近年來(lái)，為了重塑美國(guó)制造業(yè)的全球競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，美國(guó)啟動(dòng)了制造業(yè)振興戰(zhàn)略，加快發(fā)展技術(shù)密集型先進(jìn)制造業(yè)，實(shí)現(xiàn)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(guó)政府、企業(yè)各層面的高度重視。美國(guó)政府啟動(dòng)了一系列計(jì)劃和項(xiàng)目針對(duì)基于模型的企業(yè)、賽博物理系統(tǒng)、工業(yè)機(jī)器人、先進(jìn)測(cè)量與分析、智能制造系統(tǒng)集成等智能制造關(guān)鍵要素的發(fā)展進(jìn)行系統(tǒng)支持。

作為世界最大的多元工業(yè)集團(tuán)，為了在開創(chuàng)和全面推進(jìn)高技術(shù)戰(zhàn)略智能化工業(yè)的時(shí)代進(jìn)程中發(fā)揮主導(dǎo)力量，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(guó)政府的戰(zhàn)略舉措相呼應(yīng)。在GE公司的未來(lái)構(gòu)想中，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將通過(guò)智能機(jī)床、先進(jìn)分析方法以及人的連接，深度融合數(shù)字世界與機(jī)器世界，深刻改變?nèi)蚬I(yè)。GE將工業(yè)革命與互聯(lián)網(wǎng)革命統(tǒng)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(guó)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)的開發(fā)，包括平臺(tái)、應(yīng)用以及數(shù)據(jù)分析。2012年11月，GE發(fā)布《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)—沖破思維與機(jī)器的邊界》報(bào)告，將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)稱之為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(bào)告，對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目要開展的工作進(jìn)行了細(xì)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)觀察報(bào)告》，強(qiáng)調(diào)了大數(shù)據(jù)分析在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的作用，并且針對(duì)賽博安全、數(shù)據(jù)孤島和系統(tǒng)集成等挑戰(zhàn)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(rèn)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(tái)的結(jié)合，即工業(yè)革命中的機(jī)器、設(shè)施與網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)革命中的計(jì)算、信息與通信。“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”是數(shù)字世界與機(jī)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(dǎo)將人、數(shù)據(jù)和機(jī)器連接起來(lái)，形成開放而全球化的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，其內(nèi)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(yī)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(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)上詮釋“智能”的概念。飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)上的各種傳感器會(huì)收集發(fā)動(dòng)機(jī)在空中飛行時(shí)的各種數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛妫?jīng)過(guò)智能軟件系統(tǒng)分析，可以精確地檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀況，甚至預(yù)測(cè)故障，提示進(jìn)行預(yù)先維修等，以提升飛行安全性以及發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命。圖1展示了這種“智能”的概念。

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(jī)器、先進(jìn)分析方法以及工作中的人（或者稱作“高知?jiǎng)趧?dòng)力”）。GE認(rèn)為盡管對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的討論聚焦在機(jī)器和數(shù)據(jù)上，但工作中的人也同等重要，事實(shí)上，只有改變?nèi)藗児ぷ鞯姆绞?，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)才能實(shí)現(xiàn)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(zhuǎn)變?nèi)藗冊(cè)诠ぷ鲌?chǎng)所利用信息和進(jìn)行協(xié)同的方式。

智能機(jī)器

利用先進(jìn)傳感器、控制器和軟件程序連接世界大量機(jī)器（機(jī)床）、設(shè)施、機(jī)隊(duì)（車船）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(jī)床和大系統(tǒng)如何運(yùn)行。

工作中的人

隨時(shí)連接在工業(yè)設(shè)施、辦公室、醫(yī)院或移動(dòng)中工作的人們，支持更加智能的設(shè)計(jì)、操作、維修以及更高質(zhì)量的服務(wù)與安全性。

對(duì)于工作中的人—高知?jiǎng)趧?dòng)力來(lái)說(shuō)，使其達(dá)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(jì)算、移動(dòng)性、智能機(jī)器、存在與位置感知、協(xié)同和社交軟件、虛擬現(xiàn)實(shí)與數(shù)據(jù)可視化以及可穿戴設(shè)備和機(jī)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(gòu)建自身的數(shù)據(jù)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?yàn)樗P(guān)注的更多的是“軟”的部分，即機(jī)器中的傳感與控制網(wǎng)絡(luò)、分析與計(jì)算方法、以及人在新的智能環(huán)境下的智力因素。轉(zhuǎn)型軟性制造為GE全面參與智能制造硬件基礎(chǔ)設(shè)施和軟件基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)建設(shè)打下基礎(chǔ)。

三、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的革命特征

GE公司認(rèn)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(jī)器和工廠占據(jù)主角；第二波互聯(lián)網(wǎng)革命中，計(jì)算能力和分布式信息網(wǎng)絡(luò)占據(jù)主角；第三波工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)革命中，基于機(jī)器的分析方法所體現(xiàn)的智能占據(jù)主角，以智能設(shè)備、智能系統(tǒng)、智能決策這三大數(shù)字元素為顯著特征。

（1）智能設(shè)備

為工業(yè)機(jī)床提供數(shù)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(jī)器（如機(jī)床）更加智能，必須降低部署成本、提升計(jì)算能力、開發(fā)先進(jìn)分析方法。

理解智能設(shè)備產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)流、軟件流、硬件流和信息流及其交互。數(shù)據(jù)從智能設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)獲取，使用大數(shù)據(jù)工具與分析工具存儲(chǔ)、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(jī)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(jī)床，其中包括加強(qiáng)機(jī)床、機(jī)隊(duì)和大型系統(tǒng)運(yùn)行或維修的擴(kuò)展數(shù)據(jù)，這個(gè)信息反饋回路可以使機(jī)床“學(xué)習(xí)”經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)機(jī)上控制系統(tǒng)表現(xiàn)得更佳智能。

每個(gè)儀器設(shè)備都將產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，通過(guò)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程機(jī)床和用戶分析或存儲(chǔ)。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(shù)據(jù)留在設(shè)備中，留在本地的數(shù)據(jù)規(guī)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(shù)據(jù)保留在機(jī)床上。這些數(shù)據(jù)流將慢慢成為運(yùn)行和績(jī)效歷史，讓操作員更好地理解工廠中關(guān)鍵機(jī)床的運(yùn)行信息和條件。分析工具將這些信息與類似機(jī)床的運(yùn)行歷史進(jìn)行比較，可以可靠地估算機(jī)床的故障情況。運(yùn)行數(shù)據(jù)、主動(dòng)分析方法以這種方式組合起來(lái)，避免計(jì)劃外停工，降低維修成本。

（2）智能系統(tǒng)

智能系統(tǒng)包括許多傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)，同時(shí)也包括在機(jī)隊(duì)和網(wǎng)絡(luò)間廣泛部署且內(nèi)置軟件的機(jī)械裝置的組合，隨著加入工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的機(jī)床和設(shè)備增加，機(jī)械裝置在機(jī)隊(duì)和網(wǎng)絡(luò)間的協(xié)同效應(yīng)就可以實(shí)現(xiàn)。智能系統(tǒng)有幾種不同的形式：

網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化形式

智能系統(tǒng)中的互連機(jī)床可以協(xié)同運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)級(jí)的運(yùn)行效率。智能系統(tǒng)還適合在運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行路線優(yōu)化，互連的運(yùn)載器（如車輛）會(huì)知曉它們自己的位置和目的地，而且系統(tǒng)中的其它運(yùn)載器也會(huì)得到提醒，從而實(shí)現(xiàn)進(jìn)行路線優(yōu)化，找到最高效的系統(tǒng)級(jí)解決方案。

維修優(yōu)化形式

智能系統(tǒng)可以促進(jìn)機(jī)隊(duì)中進(jìn)行最優(yōu)的低成本機(jī)器維修?？鐧C(jī)器、組件和單個(gè)零件的總視圖提供這些設(shè)備狀態(tài)的可視信息，以便在正確時(shí)間、正確地點(diǎn)運(yùn)送最適當(dāng)?shù)牧慵@就降低了零件庫(kù)存要求和維修成本，提升了機(jī)器可靠性水平。智能系統(tǒng)維修優(yōu)化可以與網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)和主動(dòng)分析相結(jié)合，讓工程人員實(shí)施預(yù)先維修程序。

系統(tǒng)恢復(fù)形式

智能系統(tǒng)建立系統(tǒng)范圍的智能信息庫(kù)，可以在遭受沖擊后快速和高效地輔助系統(tǒng)恢復(fù)。比如，在發(fā)生自然災(zāi)害時(shí)，智能儀表、傳感器以及其它智能設(shè)備與系統(tǒng)可用于快速探測(cè)并隔離最大的問(wèn)題。地理信息和運(yùn)行信息可以結(jié)合起來(lái)支持功能恢復(fù)工作。

學(xué)習(xí)形式

網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)效果是智能系統(tǒng)中機(jī)器互連的另一個(gè)好處。每臺(tái)機(jī)器的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)可以集合到單個(gè)信息系統(tǒng)中，加速各臺(tái)機(jī)器的學(xué)習(xí)。比如，從飛機(jī)上收集的帶有位置和飛行歷史的數(shù)據(jù)可以提供在各種環(huán)境下飛機(jī)性能的大量信息。數(shù)據(jù)挖掘結(jié)論可以用于讓整個(gè)系統(tǒng)變得更智能，從而推動(dòng)知識(shí)積累和結(jié)論實(shí)施的持續(xù)進(jìn)行。

（3）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(xiàn)。做出智能決策時(shí)，足夠的信息從智能設(shè)備和系統(tǒng)中收集并促進(jìn)以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的學(xué)習(xí)，使得部分機(jī)器和網(wǎng)絡(luò)級(jí)運(yùn)行職能從操作人員那里轉(zhuǎn)移到可靠的數(shù)字系統(tǒng)。智能決策是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的長(zhǎng)期愿景，它是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的元素按設(shè)備、按系統(tǒng)組合的過(guò)程中所收集知識(shí)的頂點(diǎn)。

上述三個(gè)數(shù)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(shè)備產(chǎn)生并交互智能信息，智能系統(tǒng)通過(guò)智能信息實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間智能設(shè)備的協(xié)同，具備知識(shí)學(xué)習(xí)功能的智能決策處理智能信息并實(shí)現(xiàn)整個(gè)智能系統(tǒng)的全方位優(yōu)化。

四、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的現(xiàn)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(xiàn)：第一，提高能源的使用效率；第二，提高工業(yè)系統(tǒng)與設(shè)備的維修和修護(hù)效率；第三，優(yōu)化并簡(jiǎn)化運(yùn)營(yíng)，提高運(yùn)營(yíng)效率。比如對(duì)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(xiàn)節(jié)省300億美元燃油成本的目標(biāo)。

GE公司還為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)描繪了美好的經(jīng)濟(jì)前景，據(jù)其2012年的預(yù)測(cè)，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(guó)人的平均收入比當(dāng)前提高25%~40%；如果世界其它地區(qū)能確保實(shí)現(xiàn)美國(guó)生產(chǎn)率增長(zhǎng)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。

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(shù)字元素：智能設(shè)備、智能系統(tǒng)、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(shù)據(jù)”與基于機(jī)器的分析方法結(jié)合在一起。管理和分析高頻實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的強(qiáng)大能力讓系統(tǒng)對(duì)運(yùn)行狀態(tài)的洞悉上升到新臺(tái)階，基于機(jī)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(shù)據(jù)”工具集相結(jié)合，使工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)能夠同時(shí)利用歷史數(shù)據(jù)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。在數(shù)字的智能設(shè)備、系統(tǒng)和決策與物理的機(jī)器、設(shè)施、機(jī)隊(duì)和網(wǎng)絡(luò)完全結(jié)合之后，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將發(fā)揮最大威力，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(jì)發(fā)展，所謂美國(guó)版“工業(yè)4.0”也將從這一點(diǎn)上助力美國(guó)實(shí)現(xiàn)智能制造的美好愿景。