工業互聯網時代機遇和挑戰分析
2016-4-26 來源：轉載 作者：
互聯網如今對于這個時代的人們來說，早已經不再陌生，幾乎每個人、每個企業在日常生活與經營中都離不開它。它已經成為人類生活和企業經營的一個基礎環境與平臺。在十幾年前，我們似乎生活在一個各自獨立的世界，通過書信與其他人溝通，通過紙質的媒體、定向通信的電視了解國內外大事，大多數企業也更多的是靠電話、傳真等傳統的通信手段支撐起自身的業務往來。但是在今天，如果你愿意，你可以讓互聯網上人任何人通過智能手機、平板電腦或傳統PC找到你，企業借助互聯網可以足不出戶完成跨洋的生意。
其實互聯網在誕生的最初，是方便身處不同地方的人共享信息，但是技術的發展與理念的進步，讓互聯網蔓延至更多的領域，并在此基礎上衍生出豐富的功能。它就 像電一樣，起初只是用來點亮燈泡，而后又成為工業變革的決定性力量。互聯網的進化也是如此，當相關的通信技術不斷成熟之后，它的“胃口”也越來越大，將我們身邊越來越多的事物關聯在了一起。現在，我們可以通過智能手機找到附近心儀的餐廳，直接在附近的電影院里選擇座位購買影票，可以直接向電商下訂單，可以方便完成從機票到住宿一整套的旅行規劃。企業們也是如此，借助互聯網的演進，不斷轉型，將自己的業務向客戶不斷靠攏--當我們在手機上下單時，企業的經營模式與商業理念也正在緊跟其后，IT支撐環境也借助于互聯網，向云計算時代邁進。
籍由互聯的理念，當互聯網向上不斷的將人與企業互聯在一起時，其向下與基礎工業設施的結合也必然發生。因為新的風景，工業互聯網就是其中之一。相關技術的進步，正在不斷降低互聯的門檻，而當這一門檻降到某一臨界點時，就如水庫開閘一樣，互聯之水也將迅速擴散開來，并由此出現。
其實，深究互聯網的本質，無非是三個要素：1、互聯節點與標識；2、節點信息的生成與獲取；3、互聯節點間信息的傳輸。所謂的互聯節點就是一個信息產生、接受或發送點，在常說的互聯網中，每個人、企業其實都是一個互聯的節點，而節點的標識就是可識別的唯一身份標志，每個人的信箱帳號、電商帳號、QQ號、微信號、手機號都是一種唯一的標簽，它是能讓其他節點與你互聯的重要前提。節點產生的信息，可能是一段字符、一段話音或是一段視頻，當然這之前需要相關設備的輔助，比如錄音機、錄像機等。而如果要與其他節點相互通，則就需要互聯信息的傳輸通道，是LAN，還是WAN，還是3G/4G網絡？這是你與其他節點產生互動的通道基礎。所以，從理論上講，只要具備上述三個條件就可以納入互聯網，從而為誕生一種新的應用或商業模式提供了可能。
工業互聯網即是如此，其實它并非一個全新的概念，已經有幾年的歷史。從某種角度上講它是“物聯網”在工業領域的一個分支，而物聯網就是針對非人非企業，而是各種各樣“物體”的互聯網，并可有針對性的與人和企業的互聯網產業互動。打個比方，當初人們談到物聯網時，大多會說起“冰箱自動下單”的設計，冰箱可以通過產品包裝上的條型碼或二維碼等標識來感知這一產品的存量（此時，冰箱就相當于一個節點，通過條碼掃描設備獲取了產品信息），當存量低于設定值之后（比如沒有牛奶了），就會通過互聯網向相關的企業下單購買，從而在沒有人的干預下，完成了一個自動補充相關物品的操作。工業互聯網，顧名思義就是將工業系統中的各種設備、功能組件有機的互聯起來，讓每臺工業機器成為一個節點，將它們各自的相關信息，通過相應的通信傳送手段互通，從而形成了一個特殊的互聯網。
工業互聯網來臨了
工業互聯網通過智能的機器加上分析的功能，通過互聯網移動的方式給生產力帶來革命性的提高。有了互聯網，全球數以百萬計的各種工業設備將實現突破性的互聯和互通，這種互聯互通不僅僅是形式上的，在更高的層次上，得益于不斷進步的數據挖掘技術，工業設備之間的數據得到了廣泛的利用。這些工業設備包括數萬種復雜機械的集群，從發電的電廠到運輸的飛機。也包括上千種復雜的機器網絡，從供電網到鐵路系統，這些網絡把機器和它們的集群聯系起來。
工業互聯網整合了工業革命和網絡革命的優勢，將兩者有機的結合在一起。伴隨著互相的發展，兩者之間快速融合，并且以智能機器和高級分析這兩個全新的角度體現了工業互聯網的特點。
智能機器體現了現有的設備通過更先進的方式，例如通過Zigbee等互聯協議使得更多的設備可以連接成為一個更為廣泛的互聯網絡，設備之間可以不受某條鏈路失效的影響繼續進行互聯互通。這樣設備之間的連接更加趨近于神經網絡，連接不僅更加復雜，也更加多樣化。
高級分析技術在大數據技術基礎之上融合了更多的機器算法，包括各種分析算法、預測算法、語義分析等多種算法來分析智能機器之間的數據通信。隨著技術的進步，這種方式將為企業提供新的機遇。傳統的分析方法是基于歷史數據收集技術，這種方式通常將數據、分析和決策分隔開來。隨著系統監控和信息技術成本的下降，工作效率大大提高，實時數據處理的規模得以大大提升。這些高頻率的實時數據為系統操作提供全新視野，高級分析技術則為分析流程開辟新維度。通過各種物理連接方式、行業特定領域的專業知識、信息流的自動化與預測能力相互結合可與現有的整套“大數據”工具聯手合作。最終，工業互聯網將涵蓋傳統方式與新的混合方式，通過先進的特定行業分析，充分利用歷史與實時數據。
工業互聯網隨著智能機器和高級分析技術的不斷融合趨于成熟，目前來看在很多領域已經開始發揮作用。目前工業互聯網可以幫助醫療、航空、能源、水處理和石油天然氣行業的客戶提升生產率和運營效率。
除了在上面提到的工業互聯網在醫療系統的應用之外，也可以在每個人的身邊發揮作用。例如可以實現冰箱自動下單，冰箱可以通過產品包裝上的條型碼或二維碼等標識來感知這一產品的存量（此時，冰箱就相當于一個機器節點，通過條碼掃描設備獲取了產品信息），當存量低于設定值之后（比如沒有牛奶了），就會通過互聯網向相關的企業下單購買，從而在沒有人的干預下，完成了一個自動補充相關物品的操作。這樣，為用戶帶來的體驗是更進一步的，而傳統的方式可能是冰箱通知用戶沒有牛奶，但是購買牛奶的行為還是由用戶自己完成。現在變成了冰箱（機器）與企業（牛奶企業）之間直接聯系，工業系統中的各種設備、功能組件有機的互聯起來，讓每臺工業機器成為一個節點，將它們各自的相關信息，通過相應的通信傳送手段互通，從而形成了一個特殊的互聯網。
大數據帶來的契機
GE此次的高調加盟Pivotal，讓工業互聯網以一種新的形象重回我們的視野，并進一步加強了我們對其的認知。相比幾年前所提出的工業互聯網的愿景，GE的設想明顯更為靠譜--因為有了大數據。
毫無疑問，當信息標識技術、傳感器技術、識別技術、通信技術越來越普及，相應的技術裝置越來越廉價時，為工業互聯網的輔設提供了技術實現與成本保障，這是工業互聯網可以部署的一大前提。但當我們部署成了千上萬個工業設備傳感器之后，工業互聯網的價值體現在哪里？則是一個大大的問號，而當工業互聯網與大數據結合在一起，將發揮出工業互聯網巨大的潛能，也讓這一問號開始消散。
從根本上講，工業互聯網的發展離不開大數據技術的成熟與進步，為什么這說呢？因為沒有大數據，工業互聯網將一事無成。
大數據現在已經是比云計算更為火熱的話題，如果說云計算更多的是面向IT基礎架構，那么大數據則更多的與企業經營與決策息息相關了，它將成為企業的一個基準能力，為企業在產品設計、客戶關系管理、市場營銷、供應鏈管理等方面的決策提供數據支撐。所以不光是IT產業，幾乎所有的行業都在關注大數據，因為它雖源于IT，但影響力已遠在IT之外了。就通常意義上的互聯網應用來說，大數據的功效就已迅速嶄露，企業可以通過分析與之互聯的用戶行為，來分析出他們的喜好，對產品的評價，一方面可以制定未來的產品戰略、改進產品的設計，一方面又可以更有的放矢地，根據用戶的喜好推送他們可能感興趣的產品、信息或服務。有關這方面話題不勝枚舉，我只想說的是，大數據是對信息二次利用的手段，它可以對互聯網中的指定信息進行歸納總結，形成某種規律性的認識，最終提煉為對企業和個人有用的新信息，幫助他們進行更好的決策。
以此類推，大數據與工業互聯網相結合，也將出現同等的效果。我們可以為每個工業設備打上節點的標識、安裝傳感器、將設備的運轉情況信息化，甚至可以對設備的關鍵組件進行狀態跟蹤，再對生產與制造環境進行監控收集。通過工業互聯網將這些來自于數萬，甚至是成百上千萬傳感器發出的信息匯總，然后基于大數據平臺，根據相應的指標、規則予以過濾、分析，就會找到很多有益的信息。比如設備自身的健康情況、產品加工精度、產品加工難點、生產環境異常、產品的輔助質檢等等，配合設備上相應的致動器（也是工業互聯網中的一部分），更可以根據上述分析的結果，對相關的設備進行自動調整，然后再次跟蹤調整后的數據……周而復始，最終使設備、產品一直保持在高品質狀態。
當前很多制造商，也在專注于如何消滅他們產品的瑕疵，監管部門希望能收集更多的數據，來追蹤安全問題。顯然，工業互聯網可以滿足上述要求，并會促進新的工業服務的發展，將整體的工業水平帶到一個新的臺階。
工業互聯網前景廣闊
目前中國的工業互聯網還處于起步階段，深度和廣度有限，但中國作為僅次于美國的第二大互聯網產業強國，工業互聯網發展前景廣闊。
“互聯網與傳統產業的融合是大勢所趨。”李樹翀表示，互聯網能大大提升工業的信息交互效率，互聯網應用是工業和產業領域發展的必然趨勢。
互聯網應用在許多傳統企業收到了良好的效果。“傳統產業要積極利用互聯網加快轉型升級，強化原來的優勢并拓展領域。”中化藍天集團有限公司副總經理王水耀介紹說。
產業互聯網在中國經濟轉型過程中改變的已不僅僅是產業銷售體系，還包括整個生產體系、流通體系、融資體系、交付體系。傳統產業通過互聯網技術整合產業鏈上下游資源，在原材料、裝備制造、軍工等重點領域開展試點工程，加快生產流程的創新，發揮“信息流”的作用，在研發、設計、生產、銷售、服務等環節促進網絡與信息技術發展。
“傳統企業與互聯網融合要量力而行，根據自身水平制定一套適合自己的互聯網方案。”李樹翀表示，線上入口的成本逐漸增高，并對傳統渠道產生較大沖擊，傳統企業要做好取舍和平衡。
王水耀表示，企業開展電子商務將面對打亂原有渠道的狀況，企業內部形成左右手的博弈。同時，互聯網又存在投入產出的不確定性，這都是傳統企業與互聯網深入融合時要考慮的問題。
王水耀介紹說，例如中化藍天旗下的英特藥谷，將原來線下交易轉移到線上，最多一天有1萬張單子，這是原來人工交易不可能完成的。中藥處方的后期服務更有特色。“醫生開完處方直接到了中化藍天旗下英特藥業的生產車間，煎完藥以后再送到客戶的手上。這也是一種O2O。”王水耀說。
互聯網應用為許多傳統產業帶來了巨大的成功。“同質化產品應用了互聯網手段會在同類產品中脫穎而出，但要真正戰勝所有對手，自身優質的產品仍是根本。”李樹翀說，互聯網思維覆蓋不到具備產業核心競爭力的資源。
李樹翀表示，互聯網正從容易進入的消費領域開始向傳統產業滲透。傳統產業和互聯網互相抱團取暖成為趨勢。他表示，目前互聯網仍主要是通過搭建平臺與企業合作，實現互聯網和傳統產業的融合。但相同產品在不同平臺間會有價格、服務等方面的比較和競爭。因此，傳統企業首先要立足創新提升自己的競爭力，并積極利用互聯網來提升品牌宣傳、渠道建設、營銷管理等方面的效率。
工業互聯網帶來的機遇
工業互聯網需要技術不斷的創新，首先需要解決傳感器及全面互聯問題。不斷加大對傳感器及全面互聯技術的研發投入，必將大力推動工業互聯網的全面發展。現代信息技術離不開傳感器技術，我們每天的生活和工作也離不開傳感器。當我們走進現代化氣息濃厚的辦公大樓，自動門會自動打開；當我們回到家，樓道里的照明會自動點亮；當我們使用手機的時候，各種距離傳感器、震動傳感器、方向傳感器都為我們帶來了無數的便捷。所以說傳感器是新技術革命和信息社會的重要技術基礎，是現代科技的開路先鋒。
適合于工業互聯網的傳感器技術更強調如下幾個方面：
1、價格低廉，只有更低的價格才能獲得更廣泛的應用。例如條形碼技術，是隨著計算機與信息技術的發展和應用而誕生的，它是集編碼、印刷、識別、數據采集和處理于一身的新型技術。咱們所熟知的商品條形碼，最早是由名叫約翰·科芒德（John Kermode） 的性情古怪的發明家發明的，他異想天開地想對郵政單據實現自動分檢。但是當第一個系統進入市場后，包括打印和識讀設備在內的全套設備大約要5000美元。此后不久，隨著LED（發光二極管）、微處理器和激光二極管的不斷發展，迎來了新的標識符號（象征學）和其應用的大爆炸，人們稱之為“條碼工業”。今天很少能找到沒有直接接觸過即快又準的條形碼技術的公司或個人。由于在這一領域的技術進步與發展非常迅速，并且每天都有越來越多的應用領域被開發，各種類型的條形碼也不斷涌現，使我們每一個人的生活都變得更加輕松和方便。為了更方便的購物、結賬，我們發明了電子標簽，隨著電子技術的不斷發展，電子標簽的成本逐漸下降，今后可能會取代條形碼技術成為人們生活中的重要組成部分。
工業互聯網需要更多的傳感器能夠在更低的價格下發揮更大的作用，所以如何通過更先進的技術、工藝、材料降低傳感器的成本將成為今后的一個發展方向。
2、傳感器微型化，為了能夠了解更多的信息，需要在機器、設備中植入更多種類的傳感器，這時候需要我們不斷的減小傳感器的體積、微型化。微型化是建立在微電子機械系統(MEMS)技術基礎上的，MEMS的發展，把傳感器的微型化、智能化、多功能化和可靠性水平提高到了新的高度。在微電子技術基礎上，內置微處理器，或者把微傳感器和微處理器及相關集成電路等封裝在一起。
除MEMS外，新型傳感器的發展還有賴于新型敏感材料、敏感元件和納米技術，傳感器材料是傳感器技術的重要基礎,是傳感器技術升級的重要支撐。隨著材料科學的進步,傳感器技術日臻成熟,其種類越來越多，除了早期使用的半導體材料、陶瓷材料以外, 涌現了一批如新一代光纖傳感器、超導傳感器、焦平面陳列紅外探測器、生物傳感器、納米傳感器、新型量子傳感器、微型陀螺、網絡化傳感器、智能傳感器、模糊傳感器等多功能傳感器。例如,在敏感材料中,陶瓷材料、有機材料發展很快,可采用不同的配方混合原料,在精密調配化學成分的基礎上,經過高精度成型燒結,得到對某一種或某幾種氣體具有識別功能的敏感材料,用于制成新型氣體傳感器。此外,高分子有機敏感材料,是近幾年人們極為關注的具有應用潛力的新型敏感材料,可制成熱敏、光敏、氣敏、濕敏、力敏、離子敏和生物敏等傳感器。傳感器技術的不斷發展,也促進了更新型材料的開發,如納米材料等。美國NRC公司已開發出納米ZrO2氣體傳感器,控制機動車輛尾氣的排放,對凈化環境效果很好,應用前景比較廣闊。由于采用納米材料制作的傳感器,具有龐大的界面,能提供大量的氣體通道,而且導通電阻很小,有利于傳感器向微型化發展，隨著科學技術的不斷進步將有更多的新型材料誕生。
3、傳感器網絡化，現在的很多傳感器需要依賴所附著的設備進行網絡連接，這樣就大大限制了傳感器采集信號的可用性。隨著傳感器技術及無線網絡技術的進步一融合，無線傳感器將有著十分廣泛的應用前景。它不僅在工業、農業、軍事、環境、醫療等傳統領域有具有巨大的運用價值，在未來還將在許多新興領域體現其優越性，如家用、保健、交通等領域。我們可以大膽的預見，將來無線傳感器網絡將無處不在，將完全融入我們的生活。比如微型傳感器網可以將家用電器、個人電腦和其他日常用品同互聯網相連，實現遠距離跟蹤，家庭采用無線傳感器網絡負責安全調控、節電等。無線傳感器網絡將是未來的一個無孔不入的十分龐大的網絡，其應用可以涉及到人類日常生活和社會生產活動的所有領域，需要各種技術支撐。。但是，我們還應該清楚的認識到，無線傳感器網絡才剛剛開始發展，它的技術、應用都還還遠談不上成熟，國內企業應該抓住商機，加大投入力度，推動整個行業的發展。
今后，隨著CAD技術、MEMS技術、信息理論及數據分析算法的繼續向前發展，未來的傳感器系統必將向著微型化、智能化、多功能化和網絡化的方向發展。在各種新興科學技術呈輻射狀廣泛滲透的當今社會，作為現代科學“耳目”的傳感器系統，作為人們快速獲取、分析和利用有效信息的基礎，必將進一步得到社會各界的普遍關注。
工業互聯網的發展也離不開更加廣泛的互聯技術，除了傳感器的網絡化之外，構建各種機器、設備的廣泛互聯也是推動工業互聯網進一步發展的重要環節。上一波互聯網浪潮中，互聯網在全球連接起數十億人，同時也造就了Google、亞馬遜這樣的互聯網巨頭。全球70億人，平均每個人至少對應有十個機器，包括裝置、儀器和車輛，如果把機器連接起來的話，全球完全有可能有700億個機器接入。可以想象，未來將會出現比消費互聯網更龐大的工業互聯網生態系統。
在不遠的未來，預計會有一個開放的、全球的網絡組織，高度智能的機器通過這個組織和人類連接、通訊、協作。工業互聯網并不代表一個要由機器來運作的世界，而是要把世界最先進的科技整合起來，解決我們最大挑戰，使用經濟綠色可持續的能源，治愈曾經的不治之癥，讓我們的基礎設施和城市為未來一百年做好準備。
如何面對工業互聯網時代廣泛互聯的要求，成為今后網絡互聯的熱點話題。同時我們也看到網絡也在不斷的進步和發展，也有利于我們更廣泛的把各種設備連接起來。互聯技術的發展特點包括：
(1) 低功耗: 隨著用于互聯的設備或者模塊的小型化以及工藝更加先進，互聯標準的進步，傳輸同樣的數據所需要的功耗約來越低。在設備或者機器的生命周期內，都可以進行網絡互聯而不需要進行電池更換。
(2) 低成本： 隨著工藝的進步、新材料的研制以及規模效應的顯現，網絡互聯的成本已經不能成為阻礙工業互聯的關鍵問題。
(3) 時延短: 隨著網絡帶寬不斷增加，各種新的通信協議的推出，通信時延已經進入到毫秒甚至微妙級別，因此更加適用于對時延要求苛刻的工業控制場合。
(4) 網絡容量大：隨著IP技術的進步，以及IPv6不斷應用，今后將可以做到任意設備都可以接入網絡，不會存在地址空間不足的問題。
(5) 可靠:隨著網絡的進一步普及，網絡將發展成為類似于神經網絡的連接方式，通路的冗余度將大大提高，避免沖突和競爭。
(6) 安全：網絡安全性將大幅提高，網絡互聯將更加可信。
工業互聯網的到來，為我們提供了更多的機遇，傳感器及網絡技術僅僅是里面的兩個主要環節和關鍵技術。圍繞著工業互聯網的周邊，我們可以看到有更多的技術和產品有待于發展。今后，我們可以為每個工業設備打上節點的標識、安裝傳感器、將設備的運轉情況信息化，甚至可以對設備的關鍵組件進行狀態跟蹤，再對生產與制造環境進行監控收集。通過工業互聯網將這些來自于數萬，甚至是成百上千萬傳感器發出的信息匯總，然后基于大數據平臺，根據相應的指標、規則予以過濾、分析，為我們的社會創造出更大的價值。
工業互聯網面臨的挑戰
工業互聯網面臨兩方面的挑戰，首先是更高效的分析支撐技術，保證各種互聯技術能夠被解釋，能夠及時發揮作用，而不是成為僅僅存放在那里。其次是制定統一的標準，讓各種設備之間的協議統一，數據格式統一，只有在統一的標準之下，才能夠更為快速地推廣，產生效益。
工業互聯網面對的將是海量的數據，需要更高效的分析技術，才能夠充分發揮作用。對于一家商業零售公司來說，能夠發現消費者數據之間的關聯就已經足夠，例如，著名的啤酒尿布理論。在這種初級應用中，目前標準的機器學習算法就能夠勝任。但是對于復雜的物理系統來說，數據模型還需要能夠解釋關聯背后的原因。
面對海量數據，基礎架構需要選擇大數據作為平臺支撐，利用分布式分析的優勢，能夠在短時間內對獲取的數據進行分析和處理，從而在用戶可接受的時間范圍內給出相應。這種處理機制在目前的數據量下是沒有問題的，但是隨著工業互聯網應用的不斷推廣，數據向ZB規模發展，大數據平臺是否依然能夠發揮效果，可能會打上問號。
但是我們相信大數據技術也是不斷進步的，面對工業互聯網不斷涌現的海量數據，我們可以不斷的在算法、架構等方面進行調整，從而適應更大量數據的分析需求。
同時，我們也看到，隨著機器種類的不斷增多、互聯的方式也多種多樣，如何讓這些數據不僅能夠互聯，也能互通？所以，需要在工業互聯網剛剛發展的前期進行相應標準的制定。
在發展的前期，更多的是不同廠商之間各自標準的百家爭鳴，這其中，商業利益與行業標準間如何平衡就顯得尤為重要，也是不小的挑戰。就像互聯網標準促進互聯網的普及和發展一樣，未來工業互聯網的標準也同樣重要。而標準化意味著需要更多的企業參與其中，求同存異，制定一個開放的標準。但目前的現狀是，無論是在中國、歐洲還是美國都存有不同的標準，這對于工業互聯網的進一步普及和發展無疑是不利的。（來源： OFweek 工控網）
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