工业互联网时代机遇和挑战分析

导读： 有了互联网，全球数以百万计的各种工业设备将实现突破性的互联和互通，这种互联互通不仅仅是形式上的，在更高的层次上，得益于不断进步的数据挖掘技术，工业设备之间的数据得到了广泛的利用。

OFweek工控网讯：互联网如今对于这个时代的人们来说，早已经不再陌生，几乎每个人、每个企业在日常生活与经营中都离不开它。它已经成为人类生活和企业经营的一个基础环境与平台。在十几年前，我们似乎生活在一个各自独立的世界，通过书信与其他人沟通，通过纸质的媒体、定向通信的电视了解国内外大事，大多数企业也更多的是靠电话、传真等传统的通信手段支撑起自身的业务往来。但是在今天，如果你愿意，你可以让互联网上人任何人通过智能手机、平板电脑或传统PC找到你，企业借助互联网可以足不出户完成跨洋的生意。

其实互联网在诞生的最初，是方便身处不同地方的人共享信息，但是技术的发展与理念的进步，让互联网蔓延至更多的领域，并在此基础上衍生出丰富的功能。它就 像电一样，起初只是用来点亮灯泡，而后又成为工业变革的决定性力量。互联网的进化也是如此，当相关的通信技术不断成熟之后，它的“胃口”也越来越大，将我们身边越来越多的事物关联在了一起。现在，我们可以通过智能手机找到附近心仪的餐厅，直接在附近的电影院里选择座位购买影票，可以直接向电商下订单，可以方便完成从机票到住宿一整套的旅行规划。企业们也是如此，借助互联网的演进，不断转型，将自己的业务向客户不断靠拢–当我们在手机上下单时，企业的经营模式与商业理念也正在紧跟其后，IT支撑环境也借助于互联网，向云计算时代迈进。

籍由互联的理念，当互联网向上不断的将人与企业互联在一起时，其向下与基础工业设施的结合也必然发生。因为新的风景，工业互联网就是其中之一。相关技术的进步，正在不断降低互联的门槛，而当这一门槛降到某一临界点时，就如水库开闸一样，互联之水也将迅速扩散开来，并由此出现

其实，深究互联网的本质，无非是三个要素：1、互联节点与标识；2、节点信息的生成与获取；3、互联节点间信息的传输。所谓的互联节点就是一个信息产生、接受或发送点，在常说的互联网中，每个人、企业其实都是一个互联的节点，而节点的标识就是可识别的唯一身份标志，每个人的信箱帐号、电商帐号、QQ号、微信号、手机号都是一种唯一的标签，它是能让其他节点与你互联的重要前提。节点产生的信息，可能是一段字符、一段话音或是一段视频，当然这之前需要相关设备的辅助，比如录音机、录像机等。而如果要与其他节点相互通，则就需要互联信息的传输通道，是LAN，还是WAN，还是3G/4G网络？这是你与其他节点产生互动的通道基础。所以，从理论上讲，只要具备上述三个条件就可以纳入互联网，从而为诞生一种新的应用或商业模式提供了可能。

工业互联网即是如此，其实它并非一个全新的概念，已经有几年的历史。从某种角度上讲它是“物联网”在工业领域的一个分支，而物联网就是针对非人非企业，而是各种各样“物体”的互联网，并可有针对性的与人和企业的互联网产业互动。打个比方，当初人们谈到物联网时，大多会说起“冰箱自动下单”的设计，冰箱可以通过产品包装上的条型码或二维码等标识来感知这一产品的存量（此时，冰箱就相当于一个节点，通过条码扫描设备获取了产品信息），当存量低于设定值之后（比如没有牛奶了），就会通过互联网向相关的企业下单购买，从而在没有人的干预下，完成了一个自动补充相关物品的操作。工业互联网，顾名思义就是将工业系统中的各种设备、功能组件有机的互联起来，让每台工业机器成为一个节点，将它们各自的相关信息，通过相应的通信传送手段互通，从而形成了一个特殊的互联网。

工业互联网来临了

工业互联网通过智能的机器加上分析的功能，通过互联网移动的方式给生产力带来革命性的提高。有了互联网，全球数以百万计的各种工业设备将实现突破性的互联和互通，这种互联互通不仅仅是形式上的，在更高的层次上，得益于不断进步的数据挖掘技术，工业设备之间的数据得到了广泛的利用。这些工业设备包括数万种复杂机械的集群，从发电的电厂到运输的飞机。也包括上千种复杂的机器网络，从供电网到铁路系统，这些网络把机器和它们的集群联系起来。

工业互联网整合了工业革命和网络革命的优势，将两者有机的结合在一起。伴随着互相的发展，两者之间快速融合，并且以智能机器和高级分析这两个全新的角度体现了工业互联网的特点。

智能机器体现了现有的设备通过更先进的方式，例如通过Zigbee等互联协议使得更多的设备可以连接成为一个更为广泛的互联网络，设备之间可以不受某条链路失效的影响继续进行互联互通。这样设备之间的连接更加趋近于神经网络，连接不仅更加复杂，也更加多样化。

高级分析技术在大数据技术基础之上融合了更多的机器算法，包括各种分析算法、预测算法、语义分析等多种算法来分析智能机器之间的数据通信。随着技术的进步，这种方式将为企业提供新的机遇。传统的分析方法是基于历史数据收集技术，这种方式通常将数据、分析和决策分隔开来。随着系统监控和信息技术成本的下降，工作效率大大提高，实时数据处理的规模得以大大提升。这些高频率的实时数据为系统操作提供全新视野，高级分析技术则为分析流程开辟新维度。通过各种物理连接方式、行业特定领域的专业知识、信息流的自动化与预测能力相互结合可与现有的整套“大数据”工具联手合作。最终，工业互联网将涵盖传统方式与新的混合方式，通过先进的特定行业分析，充分利用历史与实时数据。

工业互联网随着智能机器和高级分析技术的不断融合趋于成熟，目前来看在很多领域已经开始发挥作用。目前工业互联网可以帮助医疗、航空、能源、水处理和石油天然气行业的客户提升生产率和运营效率。

除了在上面提到的工业互联网在医疗系统的应用之外，也可以在每个人的身边发挥作用。例如可以实现冰箱自动下单，冰箱可以通过产品包装上的条型码或二维码等标识来感知这一产品的存量（此时，冰箱就相当于一个机器节点，通过条码扫描设备获取了产品信息），当存量低于设定值之后（比如没有牛奶了），就会通过互联网向相关的企业下单购买，从而在没有人的干预下，完成了一个自动补充相关物品的操作。这样，为用户带来的体验是更进一步的，而传统的方式可能是冰箱通知用户没有牛奶，但是购买牛奶的行为还是由用户自己完成。现在变成了冰箱（机器）与企业（牛奶企业）之间直接联系，工业系统中的各种设备、功能组件有机的互联起来，让每台工业机器成为一个节点，将它们各自的相关信息，通过相应的通信传送手段互通，从而形成了一个特殊的互联网。

大数据带来的契机

GE此次的高调加盟Pivotal，让工业互联网以一种新的形象重回我们的视野，并进一步加强了我们对其的认知。相比几年前所提出的工业互联网的愿景，GE的设想明显更为靠谱–因为有了大数据。

毫无疑问，当信息标识技术、传感器技术、识别技术、通信技术越来越普及，相应的技术装置越来越廉价时，为工业互联网的辅设提供了技术实现与成本保障，这是工业互联网可以部署的一大前提。但当我们部署成了千上万个工业设备传感器之后，工业互联网的价值体现在哪里？则是一个大大的问号，而当工业互联网与大数据结合在一起，将发挥出工业互联网巨大的潜能，也让这一问号开始消散。

从根本上讲，工业互联网的发展离不开大数据技术的成熟与进步，为什么这说呢？因为没有大数据，工业互联网将一事无成。

大数据现在已经是比云计算更为火热的话题，如果说云计算更多的是面向IT基础架构，那么大数据则更多的与企业经营与决策息息相关了，它将成为企业的一个基准能力，为企业在产品设计、客户关系管理、市场营销、供应链管理等方面的决策提供数据支撑。所以不光是IT产业，几乎所有的行业都在关注大数据，因为它虽源于IT，但影响力已远在IT之外了。就通常意义上的互联网应用来说，大数据的功效就已迅速崭露，企业可以通过分析与之互联的用户行为，来分析出他们的喜好，对产品的评价，一方面可以制定未来的产品战略、改进产品的设计，一方面又可以更有的放矢地，根据用户的喜好推送他们可能感兴趣的产品、信息或服务。有关这方面话题不胜枚举，我只想说的是，大数据是对信息二次利用的手段，它可以对互联网中的指定信息进行归纳总结，形成某种规律性的认识，最终提炼为对企业和个人有用的新信息，帮助他们进行更好的决策。

以此类推，大数据与工业互联网相结合，也将出现同等的效果。我们可以为每个工业设备打上节点的标识、安装传感器、将设备的运转情况信息化，甚至可以对设备的关键组件进行状态跟踪，再对生产与制造环境进行监控收集。通过工业互联网将这些来自于数万，甚至是成百上千万传感器发出的信息汇总，然后基于大数据平台，根据相应的指标、规则予以过滤、分析，就会找到很多有益的信息。比如设备自身的健康情况、产品加工精度、产品加工难点、生产环境异常、产品的辅助质检等等，配合设备上相应的致动器（也是工业互联网中的一部分），更可以根据上述分析的结果，对相关的设备进行自动调整，然后再次跟踪调整后的数据……周而复始，最终使设备、产品一直保持在高品质状态。

当前很多制造商，也在专注于如何消灭他们产品的瑕疵，监管部门希望能收集更多的数据，来追踪安全问题。显然，工业互联网可以满足上述要求，并会促进新的工业服务的发展，将整体的工业水平带到一个新的台阶。

工业互联网前景广阔

目前中国的工业互联网还处于起步阶段，深度和广度有限，但中国作为仅次于美国的第二大互联网产业强国，工业互联网发展前景广阔。

“互联网与传统产业的融合是大势所趋。”李树翀表示，互联网能大大提升工业的信息交互效率，互联网应用是工业和产业领域发展的必然趋势。

互联网应用在许多传统企业收到了良好的效果。“传统产业要积极利用互联网加快转型升级，强化原来的优势并拓展领域。”中化蓝天集团有限公司副总经理王水耀介绍说。

产业互联网在中国经济转型过程中改变的已不仅仅是产业销售体系，还包括整个生产体系、流通体系、融资体系、交付体系。传统产业通过互联网技术整合产业链上下游资源，在原材料、装备制造、军工等重点领域开展试点工程，加快生产流程的创新，发挥“信息流”的作用，在研发、设计、生产、销售、服务等环节促进网络与信息技术发展。

“传统企业与互联网融合要量力而行，根据自身水平制定一套适合自己的互联网方案。”李树翀表示，线上入口的成本逐渐增高，并对传统渠道产生较大冲击，传统企业要做好取舍和平衡。

王水耀表示，企业开展电子商务将面对打乱原有渠道的状况，企业内部形成左右手的博弈。同时，互联网又存在投入产出的不确定性，这都是传统企业与互联网深入融合时要考虑的问题。

王水耀介绍说，例如中化蓝天旗下的英特药谷，将原来线下交易转移到线上，最多一天有1万张单子，这是原来人工交易不可能完成的。中药处方的后期服务更有特色。“医生开完处方直接到了中化蓝天旗下英特药业的生产车间，煎完药以后再送到客户的手上。这也是一种O2O。”王水耀说。

互联网应用为许多传统产业带来了巨大的成功。“同质化产品应用了互联网手段会在同类产品中脱颖而出，但要真正战胜所有对手，自身优质的产品仍是根本。”李树翀说，互联网思维覆盖不到具备产业核心竞争力的资源。

李树翀表示，互联网正从容易进入的消费领域开始向传统产业渗透。传统产业和互联网互相抱团取暖成为趋势。他表示，目前互联网仍主要是通过搭建平台与企业合作，实现互联网和传统产业的融合。但相同产品在不同平台间会有价格、服务等方面的比较和竞争。因此，传统企业首先要立足创新提升自己的竞争力，并积极利用互联网来提升品牌宣传、渠道建设、营销管理等方面的效率。

工业互联网带来的机遇

工业互联网需要技术不断的创新，首先需要解决传感器及全面互联问题。不断加大对传感器及全面互联技术的研发投入，必将大力推动工业互联网的全面发展。现代信息技术离不开传感器技术，我们每天的生活和工作也离不开传感器。当我们走进现代化气息浓厚的办公大楼，自动门会自动打开；当我们回到家，楼道里的照明会自动点亮；当我们使用手机的时候，各种距离传感器、震动传感器、方向传感器都为我们带来了无数的便捷。所以说传感器是新技术革命和信息社会的重要技术基础，是现代科技的开路先锋。

适合于工业互联网的传感器技术更强调如下几个方面：

1、价格低廉，只有更低的价格才能获得更广泛的应用。例如条形码技术，是随着计算机与信息技术的发展和应用而诞生的，它是集编码、印刷、识别、数据采集和处理于一身的新型技术。咱们所熟知的商品条形码，最早是由名叫约翰·科芒德（John Kermode） 的性情古怪的发明家发明的，他异想天开地想对邮政单据实现自动分检。但是当第一个系统进入市场后，包括打印和识读设备在内的全套设备大约要5000美元。此后不久，随着LED（发光二极管）、微处理器和激光二极管的不断发展，迎来了新的标识符号（象征学）和其应用的大爆炸，人们称之为“条码工业”。今天很少能找到没有直接接触过即快又准的条形码技术的公司或个人。由于在这一领域的技术进步与发展非常迅速，并且每天都有越来越多的应用领域被开发，各种类型的条形码也不断涌现，使我们每一个人的生活都变得更加轻松和方便。为了更方便的购物、结账，我们发明了电子标签，随着电子技术的不断发展，电子标签的成本逐渐下降，今后可能会取代条形码技术成为人们生活中的重要组成部分。

工业互联网需要更多的传感器能够在更低的价格下发挥更大的作用，所以如何通过更先进的技术、工艺、材料降低传感器的成本将成为今后的一个发展方向。

2、传感器微型化，为了能够了解更多的信息，需要在机器、设备中植入更多种类的传感器，这时候需要我们不断的减小传感器的体积、微型化。微型化是建立在微电子机械系统(MEMS)技术基础上的，MEMS的发展，把传感器的微型化、智能化、多功能化和可靠性水平提高到了新的高度。在微电子技术基础上，内置微处理器，或者把微传感器和微处理器及相关集成电路等封装在一起。

除MEMS外，新型传感器的发展还有赖于新型敏感材料、敏感元件和纳米技术，传感器材料是传感器技术的重要基础,是传感器技术升级的重要支撑。随着材料科学的进步,传感器技术日臻成熟,其种类越来越多，除了早期使用的半导体材料、陶瓷材料以外, 涌现了一批如新一代光纤传感器、超导传感器、焦平面陈列红外探测器、生物传感器、纳米传感器、新型量子传感器、微型陀螺、网络化传感器、智能传感器、模糊传感器等多功能传感器。例如,在敏感材料中,陶瓷材料、有机材料发展很快,可采用不同的配方混合原料,在精密调配化学成分的基础上,经过高精度成型烧结,得到对某一种或某几种气体具有识别功能的敏感材料,用于制成新型气体传感器。此外,高分子有机敏感材料,是近几年人们极为关注的具有应用潜力的新型敏感材料,可制成热敏、光敏、气敏、湿敏、力敏、离子敏和生物敏等传感器。传感器技术的不断发展,也促进了更新型材料的开发,如纳米材料等。美国NRC公司已开发出纳米ZrO2气体传感器,控制机动车辆尾气的排放,对净化环境效果很好,应用前景比较广阔。由于采用纳米材料制作的传感器,具有庞大的界面,能提供大量的气体通道,而且导通电阻很小,有利于传感器向微型化发展，随着科学技术的不断进步将有更多的新型材料诞生。

3、传感器网络化，现在的很多传感器需要依赖所附着的设备进行网络连接，这样就大大限制了传感器采集信号的可用性。随着传感器技术及无线网络技术的进步一融合，无线传感器将有着十分广泛的应用前景。它不仅在工业、农业、军事、环境、医疗等传统领域有具有巨大的运用价值，在未来还将在许多新兴领域体现其优越性，如家用、保健、交通等领域。我们可以大胆的预见，将来无线传感器网络将无处不在，将完全融入我们的生活。比如微型传感器网可以将家用电器、个人电脑和其他日常用品同互联网相连，实现远距离跟踪，家庭采用无线传感器网络负责安全调控、节电等。无线传感器网络将是未来的一个无孔不入的十分庞大的网络，其应用可以涉及到人类日常生活和社会生产活动的所有领域，需要各种技术支撑。。但是，我们还应该清楚的认识到，无线传感器网络才刚刚开始发展，它的技术、应用都还还远谈不上成熟，国内企业应该抓住商机，加大投入力度，推动整个行业的发展。

今后，随着CAD技术、MEMS技术、信息理论及数据分析算法的继续向前发展，未来的传感器系统必将向着微型化、智能化、多功能化和网络化的方向发展。在各种新兴科学技术呈辐射状广泛渗透的当今社会，作为现代科学“耳目”的传感器系统，作为人们快速获取、分析和利用有效信息的基础，必将进一步得到社会各界的普遍关注。

工业互联网的发展也离不开更加广泛的互联技术，除了传感器的网络化之外，构建各种机器、设备的广泛互联也是推动工业互联网进一步发展的重要环节。上一波互联网浪潮中，互联网在全球连接起数十亿人，同时也造就了Google、亚马逊这样的互联网巨头。全球70亿人，平均每个人至少对应有十个机器，包括装置、仪器和车辆，如果把机器连接起来的话，全球完全有可能有700亿个机器接入。可以想象，未来将会出现比消费互联网更庞大的工业互联网生态系统。

在不远的未来，预计会有一个开放的、全球的网络组织，高度智能的机器通过这个组织和人类连接、通讯、协作。工业互联网并不代表一个要由机器来运作的世界，而是要把世界最先进的科技整合起来，解决我们最大挑战，使用经济绿色可持续的能源，治愈曾经的不治之症，让我们的基础设施和城市为未来一百年做好准备。

如何面对工业互联网时代广泛互联的要求，成为今后网络互联的热点话题。同时我们也看到网络也在不断的进步和发展，也有利于我们更广泛的把各种设备连接起来。互联技术的发展特点包括：

(1) 低功耗: 随着用于互联的设备或者模块的小型化以及工艺更加先进，互联标准的进步，传输同样的数据所需要的功耗约来越低。在设备或者机器的生命周期内，都可以进行网络互联而不需要进行电池更换。

(2) 低成本： 随着工艺的进步、新材料的研制以及规模效应的显现，网络互联的成本已经不能成为阻碍工业互联的关键问题。

(3) 时延短: 随着网络带宽不断增加，各种新的通信协议的推出，通信时延已经进入到毫秒甚至微妙级别，因此更加适用于对时延要求苛刻的工业控制场合。

(4) 网络容量大：随着IP技术的进步，以及IPv6不断应用，今后将可以做到任意设备都可以接入网络，不会存在地址空间不足的问题。

(5) 可靠:随着网络的进一步普及，网络将发展成为类似于神经网络的连接方式，通路的冗余度将大大提高，避免冲突和竞争。

(6) 安全：网络安全性将大幅提高，网络互联将更加可信。

工业互联网的到来，为我们提供了更多的机遇，传感器及网络技术仅仅是里面的两个主要环节和关键技术。围绕着工业互联网的周边，我们可以看到有更多的技术和产品有待于发展。今后，我们可以为每个工业设备打上节点的标识、安装传感器、将设备的运转情况信息化，甚至可以对设备的关键组件进行状态跟踪，再对生产与制造环境进行监控收集。通过工业互联网将这些来自于数万，甚至是成百上千万传感器发出的信息汇总，然后基于大数据平台，根据相应的指标、规则予以过滤、分析，为我们的社会创造出更大的价值。

工业互联网面临的挑战

工业互联网面临两方面的挑战，首先是更高效的分析支撑技术，保证各种互联技术能够被解释，能够及时发挥作用，而不是成为仅仅存放在那里。其次是制定统一的标准，让各种设备之间的协议统一，数据格式统一，只有在统一的标准之下，才能够更为快速地推广，产生效益。

工业互联网面对的将是海量的数据，需要更高效的分析技术，才能够充分发挥作用。对于一家商业零售公司来说，能够发现消费者数据之间的关联就已经足够，例如，著名的啤酒尿布理论。在这种初级应用中，目前标准的机器学习算法就能够胜任。但是对于复杂的物理系统来说，数据模型还需要能够解释关联背后的原因。

面对海量数据，基础架构需要选择大数据作为平台支撑，利用分布式分析的优势，能够在短时间内对获取的数据进行分析和处理，从而在用户可接受的时间范围内给出相应。这种处理机制在目前的数据量下是没有问题的，但是随着工业互联网应用的不断推广，数据向ZB规模发展，大数据平台是否依然能够发挥效果，可能会打上问号。

但是我们相信大数据技术也是不断进步的，面对工业互联网不断涌现的海量数据，我们可以不断的在算法、架构等方面进行调整，从而适应更大量数据的分析需求。

同时，我们也看到，随着机器种类的不断增多、互联的方式也多种多样，如何让这些数据不仅能够互联，也能互通？所以，需要在工业互联网刚刚发展的前期进行相应标准的制定。

在发展的前期，更多的是不同厂商之间各自标准的百家争鸣，这其中，商业利益与行业标准间如何平衡就显得尤为重要，也是不小的挑战。就像互联网标准促进互联网的普及和发展一样，未来工业互联网的标准也同样重要。而标准化意味着需要更多的企业参与其中，求同存异，制定一个开放的标准。但目前的现状是，无论是在中国、欧洲还是美国都存有不同的标准，这对于工业互联网的进一步普及和发展无疑是不利的。

 

OFweek 工控网 2016.4.23