工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵與外延

導讀：隨著傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)的突飛猛進，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)作為新一代信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合的產(chǎn)物，從概念普及走向行業(yè)深耕的幾年時間內(nèi)，日益成為制造企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型關(guān)鍵支撐，國內(nèi)市場上也涌現(xiàn)出一批活躍的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺?！?.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)熱潮

」當前，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)（industrialinternet）熱潮遍布神州大地。從早期提出工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)理念，到Predix平臺受到熱捧，再到推出工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺Mindsphere，乃至好幾家本土制造業(yè)巨頭都宣布推出工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的熱度不斷提高。從2014年GE在美國發(fā)起工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟（IIC），到2016年2月我國組建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，再到2020年我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域融資數(shù)量和規(guī)模屢創(chuàng)新高，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)已成為政府、制造企業(yè)、互聯(lián)網(wǎng)公司、物聯(lián)網(wǎng)公司、電信運營商、IT和自動化廠商等各方關(guān)注的焦點。2012年11月26日發(fā)表的白皮書《IndustrialInternet:PushingtheboundaryofMindsandMachines》中指出，“IndustrialInternet”是要延展機器與人的邊界。該白皮書中描述的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心要素（圖1）包括：智能機器、高級分析和工作中的人。實質(zhì)上，還是強調(diào)通過物聯(lián)網(wǎng)聯(lián)通機器、產(chǎn)品和人，從而提升企業(yè)的設(shè)備健康狀態(tài)和生產(chǎn)績效，實現(xiàn)預測性維護，最大限度地降低意外宕機，實現(xiàn)能源高效利用等。

圖1GE公司白皮書指出的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵要素（來源：GE）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的概念實際上與國外提出的萬物互聯(lián)（internetofeverything，將人、流程、數(shù)據(jù)和事物結(jié)合一起，使得網(wǎng)絡(luò)連接變得更加相關(guān)，更有價值）理念有相似之處，相當于是工業(yè)企業(yè)的萬物互聯(lián)。因此，我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應當有其具體的內(nèi)涵與外延，其實質(zhì)還是應當聚焦物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)的應用，而不應過于泛化。服務(wù)商也不應把所有云平臺都叫做工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，以免誤導用戶?！?.如何理解工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)？

」工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是指工業(yè)互聯(lián)的網(wǎng)，而不是工業(yè)的互聯(lián)網(wǎng)。在企業(yè)內(nèi)部，要實現(xiàn)工業(yè)設(shè)備（生產(chǎn)設(shè)備、物流裝備、能源計量、質(zhì)量檢驗、車輛等）、信息系統(tǒng)、業(yè)務(wù)流程、企業(yè)的產(chǎn)品與服務(wù)、人員之間的互聯(lián)，實現(xiàn)企業(yè)IT網(wǎng)絡(luò)與工控網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)，實現(xiàn)從車間到?jīng)Q策層的縱向互聯(lián)；在企業(yè)間，要實現(xiàn)上下游企業(yè)（供應商、經(jīng)銷商、客戶、合作伙伴）之間的橫向互聯(lián)；從產(chǎn)品生命周期的維度，要實現(xiàn)產(chǎn)品從設(shè)計、制造到服役，再到報廢回收再利用整個生命周期的互聯(lián)。這實際上與工業(yè)4.0提出的三個集成的內(nèi)涵是相通的。IT領(lǐng)域的在線詞典Techopedia對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)給出的解釋是：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將智能機器或特定類型的設(shè)備與嵌入式技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來。實例是將機器和車輛配備智能技術(shù)，包括機器與機器互聯(lián)（M2M）技術(shù)，實現(xiàn)制造裝備和其他設(shè)備可以相互傳輸數(shù)據(jù)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)也應用于交通項目，例如無人（或自主）駕駛汽車和智能軌道交通系統(tǒng)?！?.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺與工業(yè)云平臺

」工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺是物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)云平臺相融合的產(chǎn)物，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺架構(gòu)的上面三層與工業(yè)云平臺相似，但是下面增加了邊緣層（圖2）。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺側(cè)重于解決與工業(yè)設(shè)備、工業(yè)產(chǎn)品和工業(yè)服務(wù)有關(guān)的問題，其基礎(chǔ)是傳感器和物聯(lián)網(wǎng)。典型的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用包括：通過運輸云，實現(xiàn)制造企業(yè)、第三方物流和客戶三方的信息共享，提高車輛往返的載貨率，實現(xiàn)對冷鏈物流的全程監(jiān)控；通過對設(shè)備的準確定位來開展服務(wù)電商，例如湖南星邦重工有限公司利用樹根互聯(lián)的根云平臺，實現(xiàn)了高空作業(yè)車的在線租賃服務(wù)；采集工廠的設(shè)備、生產(chǎn)、能耗、質(zhì)量等實時信息，實現(xiàn)對工廠的實時監(jiān)控；設(shè)備制造商可通過物聯(lián)網(wǎng)采集設(shè)備狀態(tài)，對設(shè)備進行遠程監(jiān)控和故障診斷，避免設(shè)備非計劃性停機，進而實現(xiàn)預測性維護，提供增值服務(wù)，并促進備品備件銷售。目前，我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的開發(fā)主體既有工業(yè)軟件企業(yè)，又有物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)、互聯(lián)網(wǎng)公司，還有制造企業(yè)。

圖2工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺架構(gòu)（來源：中國信通院2017年發(fā)布的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺白皮書）工業(yè)云平臺指的是工業(yè)領(lǐng)域的云平臺，包括了IaaS（基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)化）、PaaS（平臺服務(wù)化）、SaaS（軟件服務(wù)化）三個層面，工業(yè)云平臺的目的是將工業(yè)軟件演化為一種云服務(wù)（SaaS），并為客戶提供可以對軟件功能進行配置或二次開發(fā)的平臺（PaaS），將數(shù)據(jù)和信息系統(tǒng)存儲到云端，從而使工業(yè)企業(yè)應用信息系統(tǒng)更加便捷、更有利于管理（例如，實現(xiàn)服務(wù)器和桌面虛擬化）。因此，工業(yè)云平臺本質(zhì)上屬于IT平臺，而工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺是基于IT與OT的融合。典型的工業(yè)云應用包括：構(gòu)建仿真云平臺，支持高性能計算，實現(xiàn)計算資源的有效利用和可伸縮；基于SaaS的三維零件庫，提高產(chǎn)品研發(fā)效率；基于云的CRM應用服務(wù)，對營銷業(yè)務(wù)和人員進行有效管理，實現(xiàn)移動應用；基于云的協(xié)同辦公平臺；工業(yè)產(chǎn)品電商、采購尋源等。總體而言，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺是工業(yè)云平臺的擴展與延伸，不僅能夠支持工業(yè)云平臺的所有功能，而且要支撐工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用，實現(xiàn)IT與OT融合。在IaaS和邊緣（設(shè)備端）層，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺需要實現(xiàn)從設(shè)備的控制系統(tǒng)、傳感器、可穿戴設(shè)備、攝像頭和儀表進行數(shù)據(jù)采集、傳輸和存儲；在PaaS層，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺需要能夠支撐更加復雜的算法，例如利用深度學習技術(shù)進行圖像分析，利用SPC方法分析質(zhì)量數(shù)據(jù)，利用仿真技術(shù)對設(shè)備的數(shù)字化模型（DigitalTwin）進行性能仿真，利用GIS數(shù)據(jù)對車輛進行定位，從而對物流運輸過程進行追溯等；在SaaS層，則應當提供豐富的APP，將原來工業(yè)軟件固化的功能拆分成很多功能相對獨立的插件，可以在PaaS平臺即插即用。因此，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺比工業(yè)云平臺要復雜得多。對制造企業(yè)而言，需要進行工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的選型，在平臺應用滿足企業(yè)業(yè)務(wù)需求的工業(yè)APP，在此基礎(chǔ)上開發(fā)一定的滿足企業(yè)個性化需求的APP。對于行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)，可以運營工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，在實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部互聯(lián)和企業(yè)間互聯(lián)的基礎(chǔ)上，支撐企業(yè)的智能制造，并實現(xiàn)跨企業(yè)的協(xié)同制造和面向行業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)作?！?/p>

4.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)大數(shù)據(jù)的關(guān)系

」工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺需要管理海量和異構(gòu)的，結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，包括來自各種設(shè)備、已服役的產(chǎn)品、信息系統(tǒng)和社交媒體的數(shù)據(jù)。對于工業(yè)企業(yè)而言，這些數(shù)據(jù)就是工業(yè)大數(shù)據(jù)，需要用專業(yè)的平臺來存儲、分析、展現(xiàn)這些數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)驅(qū)動，實現(xiàn)對產(chǎn)品、制造工藝和設(shè)備進行監(jiān)控、控制和優(yōu)化等功能，這樣的平臺就是工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺。應該說，工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的一個子集?！?/p>

5.

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的典型應用

」工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應用范圍很廣，應用的行業(yè)也很多，例如離散制造、流程制造、物流行業(yè)、采掘業(yè)、工程建設(shè)與施工、公共事業(yè)等，涉及數(shù)字孿生、工業(yè)大數(shù)據(jù)分析、人工智能應用、邊緣計算和5G等新興技術(shù)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的典型應用可以分為以下四大類：第一類是管控工程機械、車輛、農(nóng)用機械、隧道施工設(shè)備、礦井掘進設(shè)備、船舶、飛行器等移動設(shè)備。具體應用包括設(shè)備定位、遠程監(jiān)控、故障預警、開機率大數(shù)據(jù)分析、設(shè)備履歷管理、備品備件管理和服務(wù)生命周期管理等；第二類是管控無人值守的固定設(shè)備，例如石油鉆采設(shè)備，風電、光伏等發(fā)電設(shè)備以及公共事業(yè)（水、電、氣制造與傳輸?shù)龋┑年P(guān)鍵設(shè)備，推進遠程監(jiān)控、運行優(yōu)化、故障預警和資產(chǎn)管理等；第三類是在物流運輸過程中，對物流車輛的位置、狀態(tài)（例如冷鏈物流需要保持低溫）進行監(jiān)控，對運輸路徑進行優(yōu)化等；第四類則是管控在制造企業(yè)車間中部署的關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備、檢測設(shè)備、物流設(shè)備和試驗設(shè)備，對生產(chǎn)績效、能耗、質(zhì)量、設(shè)備、刀具、溫濕度和物料配送等關(guān)鍵指標進行監(jiān)控，從而實現(xiàn)工藝優(yōu)化、節(jié)能降耗、提升產(chǎn)能、提高設(shè)備OEE、防范安全事故、避免非計劃性停機等。其中第一類中工程機械制造和施工行業(yè)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用成熟度較高，這與工程機械行業(yè)銷售方式轉(zhuǎn)向租賃為主有密切關(guān)系，設(shè)備的所有者必須管控出租的移動設(shè)備，確保設(shè)備使用者按時付費，正常使用設(shè)備，做好遠程維護。在這種需求驅(qū)動下，從GPS定位到遠程鎖機，再到故障診斷、備品備件管理、二手機銷售、設(shè)備資源調(diào)度及開機率大數(shù)據(jù)分析等，產(chǎn)生了很多務(wù)實應用，樹根互聯(lián)、徐工信息、天遠科技、中科云谷等發(fā)源于工程機械行業(yè)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺和服務(wù)企業(yè)應運而生。第二類、第三類應用也產(chǎn)生了成熟案例，難度更大的是第四類，尤其是針對離散制造企業(yè)。目前，我國離散制造企業(yè)的車間設(shè)備數(shù)據(jù)采集和車間聯(lián)網(wǎng)率很低，設(shè)備廠商眾多，數(shù)據(jù)接口形式多種多樣，工控協(xié)議繁多，因此，需要通過設(shè)備制造企業(yè)、工業(yè)數(shù)據(jù)采集廠商、工業(yè)自動化廠商、設(shè)備維修維護企業(yè)與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺廠商多方協(xié)作，建立工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用的生態(tài)系統(tǒng)，才能取得實效。在此過程中，車間數(shù)據(jù)的采集、存儲、展現(xiàn)、建模、權(quán)限管控、加密解密、分發(fā)、分析、優(yōu)化與反饋是核心。制造企業(yè)對車間數(shù)據(jù)出廠上云非常敏感，可以采用在企業(yè)內(nèi)部或私有云部署工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺上構(gòu)建各類APP，例如各種型號機床維護APP、OEE分析APP、能效管理APP、質(zhì)量分析APP的方式，來開展各種工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用，最終實現(xiàn)多方協(xié)作，多方受益。關(guān)于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用，制造企業(yè)需要思考以下7個關(guān)鍵問題：1）應用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)目標和預期價值工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用廣泛，通過對物聯(lián)網(wǎng)采集的數(shù)據(jù)進行分析，可以幫助企業(yè)分析各類設(shè)備或產(chǎn)品的狀態(tài)，實現(xiàn)對異常狀態(tài)的預警或報警，從而實現(xiàn)預測性維護，避免非計劃停機；還有助于幫助企業(yè)改進產(chǎn)品性能、幫助企業(yè)降低能耗、保障安全等。通過對運輸車輛的數(shù)據(jù)采集，可以掌握車輛運行的位置，以及運輸貨品的狀態(tài)，實現(xiàn)制造商、第三方物流和貨主的信息交互，實現(xiàn)運輸資源的充分應用。還可以用于對污染物的監(jiān)控，以及對無人值守的設(shè)備、對石油管道的遠程監(jiān)控和故障診斷等。在消費品行業(yè)，也有很多基于物聯(lián)網(wǎng)的智能應用，例如智能家居。通過對各種設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)控，還可以實現(xiàn)設(shè)備租賃和服務(wù)電商。企業(yè)在應用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)之前，首先應當結(jié)合行業(yè)特點，明確自己的業(yè)務(wù)目標和預期價值。不同應用的難度差異很大，企業(yè)需要有清晰的認知。2）采集哪些有價值的數(shù)據(jù)，如何采集、傳輸、存儲與分析？物聯(lián)網(wǎng)應用的基礎(chǔ)源于各種智能終端、傳感器和智能儀表，加上GPS定位和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)墓δ苣K（WIFI、4G或ZigBee等）。低功耗的NB-IoT技術(shù)，為物聯(lián)網(wǎng)的普及應用帶來了巨大價值。當前，各類設(shè)備數(shù)據(jù)采集的接口方式差異很大，有些設(shè)備需要外接傳感器。所以現(xiàn)在市場上也出現(xiàn)不少可以采集和傳輸數(shù)據(jù)的盒子，有些盒子具有一定的存儲和數(shù)據(jù)處理能力。因此，企業(yè)要實現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用，需要明確究竟要采集哪些有價值的數(shù)據(jù)？采集頻率有多高？如何部署傳感器？是要傳輸所有狀態(tài)數(shù)據(jù)，還是只傳輸超出閾值的數(shù)據(jù)？海量數(shù)據(jù)如何存儲？是基于私有云還是公有云？物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)分析算法和數(shù)學模型是什么？數(shù)據(jù)如何分析與展現(xiàn)？數(shù)據(jù)異常的預警和處置方式？如何實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)與企業(yè)業(yè)務(wù)流程的集成？

3）中小企業(yè)和大型企業(yè)進行工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用的顯著差異中小型制造企業(yè)進行工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用，可以直接選擇基于公有云的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，相對比較容易。例如，樹根互聯(lián)就幫助生產(chǎn)高空作業(yè)車的龍頭企業(yè)星邦重工實現(xiàn)了設(shè)備的定位，支持企業(yè)的設(shè)備租賃業(yè)務(wù)。對于大型制造企業(yè)，則需要更加慎重地制定工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應用策略，考慮是否需要自己開發(fā)及運營工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺。如果選擇自主開發(fā)或自主運營，就需要考慮與電信運營商、云平臺進行合作。4）自主開發(fā)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用還是利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)開發(fā)平臺來開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)應用就像ERP應用可以選擇自主開發(fā)和應用商品化的系統(tǒng)一樣，物聯(lián)網(wǎng)平臺建設(shè)的路徑也有不同的選擇?？梢赃x擇物聯(lián)網(wǎng)的云服務(wù)，用物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)平臺來構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)應用，或者直接從底層開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)應用。相對而言，應用ThingWorx等物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)平臺來開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)應用，對于多數(shù)企業(yè)而言，是一個經(jīng)濟有效的方式。圖3是著名研究機構(gòu)Gartner發(fā)表的2019年工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺排名情況。

圖3Gartner2020工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺分析（來源：Gartner）5）如何實現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的共享、分發(fā)、分析與協(xié)同？設(shè)備運營企業(yè)、設(shè)備制造企業(yè)、零部件企業(yè)、維修企業(yè)如何實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的共享、分發(fā)、分析與協(xié)同是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用最復雜，也最重要的問題。例如，中車集團如果要建立一個物聯(lián)網(wǎng)平臺來實現(xiàn)對旗下企業(yè)制造的高鐵、動車、地鐵車輛進行監(jiān)控，進行故障預警和預測性維護，則需要與鐵路總公司、各地的地鐵公司共享物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，而各個整車制造企業(yè)、零部件制造企業(yè)，應根據(jù)其制造的產(chǎn)品和零部件，共享相應的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，以便進行數(shù)據(jù)分析，研究自身產(chǎn)品出現(xiàn)的問題，改進產(chǎn)品和制造工藝。維修企業(yè)如果對某列車輛進行了維修，或者更換了備品備件，則也需要在云平臺上留下維修記錄。如果某列地鐵的車門出現(xiàn)故障，則信息應該傳遞到地鐵公司，對應的站臺門就不能打開。在保證信息安全、合理的數(shù)據(jù)訪問權(quán)限，以及能夠保證制造商的知識產(chǎn)權(quán)前提下，進行物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的共享，是物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)深化應用，并取得實效的關(guān)鍵。同樣道理，航空公司與飛機制造商也應當實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的共享。6）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺功能和部署方式的差異化與選型很多工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺都強調(diào)自身的開放性，甚至實現(xiàn)開源，以便支持各種類型的應用。一個完整的物聯(lián)網(wǎng)平臺，前端應該能夠集成各種類型的傳感器，后端應當具有海量數(shù)據(jù)的存儲和大數(shù)據(jù)分析能力，實現(xiàn)與應用系統(tǒng)的集成，支持各種行業(yè)應用。例如，GE公司就基于Predix平臺開發(fā)了卓越制造的套件（圖4），集成了在制品管理、質(zhì)量管理、生產(chǎn)管理、路線優(yōu)化等應用功能。因此，企業(yè)要進行物聯(lián)網(wǎng)平臺的選型，應當深入理解埃森哲提出的物聯(lián)網(wǎng)應用成熟度模型（圖5），對各類物聯(lián)網(wǎng)平臺的開放性、集成能力、數(shù)據(jù)分析、行業(yè)應用功能進行深入比較。從部署方式來看，有些物聯(lián)網(wǎng)平臺的交付方式是公有云服務(wù)，有些物聯(lián)網(wǎng)平臺可以在企業(yè)內(nèi)部部署，或者通過私有云方式部署。這也是企業(yè)進行物聯(lián)網(wǎng)平臺選型必須考慮的問題。

圖4