近年來(lái)，為了重塑美國制造業(yè)的全球競爭優(yōu)勢，美國啟動(dòng)了制造業(yè)振興戰略，加快發(fā)展技術(shù)密集型先進(jìn)制造業(yè)，實(shí)現再工業(yè)化。作為先進(jìn)制造業(yè)的重要組成部分，智能制造得到了美國政府、企業(yè)各層面的高度重視。美國
政府啟動(dòng)了一系列計劃和項目針對基于模型的企業(yè)、賽博物理系統、工業(yè)機器人、先進(jìn)測量與分析、智能制造系
統集成等智能制造關(guān)鍵要素的發(fā)展進(jìn)行系統支持。
作為多元工業(yè)集團，為了在開(kāi)創(chuàng )和全方面推進(jìn)高技術(shù)戰略智能化工業(yè)的時(shí)代進(jìn)程中發(fā)揮主導力量，美國通用電氣公司（下稱(chēng)GE公司）依托龐大的產(chǎn)業(yè)鏈、產(chǎn)品體系和技術(shù)實(shí)力，提出了自己的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”概念，與美國政府的戰略舉措相呼應。在GE公司的未來(lái)構想中，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將通過(guò)智能機床、先進(jìn)分析方法以及人的連接，深度融合數字世界與機器世界，深刻改變全球工業(yè)。GE將工業(yè)革命與互聯(lián)網(wǎng)革命統一為“第三波”創(chuàng )新與變革，雖然一家公司不可能完全代表美國智能制造的發(fā)展方向，但其明確的“智能化”理念依然是新一輪工業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)變革中的鮮明主題。
2011年，GE在硅谷建立了全球軟件研發(fā)中心，啟動(dòng)了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的開(kāi)發(fā)，包括平臺、應用以及數據分析。2012年11月，GE發(fā)布《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)—沖破思維與機器的邊界》報告，將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)稱(chēng)之為200年來(lái)的“第三波”創(chuàng )新與變革。2013年，GE宣布將在未來(lái)3年投入15億美元開(kāi)發(fā)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，并于同年發(fā)布《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)@工作》報告，對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)項目要開(kāi)展的工作進(jìn)行了細化。2014年3月，GE與AT&T、思科、IBM和英特爾共同發(fā)起成立了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟。2014年末，GE發(fā)布了《2015工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)觀(guān)察報告》，強調了大數據分析在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的作用，并且針對賽博安全、數據孤島和系統集成等挑戰提出了解決思路和行動(dòng)指南。
一、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的概念淺析
GE公司認為，“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”是兩大革命中先進(jìn)技術(shù)、產(chǎn)品與平臺的結合，即工業(yè)革命中的機器、設施與網(wǎng)絡(luò )和互聯(lián)網(wǎng)革命中的計算、信息與通信。“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”是數字世界與機器世界的深度融合，其實(shí)質(zhì)也是工業(yè)和信息化的融合。與工業(yè)4.0的基本理念相似，它同樣倡導將人、數據和機器連接起來(lái)，形成開(kāi)放而全球化的工業(yè)網(wǎng)絡(luò )，其內涵已經(jīng)超越制造過(guò)程以及制造業(yè)本身，跨越產(chǎn)品生命周期的整個(gè)價(jià)值鏈，涵蓋航空、能源、交通、醫療等更多工業(yè)領(lǐng)域。
“智能”是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵詞，GE正在飛機發(fā)動(dòng)機上詮釋“智能”的概念。飛機發(fā)動(dòng)機上的各種傳感器會(huì )收集發(fā)動(dòng)機在空中飛行時(shí)的各種數據，這些數據傳輸到地面，經(jīng)過(guò)智能軟件系統分析，可以地檢測發(fā)動(dòng)機運行狀況，甚至預測故障，提示進(jìn)行預先維修等，以提升飛行安全性以及發(fā)動(dòng)機使用壽命。圖1展示了這種“智能”的概念。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的“智能”
二、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心元素
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)具備的三個(gè)核心元素是智能機器、先進(jìn)分析方法以及工作中的人（或者稱(chēng)作“高知勞動(dòng)力”）。GE認為盡管對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的討論聚焦在機器和數據上，但工作中的人也同等重要，事實(shí)上，只有改變人們工作的方式，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)才能實(shí)現上述價(jià)值。由于互聯(lián)網(wǎng)從根本上降低了人們接觸信息以及與其他人交互的難度，因此工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將轉變人們在工作場(chǎng)所利用信息和進(jìn)行協(xié)同的方式。
智能機器
利用先進(jìn)傳感器、控制器和軟件程序連接世界大量機器（機床）、設施、機隊（車(chē)船）和網(wǎng)絡(luò )。
先進(jìn)分析方法
在材料科學(xué)、電子工程以及其它關(guān)鍵學(xué)科中利用基于物理的分析方法、主動(dòng)算法、自動(dòng)化和深域技術(shù)，理解機床和大系統如何運行。
工作中的人
隨時(shí)連接在工業(yè)設施、辦公室、醫院或移動(dòng)中工作的人們，支持更加智能的設計、操作、維修以及更高質(zhì)量的服務(wù)與安全性。
對于工作中的人—高知勞動(dòng)力來(lái)說(shuō)，使其達到新的生產(chǎn)率和決策水平有一系列使能技術(shù)，包括：云計算、移動(dòng)性、智能機器、存在與位置感知、協(xié)同和社交軟件、虛擬現實(shí)與數據可視化以及可穿戴設備和機器人。這些技術(shù)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的越來(lái)越多地組合使用。
由于軟件在智能制造中的突出地位，GE很早就開(kāi)始重視軟件的作用，跳出制造業(yè)的思維模式，致力于軟件投入，構建自身的數據分析能力。“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的這三個(gè)核心元素恰恰反映了這一點(diǎn)，因為它關(guān)注的更多的是“軟”的部分，即機器中的傳感與控制網(wǎng)絡(luò )、分析與計算方法、以及人在新的智能環(huán)境下的智力因素。轉型軟性制造為GE全方面參與智能制造硬件基礎設施和軟件基礎結構建設打下基礎。
三、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的革命特征
GE公司認為：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是200年來(lái)繼工業(yè)革命和互聯(lián)網(wǎng)革命之后的第三波創(chuàng )新與變革。第一波工業(yè)革命中，機器和工廠(chǎng)占據主角；第二波互聯(lián)網(wǎng)革命中，計算能力和分布式信息網(wǎng)絡(luò )占據主角；第三波工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)革命中，基于機器的分析方法所體現的智能占據主角，以智能設備、智能系統、智能決策這三大數字元素為顯著(zhù)特征。
智能設備
為工業(yè)機床提供數字儀器是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)革命的第一步，分布廣泛的儀器是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)興起的一個(gè)必要條件。為了讓機器（如機床）更加智能，必須降低部署成本、提升計算能力、開(kāi)發(fā)先進(jìn)分析方法。
理解智能設備產(chǎn)生的大量數據是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)施的關(guān)鍵之一，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)可以想象成是數據流、軟件流、硬件流和信息流及其交互。數據從智能設備和網(wǎng)絡(luò )獲取，使用大數據工具與分析工具存儲、分析和可視化，得到“智能信息”用于決策。智能信息還可以在機床、網(wǎng)絡(luò )、個(gè)人或集體之間共享，方便進(jìn)行智能協(xié)同并做出更好的決策。智能信息還可以反饋回原始機床，其中包括加強機床、機隊和大型系統運行或維修的擴展數據，這個(gè)信息反饋回路可以使機床“學(xué)習”經(jīng)驗，通過(guò)機上控制系統表現得更佳智能。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數據回路
每個(gè)儀器設備都將產(chǎn)生大量數據，通過(guò)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)傳輸到遠程機床和用戶(hù)分析或存儲。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)施中的重要一環(huán)就是確定什么數據留在設備中，留在本地的數據規模是確保工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全的關(guān)鍵之一，創(chuàng )新技術(shù)可以允許敏感數據保留在機床上。這些數據流將慢慢成為運行和績(jì)效歷史，讓操作員更好地理解工廠(chǎng)中關(guān)鍵機床的運行信息和條件。分析工具將這些信息與類(lèi)似機床的運行歷史進(jìn)行比較，可以可靠地估算機床的故障情況。運行數據、主動(dòng)分析方法以這種方式組合起來(lái)，避免計劃外停工，降低維修成本。
智能系統
智能系統包括許多傳統的網(wǎng)絡(luò )化系統，同時(shí)也包括在機隊和網(wǎng)絡(luò )間廣泛部署且內置軟件的機械裝置的組合，隨著(zhù)加入工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的機床和設備增加，機械裝置在機隊和網(wǎng)絡(luò )間的協(xié)同效應就可以實(shí)現。智能系統有幾種不同的形式：
（1）網(wǎng)絡(luò )優(yōu)化形式
智能系統中的互連機床可以協(xié)同運行，實(shí)現網(wǎng)絡(luò )級的運行效率。智能系統還適合在運輸網(wǎng)絡(luò )中進(jìn)行路線(xiàn)優(yōu)化，互連的運載器（如車(chē)輛）會(huì )知曉它們自己的位置和目的地，而且系統中的其它運載器也會(huì )得到提醒，從而實(shí)現進(jìn)行路線(xiàn)優(yōu)化，找到系統級解決方案。
（2）維修優(yōu)化形式
智能系統可以促進(jìn)機隊中進(jìn)行低成本機器維修?？鐧C器、組件和單個(gè)零件的總視圖提供這些設備狀態(tài)的可視信息，以便在正確時(shí)間、正確地點(diǎn)運送適當的零件，這就降低了零件庫存要求和維修成本，提升了機器可靠性水平。智能系統維修優(yōu)化可以與網(wǎng)絡(luò )學(xué)習和主動(dòng)分析相結合，讓工程人員實(shí)施預先維修程序。
（3）系統恢復形式
智能系統建立系統范圍的智能信息庫，可以在遭受沖擊后快速地輔助系統恢復。比如，在發(fā)生自然災害時(shí)，智能儀表、傳感器以及其它智能設備與系統可用于快速探測并隔離的問(wèn)題。地理信息和運行信息可以結合起來(lái)支持功能恢復工作。
（4）學(xué)習形式
網(wǎng)絡(luò )學(xué)習效果是智能系統中機器互連的另一個(gè)好處。每臺機器的運行經(jīng)驗可以集合到單個(gè)信息系統中，加速各臺機器的學(xué)習。比如，從飛機上收集的帶有位置和飛行歷史的數據可以提供在各種環(huán)境下飛機性能的大量信息。數據挖掘結論可以用于讓整個(gè)系統變得更智能，從而推動(dòng)知識積累和結論實(shí)施的持續進(jìn)行。
智能決策
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的威力將在智能決策中實(shí)現。做出智能決策時(shí)，足夠的信息從智能設備和系統中收集并促進(jìn)以數據驅動(dòng)的學(xué)習，使得部分機器和網(wǎng)絡(luò )級運行職能從操作人員那里轉移到可靠的數字系統。智能決策是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的長(cháng)期愿景，它是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的元素按設備、按系統組合的過(guò)程中所收集知識的頂點(diǎn)。
上述三個(gè)數字元素有遞進(jìn)的意味，將其相互串起來(lái)的是智能信息。智能設備產(chǎn)生并交互智能信息，智能系統通過(guò)智能信息實(shí)現系統間智能設備的協(xié)同，具備知識學(xué)習功能的智能決策處理智能信息并實(shí)現整個(gè)智能系統的全方位優(yōu)化。
四、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的現實(shí)意義
從創(chuàng )造價(jià)值的角度來(lái)看，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的價(jià)值可以從三方面體現：第一，提高能源的使用效率；第二，提高工業(yè)系統與設備的維修和修護效率；第三，優(yōu)化并簡(jiǎn)化運營(yíng)，提高運營(yíng)效率。比如對于航空業(yè)來(lái)說(shuō)，到2027年，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)就能夠助其實(shí)現節省300億美元燃油成本的目標。
GE公司還為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)描繪了美好的經(jīng)濟前景，據其2012年的預測，如果工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)能夠使生產(chǎn)率每年提高1%-1.5%，那么未來(lái)20年，它將使美國人的平均收入比當前提高25%-40%；如果世界其它地區能確保實(shí)現美國生產(chǎn)率增長(cháng)的一半，那么工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在此期間會(huì )為全球GDP增加10萬(wàn)億-15萬(wàn)億美元。
綠色環(huán)保硬件＋工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)軟件＝能源利用率
回到智能制造上來(lái)說(shuō)，“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的意義在于提出了三大智能制造的數字元素：智能設備、智能系統、智能決策，并描繪了三者集成的未來(lái)。通過(guò)這些元素的集成，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將把“大數據”與基于機器的分析方法結合在一起。管理和分析高頻實(shí)時(shí)數據的強大能力讓系統對運行狀態(tài)的洞悉上升到新臺階，基于機器的分析方法給分析過(guò)程帶來(lái)新的維度，讓先進(jìn)分析與“大數據”工具集相結合，使工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)能夠同時(shí)利用歷史數據與實(shí)時(shí)數據。在數字的智能設備、系統和決策與物理的機器、設施、機隊和網(wǎng)絡(luò )完全結合之后，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將發(fā)揮威力，釋放全部潛能。屆時(shí)，生產(chǎn)率提高、成本降低和廢物排放的減少所帶來(lái)的效益將帶動(dòng)整個(gè)工業(yè)經(jīng)濟發(fā)展，所謂美國版“工業(yè)4.0”也將從這一點(diǎn)上助力美國實(shí)現智能制造的美好愿景。
來(lái)源：《空天防務(wù)觀(guān)察》
