工业互联网：巨大利益与机会

编译/夏溦

工业互联网：巨大利益与机会

编译/夏溦

工业互联网到底能够带来多大的机会？发展工业互联网有哪些推动因素及支持条件？本文将为中国发展工业互联网提供借鉴

作为早期的先行者和关键创新的来源，美国处在工业互联网的前沿。鉴于全球一体化日益加深，以及更加迅速的技术转移，利益好处都应该是全球性的。工业互联网技术的潜在影响几乎跨越了一半的全球经济和一半以上的能源流。在许多行业，连接的智能设备、设施、机组和网络与工作中和移动中的人，将共同为流程优化、提高生产力和效率提供新的可能性。

工业互联网的作用

据估计，工业互联网的技术创新在行业各部门的直接应用将在经济活动中占超过32.3万亿美元。随着全球经济的增长，工业互联网的潜在应用也将扩大。到2025年，它将产生约82万亿美元的产出，或者说大约占全球经济的一半。

工业互联网承诺要给机器、设施、机组和工业网络带来一系列的好处，并反过来又影响到更广泛的经济。工业互联网就是要优化系统，最大限度地提高资产和企业的绩效。比如智能仪表能够让单个机器实现优化，从而有更好的性能、更低的成本和更高的可靠性；智能网络能够优化整个互连机器；智能决策将使智能软件锁定机器和系统级的好处；而持续学习是更好的产品和服务设计的关键，可以导致一个更高效率与更低成本的越来越好的产品与服务的良性循环。另一方面，企业管理软件和解决方案已经被广泛采用，以推动公司层面的组织效率。这些努力带来的好处是能够对分布在广泛地域和产品线上的劳动力、供应链、质量、合规性和销售与分布有更好的跟踪与协调。

带给行业部门的利益

保守的看工业互联网对具体行业的作用非常具有启发意义。工业互联网带给行业中各部门的利益也会有所不同，并侧重不同的方面。然而，共同的主题就是减少风险、燃油效率、更高的劳动生产率，以及降低成本。

全球工业系统相当庞大，即使是部门层面上相对较小的效率改进，哪怕是只有百分之一的改进，当扩大到整个经济系统中时，都会带来相当可观的利益。例如，仅在商业航空工业中，如果燃料节省能够提高1%，那么在15年中，总节省将达到300亿美元。与此类似的各类节省可以见表1中的总结。

比如以商业航空为例。与其他商业交通运输系统一样，航空业由于工业互联网的部署而受益匪浅。通过专注于优化业务和资产，同时改善航空业务每个阶段的安全，工业互联网应用甚至有可能改变整个航空业。工业互联网有潜力既改善航空公司的运营，又改善资产管理。运营改善可以通过减少燃油使用、提高机组人员效率、减少延误与取消、更高效的维护计划和备件库存，以及最优飞行计划等来实现。而航空公司的资产可以通过改进预防性维护，从而延长发动机的寿命并限制计划外中断来实现。

要探讨工业互联网如何影响航空业，关于飞机维护和库存管理是一个方面。智能飞机会告诉维护人员哪些零件在何时可能需要更换。这将能让商业航空公司从当前基于周期的维护时间表，转变成为基于实际需要的维护时间表。在正确的时间更换零件，而不是根据一定的周期来更换零件，可以还来可观的效率利益。假设所有的安全措施都可以得到满足或改进，那么零件库存将会减少，飞机使用率相传增加，成本会随之降低。而运营商可以检测到问题，并方便、准备、简洁地找到问题出在哪儿。

另外，人与机器之间传感器、数据分析和数据共享的组合，预计将降低航空公司成本，并提高维护效率。这些系统就像虚拟的主动维护团队，确定飞机及其子系统的状态，提供实时、可操作的信息，以帮助飞机运营商在故障发生前预测故障，并提供快速准确的飞机健康整体计划。

表1：工业互联网：一个百分点的力量

在过去的几十年里，全球商业航空业的增长速度比全球经济的增长速度快2到3倍。今天，全球商业航空公司的年收入约为5600亿美元。但是，对该行业而言，在利润率和资本投资回报率上仍然存在着巨大的挑战，这些挑战突出了对燃油的侧重，因为燃油占据了整个行业约30%的成本，并且在提高资产利用率方面有潜在好处。美国联邦航空管理局（Federal Aviation Administration，FAA）进行的一项研究表明，在8年的时间里，飞行低效率让成本平均提高了8%~22%。这意味着，如果可以有更高的生产率，将存在着巨大的节约潜力。全球商业航空公司每年用于燃油的费用大约为1700亿美元。业内估计，更好的飞行计划和经营变化将能让燃油成本降低5%，即每年节约80亿美元。如果工业互联网技术可以实现1%的成本降低，那就意味着每年节省约20亿美元的燃油成本。从运行的角度来看，双引擎宽体商业喷气式飞机每飞行一小时的平均维护成本约为1200美元。以2011年为例，商业喷气式飞机总共飞行了50万小时，转换为维护成本就是600亿美元。其中，仅引擎维护就占据总成本的43%。这意味着，如果工业互联网能够提高1%的引擎维护效率，年维护成本就可以节省高达2.5亿美元。

又比如医疗保健行业。医疗保健数字化承诺可以通过为世界各地的人们提供更高质量的生活来改变我们的生活。由于对于降低成本和提高性能的迫切、强烈的需求，全球医疗保健行业成为工业互联网应用的一个主要部门。医疗保健几乎是现在每个国家都面临的优先挑战：大多数发达经济体需要提高效率和控制成本来面对迅速的老龄化人口；同时，许多新兴市场需要将医疗保健服务的范围延伸到新兴的城市中心和边远的农村。全球医疗保健行业相当宠大，其中效率提高的范围也同样很大。据估计，超过10%的医疗费用源自于系统低效造成的浪费，这意味着全球医疗保健的低效成本每年至少高达7310亿美元。据估计，部署的工业互联网可以帮助推动下降大约25%的成本，或者说每年大约节约1000亿美元。在这种情况下，成本下降一个百分点，就相当于每年节省42亿美元。

医院由成千上万的关键设备组成，其中大部分是移动的。关键是要了解它们都驻留在哪里，并有系统可以提醒医生、护士和技术人员状态变化，同时提供指标，以提高资源利用率、患者疗效和业务成果。今天，已经开始部署这些类型的系统，这代表了工业互联网在医疗保健方面的应用已经开始。GE医疗估计，这些创新可以转化为15%~30%的医院设备成本降低，让医护人员在每个班次增加一小时的生产力。这些方法还可以提高资产利用率，改善工作流和医院病床管理，从而增加15%~20%的患者处理量。此外，在运营效率、减少开支和提高生产力方面，工业互联网也能带来巨大的好处。

图1：工业互联网数据环路

工业互联网的机会

经济的角度

在发达经济体中，工业大约占产出的24%；在发展中经济体，工业大概占国内生产总值产出的37%。其中，制造业在发达国家和发展中国家中，分别占工业的15%和25%。因此，按照传统的经济核算方法，工业活动大约占经济活动总量的1/3，虽然存在着一定的国家间差异。

尽管全球经济的1/3已经非常宠大，但这仍不足以表示工业互联网的全部潜力。工业互联网所包括的部门比传统经济类别更多。例如在医疗保健中，不夸张地说，在大批量的安全数据中找到关键的共性和相似之处，是个生死攸关的问题。在这里，工业互联网的重点就从优化货物流，转变成了优化个人的信息流和工作流，即得到正确的信息，在正确的时间，交给正确的人。当传统产业与交通和卫生服务部门相结合的时候，全球经济大约有46%会受益于工业互联网。随着全球经济的增长和产业的发展,这一数字也将会增长。到2025年，估计工业部门（广义的）会占在全球经济的50%。

能源消耗的角度

更智慧的技术与强大的网络集成在一起的关键好处之一就是有能力创造节能效率并降低成本。资源稀缺，需要更好的环境可持续性，以及基础设施缺乏等是全世界都面临的问题。因此，要看工业互联网的规模，了解与全球工业体系相关的能源足迹是一个很有意义的视角。要生产全世界所需要的商品和服务，需要巨大的能源资源。如果除了制造业和交通运输行业，也考虑能源生产和转换，那么工业互联网的利益范围将包括一半以上的世界能源消耗。

能源部门涉及创造用于最终消费能源所需的一系列活动，包括提取燃料（如石油、天然气、煤炭、铀）或者利用水能、风能、太阳能等，也包括将原始燃料提炼和加工成可交付的最终产品（如汽油、液化天然气），还包括将这些燃料转换成电力。

重要的是，要认识到与能源生产的巨大成本。为了维持和发展能源供应，全球能源行业包括煤炭、天然气、石油和电力，每年平均需要约1.9万亿美元（约占全球国内生产总值的3%）的新资本开支。巨大的数量和成本为继续部署工业互联网技术创造了巨大的空间。

显然，要让全球能源消费产生真正的变化，还要考虑很多层面，面对很多挑战。需要评估每个系统和子系统在系统内的执行情况，以及它如何与更大的能源网络进行交互。过去二十年在流利管理和自动化方面的进展基本上是成功的。虽然能源系统的有些部分正在优化，并且新的努力也正在进行中，但是通过工业互联网的成长，所有的能源生产和转换中所涉及的机器、设施、机组、和网络效率低下都可以得到改善。

有形资产的角度

看工业互联网机会到底有多大的第三个角度是看工业系统的各个部分所涉及的有形资产。工业系统由大量的机器和关键系统组成。现在，全世界有数以百万的机器，从简单的电动马达到用于医疗保健的高度先进的计算机断层扫描（computed tomography，CT）扫描仪。所有这些设备都与信息（温度、压力、振动和其他关键指标）相连，从而有助于了解自身性能，以及与其他机器和系统的关系。

虽然可能并不能准确地知道在全世界日益扩大的工业系统中，到底有多少机器、设备、机组和网络，但是却可以通过看某些特定部门来感受工业系统的规模。以炼油厂为例。炼油厂和石化厂多年来一直以先进的监测和控制为目标。回转机械（如往复式和离心式压缩机）以及数以百计的泵，是能源加工厂（包括炼油厂）的重要组成部分。今天，随着工厂的总体优化，运营商为预防性维护和安全对这些设备进行监测和建模。管理这些工厂的效率、安全性和提高的生产力，是目前工业互联网在此的工作。

要想在规模上有个大体的认识，可以看如下的数字。目前全世界大约有600多家炼油厂，每天的原油输入能力达到8800万桶，大概相当于全世界一天的石油消耗。每个现代炼油厂的各种关键的炼油流程中大约有40个大型回转系统，包括原油减压蒸馏、焦化、加氢裂化、加氢处理和异构化等。由于每个炼油厂都是根据自身的情况定制的，因此有的会比较小，而有的会更复杂，但大多数炼油厂的关键设备都包括离心式充电泵、干湿压缩机组、动力涡轮机和空气冷却器等。如果只考虑主要系统的话，一个炼油厂中大约有3万个大型设备在运转，除此之外还有数百个泵和更小的设备用于系统监控。在未来15年，全球可能需要超过100个新的炼油厂，以及对现有炼油厂的较大扩张，以满足日益增加的新兴市场需求。光是炼油厂，这就意味着在超过4500个大型回转系统中对过程管理和自动化的渐进需求。

工业互联网的推动因素和支持条件

创新

工业互联网是创新的产物，其中有些是技术创新，有些是系统、网络和流程创新。发展工业互联网，尤其需要来自以下几方面的更高层次的创新。

设备：包括在新的工业设备设计中以及对现有设备的改造中融入并部署传感器，同时也包括高效收集信息和高速传输信息等所需要的硬件。

高级分析：能够实现更深入地集成来不同的原始设备制造商（Original Equipment Manufacturer，OEM），或不同的资产类别中的相似资产的数据的新的数据标准；能够实现让数据迅速转换为能够进行整合和分析的信息资产的技术架构等。

系统平台：除了技术标准和协议，还有新的平台，它让公司能够在共享架构/体系结构之中构建具体的应用；支持平台的可持续发展的供货商、原始设备制造商和客户之间的新关系。

业务流程：将机器信息充分纳入到决策中的新的业务实践；监控机器数据质量的流程；法律过程中的进展，从而能够实现合作公司间更快、更灵活的安排，等。

除了创新，还有些现有技术需要实现更高水平的渗透、普及和部署，例如传感器和显示器。

基础设施

工业互联网需要能够胜任的支柱。信息通信技术中的数据中心、宽带频谱和光纤网络等都需要进一步发展，以连接跨行业和地域的各种机器、系统和网络。这将需要国家内部和国家间基础设施的组合，以支持工业互联网中涉及的数据流的巨大增长。对数据中心的需求的日益增长就是规模方面的挑战的实例。高效、清洁和富有弹性的未来的数据中心，对工业互联网显然具有重要影响。

网络空间安全管理

实现工业互联网的愿景需要有效的互联网安全制度。网络空间安全应考虑两个方面，一是网络的安全（特别是针对云的防御战略），另一方面是与网络相连的尖端设备的安全。尤其值得关注的是，维护受保护的IT基础设施至关重要。

安全管理的最前沿是对敏感和有价值信息的保护。无论是在企业对企业还是在企业对个人中，发展和维护网络信任至关重要。信息安全和隐私是建立这一信任的基础。确保受限制数据的安全非常关键，比如知识产权、专有信息和个人可识别信息（personally identifiable information，PII）等。

工业互联网的扩展将需要所有的利益相关者积极参与安全管理，它们都在促进网络安全方面发挥着自己的作用。比如：

技术供应商：重点是供应链安全，以及产品设计和产品性能。产品（备和软件）应包含嵌入式的安全功能，以最大限制地实现多层级防御网络威胁。

资产所有者/运营商：优先保护设施和网络安全。与监管机构、执法和情报部门合作，将有助于提高威胁发展中的知名度。行动包括分享威胁信息和减轻灾害的努力等。

监管机构/决策者：有效的网络安全管理制度应该促进创新，鼓励教育所有利益攸关者，并支持发展有能力的员工队伍。要建立稳定的基础，政府应该发展并广泛采用网络空间安全自愿的行业标准和最佳实践。目前有几个标准机构，但它们都是分散的。要促进和采用共同一致的数据结构、加密、传输机制和适当使用数据的标准，从而大大有助于推动网络安全。

国际机构：虽然各国都会制订国家准则，但也需要发展国际规范和标准。重点应放在发展与知识产权保护、国际数据流（例如服务器的本地化要求）和“武器化”互联网相关的规范。

学术界：要进一步进行数据安全和隐私方面的研究，包括加强IT安全的计量、对不敏感数据的推理，以及数据集成中关于隐私的法律基础等方面的研究。追求有凝聚力的网络安全战略将会实现风险最小化，并让社会利用与工业互联网相关的各种机会。

人才发展

没有专业人才，就不可能有创新。工业互联网的兴起需要创建和发展新的人才库。除了机械或电子工程的技术技能外，还需要一批新的交叉学科的技术、分析、和领导人才。下列人才都将推动工业互联网的发展：

下一代工程师：将需要有越来越多的跨部门交叉角色，将信息和计算能力与传统的工程学科（比如机械工程）相结合，创建所谓的“数字机械”工程师。

数据科学家：将创建分析平台和算法、软件和网络安全工程师，包括统计、数据工程、模式识别与学习、先进计算、不确定性建模、数据管理和可视化等。

用户界面专家：工业设计领域的人机交互，有效地融合所需的硬件和软件组件，以支持用最少的投入来实现所需的输出，而且该机器最大限度地减少人类不期望得到的输出。

同时，发展工业互联网也需要必要的支持条件，而投资就是其中最重要的条件之一。投资是将新技术迅速转变为资本存量的一个基本条件。工业互联网的增长速度最终将会被它们相对于现有实践的成本有效性和益处来驱动。部署工业互联网的成本可能会各部门、各区域不同，但是部署的共同假设都是，部署的成本将会产生正而把技术投资回报。

工业互联网的早期采用者已经制定了一些路线并前进，为工业互联网奠定了基础。未来，工业互联网技术的更广泛采用将推动工业成本结构发生更深层次的有益转变。这将改变竞争的平衡，并迫使其他行业迅速采用工业互联网技术以求得生存。显然，在不同的行业，前进的步伐会大不相同。但是，随着越来越广泛地采用，在整个经济中的影响会日益显著。