工业互联网突破智慧和机器的界限(全稿).pdf

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1、I 工业互联网:突破智慧和机器的界限 (全稿) 译自：2012 年 11 月【美国】GE 编译：工业和信息化部国际经济技术合作中心 II 目目 录录 一、摘要 . 1 后继浪潮 . 1 工业互联网潜力的冰山一角 . 3 1%增长意义非凡 . 3 惠及全球 . 4 推动力与催化剂 . 5 二、创新和生产力：接下来呢？ . 5 三、创新与变革浪潮 . 8 第一次浪潮：工业革命 . 8 第二次浪潮：互联网革命 . 10 第三次浪潮：工业互联网 . 12 智能设备 . 12 智能系统 . 15 智能决策 . 16 要素整合 . 17 四、机遇有多大？三大视角 . 18 经济视角 . 18 能耗视角 .

2、 20 将燃料转化为电力 . 22 实物资产的视角 . 23 商用喷气飞机 . 24 III 联合循环电站 . 25 机车 . 26 炼油厂 . 27 卫生保健 . 28 五、工业互联网的益处 . 28 对工业行业的益处：1%的力量 . 30 商业航空业 . 30 铁路运输 . 33 发电 . 34 石油和天然气的开发与交付 . 36 医疗保健 . 38 经济收益：下一个生产力繁荣期 . 41 生产力增长的停滞期 . 43 互联网革命 . 43 质疑再度出现 . 46 工业互联网将带来新一轮的生产力革命 . 47 差异所带来的改变 . 48 工业互联网与高端制造业 . 51 对全球经济所产生的

3、影响 . 52 商业活动和商业环境的角色 . 53 六、推动力、催化剂和条件 . 55 创新 . 55 IV 基础设施 . 56 网络安全管理 . 57 人才开发 . 59 七、结论 . 61 1 一、摘要 创新将显著提高航空、铁路运输、发电、石油与天然气开发及保 健服务等不同行业的发展速度和效率，推动世界经济增长，为全球创 造更多更好的就业机会，不断提高人们的生活水平。在美国与中国如 此，在非洲的大城市及哈萨克斯坦的农村地区亦是如此。 随着医疗服务水平的不断提高，成本日益浓缩，大量燃料与能源 得以节省，实物资产性能提升和使用寿命拉长，工业互联网将进一步 提高效率，促进生产力发展。生产力提升就

4、意味着收入和生活水平的 改善。 在美国， 如果工业互联网推动生产率每年增长 1-1.5 个百分点， 使生产率再一次达到网络革命巅峰水平，在接下来的 20 年里，平均 收入水平将提高 25-40%。若其他各国生产力增长水平能维持在美国 的一半，工业互联网将为全球 GDP 创造 1015 万亿美元价值，这相 当于美国今天的经济总量。在当今充满挑战的经济环境下，确保部分 生产率增长能给个体与整体经济带来巨大裨益。 后继浪潮后继浪潮 这能实现吗？工业互联网将整合两大革命性转变之优势： 其一是 工业革命，伴随着工业革命，出现了无数台机器、设备、机组和工作 站；其二则是更为强大的网络革命，在其影响之下，计

5、算、信息与通 讯系统应运而生并不断发展。 伴随着这样的发展，三种元素逐渐融合三种元素逐渐融合，充分体现出工业互联网 之精髓： 2 智能机器：智能机器：以崭新的方法将现实世界中的机器、设备、团队和网 络通过先进的传感器、控制器和软件应用程序连接起来。 高级分析：高级分析：使用基于物理的分析法、预测算法、自动化和材料科 学， 电气工程及其他关键学科的深厚专业知识来理解机器与大型系统 的运作方式。 工作人员：工作人员： 建立员工之间的实时连接， 连接各种工作场所的人员， 以支持更为智能的设计、操作、维护以及高质量的服务与安全保障。 图 1 工业互联网的关键元素 将这些元素融合起来，将为企业与经济体提

6、供新的机遇。例如， 传统的统计方法采用历史数据收集技术，这种方式通常将数据、分析 和决策分隔开来。伴随着先进的系统监控和信息技术成本的下降，工 作能力大大提高，实时数据处理的规模得以大大提升，高频率的实时 数据为系统操作提供全新视野。机器分析则为分析流程开辟新维度， 各种物理方式之结合、行业特定领域的专业知识、信息流的自动化与 3 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。 工业互联网潜力的冰山一角工业互联网潜力的冰山一角 在最初阶段，工业互联网为各种各样的机器(从简单的到极为复 杂

7、的机器)嵌入传感器与其他高级设备，这方便了海量数据的收集与 分析，从而改善机器性能与系统及连接网络的效率。数据本身甚至也 会变得“智能化” ，能够迅速掌握目标用户位置，仅在航空业就蕴藏 着无限潜力。据估算，目前有 2 万架商用飞机，它们配备有 4.3 万台 喷气发动机。 每台喷气发动机由诸多旋转设备组成。针对这些旋转设备，人们 可以进行单独监控。若“智能飞机”能与机组人员交流互动，那么发 动机维护、燃料消耗、机组人员分配与调度的效率提升将超乎想象。 所有这些仍仅是基于当下数据。在未来 15 年中，随着航空服务不断 扩展，陆续将有 3 万台喷气发动机投入使用。同样，火车头、联合循 环发电厂、能源

8、加工厂、工业设施与其他关键设备也颇具潜力。总的 来说，今天全球工业基地拥有超过 300 万台旋转设备，而这仅仅是工 业互联网潜力的冰山一角。 1%1%增长意义非凡增长意义非凡 机器与智能分析相互结合将带来诸多裨益。我们预计，工业互联 网的技术创新将直接应用于各行各业，并产生 32.3 万亿美元的经济 效益。 随着全球经济继续发展， 工业互联网的应用潜力也将不断增长。 4 到 2025 年，工业互联网将创造 82 万亿美元的经济价值(约为全球经 济总量的二分之一)。了解具体行业中工业互联网产生价值的保守估 算，具有一定的指导意义。工业互联网效率增长 1%，将产生巨大影 响。例如，在商用航空领域，

9、每节省 1%的燃料意味着将来 15 年中能 节省 300 亿美元支出。同样，若全球燃气电厂运作相率提升 1%，将 节省 660 亿美元能耗支出。此外，工业互联网能提高医疗保健流程效 率，有益于该行业的发展。医疗保健行业效率每增长一个百分点，将 节省 630 亿美元。世界铁路网交通运输效率，若提高一个百分点，将 节省 270 亿美元能源支出。 这些都还只是工业互联网潜力很小的一部 分。 惠及全球惠及全球 作为创新的关键源泉，美国是工业互联网技术的先锋。伴随全球 一体化不断深化， 技术转让迅速发展， 工业互联网的益处将惠及全球。 实际上，随着新兴市场大力投资基础设施，尽早采用并快速部署工业 5 互

10、联网技术将成为发展的强劲助推器。 新兴市场国家或许不需要沿袭 发达国家曾经走过的道路。例如，无线技术将替代电缆或有线技术； 私有、半公共或公共云系统将替代各个孤立系统。这一切都有助于弥 补发达国家与发展中国家生产力之间的鸿沟。在该进程中，工业互联 网将缓解资源与资金压力，令全球经济社会发展更具有可持续性。 推动力与催化剂推动力与催化剂 工业互联网需要应用的推动力和催化剂： 我们需要不懈努力推动技术创新， 同时加大投资配置必要的传感 器、测试设备与用户界面系统。投资将成为加速实现技术转化的基本 条件。工业互联网能在多大程度上提高效率，能带来多少便利将取决 于其发展步伐。部署工业互联网的成本将因行

11、业与地区而定。然而， 对该技术领域的投入，人们普遍认为其成本最终将获得正收益。 坚固的网络安全系统、管理脆弱环节、保护敏感信息与知识产权 的有效途径。 建立庞大的人才库，包括新型交叉人才，如机械与工业工程结合 形成新的“数字机械工程师” ，创建分析平台与算法的数据专家及软 件与网络安全专家。培训员工掌握相应技能，有助于确保创新，并创 造更多就业机会，促进生产力发展。工业互联网是一项需要投入人力 物力的工程，但它将彻底改变我们的工业发展与生活方式，促进人脑 与机器的互动与融合。 二、创新和生产力：接下来呢？ 6 在人类历史长河中，大部分时候，生产力增长让人难以察觉，人 们生活水平的提高也非常缓慢

12、。然而，大约 200 年前，人类在创新方 面迈出了一大步工业革命。从此，人和畜类的体力劳动被机械动 力替代。 工业革命进行了一波又一波， 给我们带来了蒸汽机、 内燃机， 继而是电报、电话和电。生产力水平得到大幅提高，经济实现快速增 长。1800 年前，西方经济体人均收入翻一番足足花了 800 年；而在 接下来的 150 年里，却增长了 13 倍。但到了 1970 年代，生产力领先 的美国，却开始止步不前。 依赖于信息存储、计算和通信技术的突破，计算机和全球互联网 兴起，于是人类在创新领域里迈出了第二步。其对于生产力的影响甚 至更为深远，但是，貌似才过了十年，到 2005 年左右，强劲势头就 消

13、退了。 一些人断言，故事就此结束。他们认为，过去的几波创新浪潮， 虽然极大促进了商业和经济的发展，但对于未来的生产率增长，却派 不上用场。他们认为，工业革命带来的转变是一次性的，效益都已经 实现；互联网革命也已失去作用，而且就创新普及的范围和对生产力 的提升效果，互联网革命比工业革命差远了。 我们将挑战这一观点。在本报告中，我们审视了新一波生产力水 平提高的潜在可能性。特别强调将工业革命的成果及其带来的机器、 机组和物理网络，与近期的互联网的成果智能设备、智能网络和 智能决策融合到一起。我们将此融合称作“工业互联网” 。有证据表 明， 范围广泛的新创新能给商业和全球经济带来巨大效益。 我们相信

14、， 7 怀疑论者过于草率地下了结论。与工业革命非常类似，互联网革命也 是动态地、一层层展开的，而现在正处于一个转折点。 工业互联网为何能在当今实现？有很多原因。 机器的性能还没有 完全发挥， 效率低下问题更加严重。 此问题并非出现在单个机器层面， 而是系统层面， 复杂程度之高让操作人员无法识别并减少低效率情况 的发生。 由于这些因素， 使用传统方法来寻求改善越来越困难。 但是， 它们却鞭策人们，利用基于互联网创新的方法来解决问题。计算、信 息和通讯系统支持广泛的仪表化、监控和分析，仪表价格大幅降低， 大范围配备和监控工业机器得以实现。运算能力稳步提高，已达到用 数码智能增强物理机器性能的程度。

15、远程数据存储、大数据集以及运 算巨量信息的更先进的分析工具，逐渐成熟，应用范围更加广阔。如 果把这些改变一起用于机器、机组和网络，那么令人兴奋的新机会就 会诞生。 仪器价格的急剧降低也受到了云计算的影响， 云计算使得我们收 集分析的信息量比以前更大，成本更低。价格下跌的趋势，会加速工 业互联网的发展。正如 1990 年代后半叶，此趋势激发了人们对信息 通讯技术(ICT)仪器的迅速采用。移动革命也将加速这种价格下跌趋 势，让信息资源的高效分享更加实惠，并实现了分散优化和个性化优 化。 远程监控工业设备、 分布式操作电源的实现， 就是最有力的证明。 要了解工业互联网的潜力， 关键要考虑到全球工业系

16、统的庞大规 模。现在有数百万的机器遍布世界，小到简单的电动机，大到卫生保 健中用到的高端计算机断层扫描仪(CT)。机组数以万计，从发电厂到 8 载人载物横跨世界的飞机，还有成千上万的复杂网络，从电网到铁路 系统，实现了机器与机组的配合运作。 工业互联网将有助于工业系统各层面更好的运转。 通过优化检查、 维护和修理过程，资产的可靠性得以提高。工业互联网还将改善运行 效率，无论是在机组层面，还是更大的网络层面。 工业互联网的产生条件已经成熟。早期证据表明，新一波的创新 已经来临。接下来，我们将向大家展示工业互联网将如何逐层展开的 框架， 并举了几个例子， 说明其为商业， 甚至全球经济体带来的利益。

17、 三、创新与变革浪潮 在过去的 200 年里，全球经历了数次的创新浪潮，成功的企业学 会以这些浪潮为导向来适应不断变化的环境。今天，我们处于有望改 变商业方式和全球工业机械互动的风口浪尖。 为了充分理解今天发生 的一切，弄明白我们是如何一步步走到今天，过去的所有革新是如何 为下一场革新“工业互联网”做准备的，非常有必要。 第一次浪潮：工业革命第一次浪潮：工业革命 9 图 2 工业互联网的发展 工业革命对社会、经济和世界文化产生了深远的影响。这是一场 从 1750 年到 1900 年，跨越了 150 年的漫长革新。在此期间，新技术 应用到制造业、能源生产业、交通运输业和农业后，确实在一段时间 内

18、迎来了经济增长和转型。随着蒸汽机的商业化，十八世纪中叶率先 在欧洲开始了第一阶段的工业革命， 之后传播到铁路业占据经济增长 主导地位的美国。第二阶段虽稍晚一点，但却来势汹汹，1870 年， 给我们带来内燃机，电力以及一系列实用机。 工业革命带来的深刻变革改变了我们的生活：运输业(从马车， 帆船到铁路， 轮船和卡车)； 通信业(电话和电报)， 在商贸中心(电力， 自来水，卫生和医疗)。它极大地改变了生活品质和卫生条件。 这个时期有几个主要特征， 它的特点是从纺织业到钢铁再到电力 生产不断跨越新产业的大型工业企业的崛起。 它创造了显著的规模经 济、降低了生产设备的成本、扩大了企业的规模，同时使产量

19、得到了 增加。它利用了集中控制下的分层结构的效率。全球化的专用厂房和 10 设备大幅增加。 这种创新开始被认为在中心实验室和研发中心的出现 下以一种系统的方式进行。无论大小企业，都努力进行创新以期在新 市场中获利。 尽管工业革命促进了社会进步和经济大发展， 但同样带来了负面 影响。全球经济体系变得更加高度资源密集型；资源开采和工业废物 对环境造成了严重的污染。此外，在这一时期，发生了自工业革命以 来的渐进式创新，企业开始专注于提高效率，减少浪费，改善工作环 境。 第二次浪潮：互联网革命第二次浪潮：互联网革命 20 世纪末，互联网革命改变了世界。互联网革命呈现的时间较 短，呈现了 50 年而非

20、150 年，但像工业革命一样，互联网革命也是 阶段性展开的。第一阶段始于 1950 年的大型主机电脑、软件和“数 据信息包”的发明，使计算机可以彼此沟通。这一阶段主要是政府资 助的计算机网络实验。在 20 世纪 70 年代，这些封闭的政府和私人网 络让位给了开放的网络，就是我们现在所称的“万维网” 。在互联网 发展的第一阶段，与同类的封闭型网络相比，开放的网络形式更加多 样化。 其中一个重要特征是， 明确制定了标准和协议， 允许不同用户、 不同位置、不兼容的机器相互连接和交流信息。 网络的开放性和灵活性是网络加速发展的关键因素。 互联网的发 展速度是惊人的。1981 年 8 月，当时只有不到

21、300 台电脑可以连接 到互联网。 15 年后， 这个数字已经上升到 1900 万， 而今则数以亿计。 信息传输的速度和数量大幅增长。1985 年，最好的调制解调器最快 11 的传输速度也只有 9.6 千比特每秒(Kbps)。相比之下，第一代苹果快 了将近 400 倍，能够提供 3.6 兆比特每秒(Mbps)信息传输速度。 速度和数量的结合，并通过压低成本的商业交易和社会互动，为 商业和社会交换创造了强大的新平台。 企业从只进行实体销售到通过 网络进行大型高效的市场销售，在某种情况下，这使企业转入新的数 据平台。尽管如此，绝大多数的创新和革命集中在新公司品牌的创造 力和能力。当 eBay 在

22、1995 年创立时，将近有 4.1 万的用户完成价值 720 万美元的商品交易。而到 2006 年，有 2200 万用户完成价值 525 亿美元的商品交易。社交网络也有类似的轨迹。Facebook 于 2004 年 2 月推出，在不到一年的时间活跃用户就达到 100 万。到 2008 年 8 月，Facebook 已经拥有 1 亿的活跃用户。8 年来，Facebook 被启用 的朋友连接超过 140 亿，有 2650 亿张照片被上传，有超过 6200 万首 歌曲被播放了 220 亿次。 互联网革命与工业革命有很大不同。互联网数据处理和发送、接 受大量数据的能力，是基于网络建设和其使用价值、横向

23、结构和分布 式智能， 通过允许进一步深层集成和灵活操作改变生产系统的处理方 式。此外，互联网的并行革新不仅仅在于用顺序线性方法进行研究发 展。迅速交换信息和分散决策能力产生了更多的协同工作环境，而这 个工作环境不受地理限制。结果，集中内部改革的模式逐渐为已经开 始并且更加开放的创新模式让步， 而这种开放模式基于更加广义的知 识面作为其创新模式。因此，互联网革命不是资源密集型的，而是信 息和知识密集型的。它凸显了网络价值和创新平台，同时开辟了减少 12 环境污染的新途径，并且更加支持环保产品和服务。 第三次浪潮：工业互联网第三次浪潮：工业互联网 在二十一世纪的今天，工业互联网将再次改变我们的世界

24、。将全 球工业系统融合，发展开放的计算和通信系统，开辟了新的领域以加 快提高效率，减少低效和浪费，加强人的工作经验。 事实上，工业互联网革命已经展开。在过去的十年中，企业开始 逐步将互联网技术应用到工业生产。尽管如此，我们目前还远低于工 业互联网的应用极限： 基于互联网的数字技术还没有将全部潜力充分 实现于全球产业体系。智能设备、智能系统和智能决策代表着物理学 在机器、 设备、 机组和网络的主要应用方式， 而这些应用把数据传输、 多数据、数据分析很好地融合到一起。 智能设备智能设备 为工业机器提供数字化仪表是工业互联网革命的第一步。 仪器仪 表的普及是工业互联网崛起的必要条件， 如下几个因素促

25、使仪表在工 业机器得经济合理地加以普及，并使机器和机器交互更加智能化。 部署成本：仪器仪表的成本已大幅下降，从而有可能以一个比过 去更经济的方式装备和监测工业机器。 微处理器芯片的计算能力： 微处理器芯片持续发展已经达到了一 个转折点，即使得机器拥有数字智能成为可能。 高级分析： “大数据”软件工具和分析技术的进展为了解由智能 设备产生的大规模数据提供了手段。 总之，这些影响改变着数据收集的成本和价值，以及分析处理在 13 实际中并不合理但是已经存在的理论数据的能力。 理解工业设备生成的数据流，是工业的重要组成部分之一。如图 3 所示， 可以认为， 工业互联网是数据流、 硬件、 软件和智能的交

26、互。 由智能设备和网络收集的数据存储之后， 利用大数据分析工具进行数 据分析和可视化。由此产生的“智能信息”可以由决策者必要时进行 实时判断处理， 或者成为大范围工业系统中工业资产优化战略决策过 程的一部分。 图 3 工业互联网的应用 智能信息还可以在机器、网络、个人或团体之间实现共享促进智 能协作，以做出更好的决策。这可以使更多的利益相关者参与到资产 维护、管理和优化过程中，也可以确保在恰当的时候将那些本地和远 程拥有机器专业知识的人们整合起来。智能信息还可以反馈到主机。 这不仅包括由主机产生的数据， 而且包括那些能够增强运行或维护机 器、机组及更大系统能力的外部数据。这个数据反馈回路，使机

27、器能 够从它的历史数据中得到启示并且通过机载控制系统更加智能地运 转。 14 每个检测装置都会产生大量可以通过工业互联网传输给远程机 器和用户的数据。确定哪些数据仍然保留在设备上，哪些数据需要传 输到远程位置进行分析和存储，是实现工业互联网的重要部分。确定 本地数据保留的程度是保证工业互联网安全的关键之一， 很多不同的 公司会因为参与到其中而获益。重要的一点是，创新可以使由检验装 置产生的敏感数据准确无误。 其他数据流将远程传输给那些正在工作 或者旅途中的人们，使他们可以可视化、分析处理数据，并视情况采 取相应行动。 随着时间的推移， 这些数据流提供的操作和性能的历史记录使运 营商能更好地了解

28、工厂设备关键部件的状态。 运营商可以了解一个特定的组件在何种条件下运行了多长时间。 分析工具可以将这些信息和其他工厂类似部件的操作历史进行对比， 对于部件发生故障的可能性和时间提供可靠的估计。在这种方式下， 操作数据和预测分析可以结合起来避免运行中断同时降低维护成本。 图 4 工业互联网的数据环路 所有这些好处源自利用现有的信息技术使机器仪表化， 这使得人 15 们工作效率更高，这是对智能设备广泛部署的强有力支持。在这个正 不断从高性能机器上挑战更高生产力的时代， 智能设备的广泛部署在 发掘额外的性能并提高运营效率方面具有潜力。 智能系统智能系统 智能系统的潜在利益巨大。智能系统包括各种传统的

29、网络系统， 但广义的定义包括了部署在机组和网络中并广泛结合的机器仪表和 软件。随着越来越多的机器和设备加入工业互联网，可以实现跨越整 个机组和网络的机器仪表的协同效应。智能系统有多种形式： 网络优化：在一个系统内实现互联的机器，可以在网络上相互协 作提高运营效率。例如，在医疗保健方面，医疗信息可以链接到医生 和护士，更迅速地帮助病人使用正确的设备。信息可以无缝地传输给 医疗机构和病人，等待的时间将会更短，设备利用率更高，医疗质量 更高。智能系统也非常适合在交通网络中实现路径优化。实现互联的 车辆会知道自己的位置和目的地， 同时能够了解到系统内其他车辆的 位置和目的地，允许优化路由来寻找到最有效

30、的系统级解决方案。 维护优化：通过智能系统可以实现最优化、低成本，并有利于整 个机组的维护。将机器、组件和各部分整合起来的观点提供了一个可 以监测这些设备状态的方式， 使得可以在正确的时间将最优数量的零 件交付到正确的位置。这将减少零件库存需求和维护成本，机器的可 靠性也会更高。智能系统的维护优化可以与网络学习相结合，并且预 测分析允许工程师来实施预防性维修计划， 这样有可能使机器的可靠 性达到前所未有的水平。 16 系统恢复：建立广泛的系统范围内的情报，可以帮助系统在经历 大冲击之后更加快速、有效的恢复。例如，当大的暴风雨、地震或其 他自然灾害发生时，可以用一个由智能电表、传感器和其他智能设

31、备 和系统组成的网络来进行快速检测，将最严重的问题隔离，这样也不 会串联而导致停电。地理和操作信息可以结合起来，支持公共设施恢 复工作。 学习：网络学习效果是系统内机器联网的另一个好处。每台机器 的操作经验可以聚合为一个信息系统， 以使得整个机器组合加速学习， 而这种加速学习的方式是不可能在单个机器上来实现的。例如，从飞 机上收集的数据加上位置和飞行的历史信息可以提供大量有关各种 环境下飞机性能的信息。 源自于这些数据的观点是可行的， 用这些数据可使整个系统更聪 明，从而推动一个持续的知识积累和提高洞察力的过程。 智能系统的构建整合了广泛部署智能设备的好处。 当越来越多的 机器连接在一个系统中

32、，久而久之，结果将是系统不断扩大并能自主 学习，而且越来越智能化。 智能决策智能决策 工业互联网的全部能量将由第三种要素?智能决策来实现。 当从 智能设备和系统收集到了足够的信息来促进数据驱动型学习的时候， 智能决策就发生了， 从而使一个小机组网络层的操作功能从运营商传 输到数字安全系统。 工业互联网的这一要素对于应对越来越复杂且互 联的机器、设备、机组和网络来说十分必要。 17 考虑到可以大范围检测网络的设备或机组， 运营商需要迅速做出 成千上万的决定来保持系统的最佳性能。 通过人为控制系统执行命令， 是可以克服这种复杂性挑战的，复杂性的挑战转移到了数字系统。例 如，对一个智能系统来说，加大

33、电厂输出的信号将不必发送到每个工 厂中。相反，智能自动化将直接用于可以灵活调度，从而使可变资源 快速响应譬如风力和太阳能发电、电力需求的变化等。 这些功能将促进个人能力和组织能力的提升并提高工作效率。 智 能决策是工业互联网的长期愿景。 它作为工业互联网的基础是设备与 系统以及知识相互汇集的顶点。这是一个大胆的设想，如果可以实现 的话，那么将可以提高潜在的生产率同时降低成本，规模堪比工业和 互联网革命。 要素整合要素整合 随着智能碎片聚集在一起， 工业互联网带来了基于计算机分析的 “大数据”的力量。传统的统计方法，使用历史数据采集技术经常造 成数据、分析和决策之间的分离。随着系统监控技术的进步

34、和信息技 术成本的下降，处理实时数据的工作能力正在不断提升，更加出色的 管理和分析高频实时数据的能力使得对于系统操作方面的洞悉能力 上升到一个新的水平。 基于计算机的分析则提供了另一个维度的分析 过程。结合基础物理的方法论和资深的行业专业知识，提高信息流自 动化和预测技术， 同时将先进的分析方法加入 “大数据” 工具套件中， 其结果是工业互联网将传统方法与新方法相结合， 这样可以利用二者 的强大历史和实时数据进行特定行业的高级分析。 18 当工业互联网的三大要素?智能设备、智能系统、智能决策与机 器、设备、机组和网络整合在一起的时候，工业互联网的全部潜能就 会体现出来。生产率提高、成本降低和废

35、物排放的减少所带来的益处 将带动整个工业经济发展。 四、机遇有多大？三大视角 为了解工业互联网这一机遇的规模， 可以先从衡量全球工业体系 的规模着手。全球工业体系的规模有多大？可以说，很大。但是，对 此并没有一个简单的衡量标准。我们建议采用以下三大视角：经济份 额、能源消耗以及机械、设施、机群、网络等实物资产。这些衡量标 准并非详尽无遗， 但综合采用这些标准将为我们了解工业互联网的巨 大潜在规模和范围提供了有益的视角。 经济视角经济视角 传统经济学上的全球工业涵盖制造、自然资源开发、建筑、公用 事业等行业。以此为基准，2011 年全球工业产值约占到世界经济的 30%，两者分别为 21 万亿美元

36、和 70 万亿美元。其中，货物制造占全 球产出的 17%，而资源开发和建筑等行业约占全球产出的 13%。在地 区层次上， 上述比例因每个国家的经济结构和资源禀赋不同而各有不 同。 在发达国家，工业约占经济产出的 24%，而在发展中国家，工业 约占 GDP 产出的 37%。 在工业总产出中，发达国家的制造业占经济产出的 15%，而发展 19 中国家制造业占经济产出的 20%。因此，通过传统的经济衡量方法， 工业活动约占所有经济活动的三分之一，且各国比例各有不同。 图 5 工业互联网的潜在 GDP 份额(以美元为单位) 三分之一的全球经济份额已经很大了， 但这还不足以体现工业互 联网的广阔潜力。工

37、业互联网涉及的行业领域比传统经济类别更广。 例如，工业互联网还涉及很大一部分的运输行业： 工业运输车队和航空、 铁路、 海上运输等大规模的物流作业。 2011 年，包括陆地、航空、海上、管线、电信和其他物流服务在内的全球 运输服务业约占全球经济活动的 7%。运输车队在制造和发电的供给 和配送链中发挥重要作用。 工业互联网有助于优化重工业的时间安排 和货物流向。对于航空客运等商业运输服务业，工业互联网在提高其 服务和安全的同时进一步优化其运营和资产。 工业互联网在其他商事和政府服务领域中，也将发挥有益作用。 20 例如，医疗保健业中，从大量安全数据中找出共通性和同类物是生死 攸关的事。2011

38、年，作为全球经济的一大支柱，公共和私人的医疗 保健预计占全球经济的 10%。在医疗保健业中，工业互联网的重点从 优化货物流向转为优化个人信息流向和业务流程， 即在合适的时间将 正确的信息传达给合适的人。 将传统的工业与运输业和医疗保健业结合起来，全球经济的 46% 或全球产出中的 32.3 万亿美元，将得益于工业互联网。随着全球经 济和工业的发展，这一数字还将继续上升。到 2025 年，预计工业(这 里指的是广义的工业)份额将增长至全球经济的 50%，或占未来全球 产出中的 82 万亿美元。 工业互联网技术并不能立即应用于上述50%的世界经济对应的所 有资产基础中。引入工业互联网技术还需要投资

39、，而投资的进度反过 来又取决于相关基础设施发展的速度。在这个意义上，我们前面描述 的是一个上限，一个可能达到的阈值。另一方面，投资也限定在能直 接应用工业互联网的行业。但是，工业互联网的受益范围并不局限于 上述行业。例如，医疗行业的积极效应将带来更多的医疗成果，而反 过来这又能减少其他经济领域中因疾病造成的误工。同样，在运输和 物流方面的改进也会使那些依赖货物运输和可靠高效供应链的活动 受益。 能耗视角能耗视角 21 图 6 2011 年全球能源流动 智能技术和健全网络相融合的一个主要益处是节能降耗和降低 成本。能源体系的局限性越来越明显。目前，全球普遍面临着资源短 缺、环境污染、基础设施落后

40、的问题。工业互联网的兴起可能是对资 源限制和稀缺的一个直接回应。因此，考察工业互联网规模的另一视 角可以从了解全球工业体系的能源足迹着手。 大量的能源资源被用来 生产世界所需的货物和服务。 如果将能源生产和转换看成是制造业和 运输业的附加物， 工业互联网将对全球过半数的能源消费产生有益影 响。 能源行业涉及最终能源消耗的一系列活动，它包括： 发掘燃料(如石油、天然气、煤炭、铀)或利用水、风和太阳能 将初始燃料提炼、加工为最终可配送的产品(如石油、液态天然 气等) 22 将燃料转化为电力将燃料转化为电力 2011 年，全世界生产的能源超过 130 亿吨油当量，为方便比较 以石油为标准(十亿吨油当

41、量，Btoe)。美国所有的小汽车和轻型汽车 (约2.4亿辆)消耗不到一半的Btoe。 全球一次能源生产的13Btoe中， 4.9Btoe 以 40%的转化率被转化为电，而其他 8.1Btoe 则经过提炼、 提纯、洗煤、转化等流程运输和配送到能源消费者手中。值得注意的 是，能源生产伴随着巨大的成本。为了维持和提高能源供给，全球能 源工业(包括煤、天然气、石油、电力等)每年需注资 19 万亿美元(几 乎是全球 GDP 的 3%)。大量高成本的能源消耗为持续应用工业互联网 技术提供了广泛的空间。 转向能源的消费端，世界上的一次能源被转化为 9.5 Btoe 的可 用能源产品，包括 1.9 Btoe

42、的电力和 7.1 Btoe 的其他可用燃料。36% 的工业最终用户的能耗形式为电力、柴油、炼焦煤、天然气和化学原 料。这与经济视角中描述的制造业基本一致。在工业领域内，消耗能 源最多的是钢铁和金属工业及石油化工业。 这些重工业约占工业总能 耗的 50%。最近的研究表明，使用最佳实践技术将使重工业的能耗降 低 15%-20%。通过联合工艺、循环优化、有效使用和维护发动机和旋 转设备，持续发展的工业互联网应用推动工业逐步降低能耗。 运输业是另一个能源消费大户，占全球能源需求(主要是石油制 品)的 27%。运输业中近一半(48%)的燃料消费源于重型机车，包括卡 车、公交、飞机、船舶、铁路机车等，另一

43、半(52%)运输能源用于轻 型车。 工业互联网中最让人期待的一项技术是通过信息技术和联网设 23 备体系优化运输业。假设大部分大型机车和小部分轻型车能获益，工 业互联网技术将影响 14%的全球运输燃料需求。 为完成全球能源消费的实质转变，需要从多个角度着手，并将面 临多项挑战。 对每个系统和次系统应从系统内表现及其与更大能源网 络的相互影响进行评估。 看上去，过去二十年的流程管理和自动化进程基本成功。当部分 能源系统在优化时，一些新的尝试还在进行着。许多与能源生产和转 化相关的机器、设备、机组、网络的效率低下，随着工业互联网的发 展，该效率会随之提高。 实物资产的视角实物资产的视角 关于工业互联网发展机遇的第三种视角是研究与工业系统各个 组成部分相关的具体实物资产。 工业系统由大量的机器和关键系统组 成。目前，世界上有数百万台机器，范围从