互聯(lián)網(wǎng)相互協(xié)作，提高網(wǎng)絡(luò)整體的運(yùn)營(yíng)效率。例如，在醫(yī)療領(lǐng)域，將到醫(yī)生和護(hù)士等醫(yī)療數(shù)據(jù)互聯(lián)，數(shù)據(jù)可以無縫地傳輸給醫(yī)療機(jī)構(gòu)和病人，等待的時(shí)間將會(huì)更短，能夠更迅速地幫助病人使用正確的醫(yī)療設(shè)備，從而使得醫(yī)療設(shè)備利用率更高，醫(yī)療服務(wù)質(zhì)量更好。智能數(shù)據(jù)的巨大價(jià)值也可體現(xiàn)于交通網(wǎng)絡(luò)中的路徑優(yōu)化。許多車輛實(shí)現(xiàn)互聯(lián)之后，就會(huì)知道自己的位置和目的地，同時(shí)能夠了解到網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)內(nèi)其他車輛的位置和目的地，允許優(yōu)化路由來尋找到最有效的人工智能解決方案。
優(yōu)化運(yùn)維：通過智能數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化、低成本，并有利于整個(gè)設(shè)備或機(jī)器的運(yùn)行維護(hù)。例如，將機(jī)器、組件和各個(gè)環(huán)節(jié)聯(lián)網(wǎng)之后，將實(shí)現(xiàn)一個(gè)可監(jiān)測(cè)的設(shè)備狀態(tài)，可以在正確的時(shí)間將最優(yōu)數(shù)量的零部件交付到準(zhǔn)確的位置，將減少零部件庫存需求和維護(hù)成本，提升設(shè)備或機(jī)器的穩(wěn)定性。
恢復(fù)系統(tǒng)：通過建立廣泛的大數(shù)據(jù)信息，幫助網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在發(fā)生毀滅性打擊之后更加快速、有效的進(jìn)行恢復(fù)。例如，當(dāng)?shù)卣鸹蚱渌匀粸?zāi)害發(fā)生時(shí)，可以用智能儀表、傳感器和其他智能設(shè)備和系統(tǒng)組成的網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行快速檢測(cè)，隔離發(fā)生故障的設(shè)備或機(jī)器，不至于發(fā)生串聯(lián)而導(dǎo)致更大規(guī)模的故障發(fā)生。
自主學(xué)習(xí)：每臺(tái)設(shè)備或機(jī)器的操作經(jīng)驗(yàn)可以聚合為一個(gè)大數(shù)據(jù)，使得整個(gè)設(shè)備或機(jī)器能夠自主學(xué)習(xí)。這種自主學(xué)習(xí)的方式是不可能在單個(gè)機(jī)器上來實(shí)現(xiàn)的。例如，從許多飛機(jī)上收集的數(shù)據(jù)加上位置和飛行的歷史數(shù)據(jù)，才可以提供有關(guān)各種環(huán)境下飛機(jī)性能的信息。當(dāng)越來越多的機(jī)器連接在一個(gè)系統(tǒng)中，產(chǎn)生無數(shù)只能數(shù)據(jù)的結(jié)果將是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的不斷擴(kuò)大并能自主學(xué)習(xí)，而且越來越智能化。
智能決策
一旦智能設(shè)備采集到大量的智能數(shù)據(jù)，就可以通過智能系統(tǒng)，挖掘出具備商業(yè)經(jīng)營(yíng)價(jià)值的智能決策。設(shè)備與數(shù)據(jù)相互結(jié)合，網(wǎng)絡(luò)協(xié)同且實(shí)時(shí)更新，將對(duì)諸多行業(yè)帶來較大裨益。
據(jù)美國(guó)GE公司的預(yù)測(cè)，航班延誤每年給航空公司帶來的損失超過400億美元。其中10%的延誤是由于對(duì)飛機(jī)的維護(hù)欠缺所造成的。同時(shí)，全球航空業(yè)每年燃油費(fèi)用高達(dá)1700億美元（營(yíng)業(yè)收入約為5600億美元），而根據(jù)國(guó)際航空運(yùn)輸協(xié)會(huì)（IATA）的調(diào)查，這些油耗中有18~22%屬于浪費(fèi)。GE的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)通過對(duì)飛機(jī)航運(yùn)輸局和零部件系統(tǒng)數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)與統(tǒng)計(jì)，分析維修保養(yǎng)上的問題，每年可減少1000次延誤情況。同時(shí)，選擇適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)，進(jìn)行維修保養(yǎng)，也可以降低設(shè)備投資成本。通過航運(yùn)數(shù)據(jù)，挖掘減少燃油能耗的實(shí)現(xiàn)路徑，從而對(duì)飛行調(diào)度的優(yōu)化，可減少2%的能耗使用，每年節(jié)約2000萬美元成本，減少大量二氧化碳排放（圖6）。
圖6 航空領(lǐng)域的智能決策
醫(yī)療占全球GDP的10%，是一個(gè)相當(dāng)大的行業(yè)。據(jù)美國(guó)GE公司的預(yù)測(cè)，醫(yī)療領(lǐng)域由于低效率，每年會(huì)造成7310億美元的浪費(fèi)，尤其是臨床醫(yī)療占到59%，高達(dá)4290億美元的浪費(fèi)。醫(yī)療從業(yè)人員與醫(yī)療器械之間的信息不對(duì)稱是主要原因。例如：護(hù)士換藥、磁共振成像情況、醫(yī)生診斷等過程都沒能實(shí)時(shí)共享。將醫(yī)療從業(yè)人員、醫(yī)療器械進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，對(duì)診斷、手術(shù)、藥方等信息進(jìn)行共享，開展網(wǎng)絡(luò)協(xié)同式的診療。GE的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)通過綜合管理每個(gè)病床，每個(gè)診斷的工作流、患者流，搬運(yùn)和醫(yī)療器械，改進(jìn)醫(yī)療從業(yè)人員、業(yè)務(wù)流程和器械通信情況，可減少15~30%的醫(yī)療器械成本，提升醫(yī)療從業(yè)人員的工作效率，節(jié)約的時(shí)間可多為15~20%的患者提供服務(wù)（圖7）。
圖7 醫(yī)療領(lǐng)域的智能決策
啟示
當(dāng)前，全球信息技術(shù)革命正在引領(lǐng)新一輪產(chǎn)業(yè)變革，互聯(lián)網(wǎng)與制造業(yè)的融合已步入從局部擴(kuò)散向全面滲透、從消費(fèi)領(lǐng)域到生產(chǎn)領(lǐng)域、從生產(chǎn)變革到模式創(chuàng)新的新階段。作為新一代信息技術(shù)與工業(yè)系統(tǒng)全方位深度融合的產(chǎn)業(yè)和應(yīng)用生態(tài)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)已成為各主要工業(yè)強(qiáng)國(guó)實(shí)現(xiàn)智能制造、搶占國(guó)際制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)制高點(diǎn)的共同選擇。
我國(guó)工業(yè)正處于調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵時(shí)期，制造業(yè)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化步伐不斷加快，與互聯(lián)網(wǎng)以及新一代信息技術(shù)的融合程度不斷加深。與此同時(shí)，一些互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)也正在加快向工業(yè)設(shè)計(jì)、智能硬件、制造業(yè)服務(wù)等領(lǐng)域拓展?？梢哉f，推進(jìn)中國(guó)版的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，是智能制造的一種體現(xiàn)，既是大勢(shì)所趨，也是發(fā)展所需。（來源：智造智庫 文/王喜文 編選：網(wǎng)經(jīng)社-電子商務(wù)研究中心）
