隨著“互聯網+”概念的提出和《中國制造2025》的發布，“互聯網+”制造、智能制造、工業互聯網等概念成為當前最熱的“風口”。這些概念之間有何關聯，工業互聯網發展的技術要素有哪些，我國工業互聯網發展的難點何在，推動工業互聯網發展又可采取怎樣的路徑，本文試圖對上述問題逐一探討并試圖解答。

  定義工業互聯網

  工業互聯網概念最初由美國通用電氣(GE)公司于2012年提出，指在物聯網的基礎上，綜合應用大數據分析技術和遠程控制技術，優化工業設施和機器的運行和維護，提升資產運營績效。工業互聯網概念的提出，首先是GE自身作為老牌工業設備制造商，為應對經營成本不斷上升、運營回報率持續承壓的挑戰所選擇的戰略轉型方向。GE認為其兼具工業知識儲備和軟件分析能力的優勢，希望通過倡導工業互聯網對工業設備市場和行業的發展進行引導，幫助其客戶實現營運效率和業務模式創新提升的同時，將自身轉型成為一家專門提供分析和預測服務的軟件公司，從而獲得新的發展空間。正如GE工業互聯網大中華區總經理楊濤所言，工業互聯網的提出，“是行業競爭大環境不斷演變和軟硬件技術日趨成熟、相互作用而形成的必然結果，而不是消費互聯網的衍生品”。

  工業互聯網概念自誕生之初，便著眼于利用新一代信息技術滿足制造業發展亟須提升效率、優化資產和運營的迫切需求，順應了科技產業的發展大勢。在GE的推動下，AT&T、思科、IBM、Intel及GE自身等5家分別來自電信服務、通信設備、工業制造、數據分析和芯片技術領域的行業龍頭企業，聯手組建了帶有鮮明“跨界融合”特色的工業互聯網聯盟，旨在制定通用標準，打破技術壁壘，利用新一代信息通信技術激活傳統工業過程，促進物理世界和數字世界的融合，目前吸引了全球制造、通信、軟件等行業159家骨干企業的加入。工業互聯網聯盟的組建，使得工業互聯網突破了GE一家公司的業務局限，內涵拓寬至整個工業領域。

  在我國，隨著李克強總理在2015年《政府工作報告》中明確提出制定“互聯網+”行動計劃和國務院5月份印發了《中國制造2025》，工業互聯網與“‘互聯網+’工業”、智能制造等發展熱點密切關聯，其概念內涵又進一步豐富。工信部部長苗圩在解讀《中國制造2025》時指出，“工業互聯網是順應新一輪工業革命和產業變革的一個重點發展領域，也是政府工作報告中提到的“互聯網+”最早實現的行業之一”，“工業互聯網的應用和發展可從兩個方面切入實現融合發展：第一個方面，就是智能制造;第二個方面，就是把互聯網引導到工業企業、工業行業中去?！睆拿幺撞块L的解讀可以看出，我國的“工業互聯網”就是“‘互聯網+’工業”，而其內涵不僅包含利用工業設施物聯網和大數據實現生產環節的數字化、網絡化和智能化(即德國工業4.0描述的智能工廠)，還包括利用消費互聯網與工業融合創新，實現制造產品的精準營銷和個性化定制，通過重塑生產過程和價值體系，推動制造業的服務化發展。

  四大技術要素支撐發展

  物聯網。物聯網是工業互聯網發展的基礎，主要解決工業數據的采集和傳遞。數據的采集主要通過各類不同精度、不同工況要求的傳感器來實現，即物聯網的感知層;數據的實時傳遞可采用工業以太網、現場總線等技術實現，非實時性的數據傳遞可以通過普通局域網或者無線的3G/4G、LTE-M、WiFi等技術實現，即物聯網的網絡層。

  智能機器。智能機器是工業互聯網發展的載體。一方面，機器是可感知并且具備一定數據處理能力的。工業設備能夠實時采集設備的動態運行數據，并根據預置的模型自主選擇要回傳到遠程地點進行分析和存儲的數據。另一方面，機器是數控可編程的，能夠根據自身傳感的反饋或者遠程發送的數字指令執行相應的動作。

  數據保存與處理分析。對大數據收集后的分析挖掘是工業互聯網的核心價值。面對海量的工業動態數據，需要建立融合以往生產工藝經驗和行業應用知識的數據篩選和分析模型，其中篩選模型部署在設備端，在海量數據中根據需要找到最關鍵的核心數據回傳，節省傳送費用和分析成本;分析模型部署在遠程計算中心，根據經驗知識模型預測設備的行為并提出干預建議。

  功能和信息安全。與傳統制造相比，工業互聯網環境下的智能制造是信息技術的集合體，面臨著新的威脅。通過互聯網和物聯網等信息通道，黑客可能攻擊智能制造系統的控制層軟件漏洞，從而影響裝備的控制和運行，造成功能安全風險;也可能攻擊應用層軟件漏洞，取得關鍵制造行業的敏感數據、設備運行情況和用戶使用信息等，造成重大泄密風險。功能和信息安全技術已成為智能制造發展的關鍵支撐要素。

  總體來看，工業互聯網發展雖然仍需克服一些技術上的困難，但從全球范圍看，支撐工業互聯網發展的各項軟硬件技術基本上是成熟的。工業互聯網發展的關鍵是應用，突出需要解決的問題是制定通用標準，打破行業、技術的壁壘。

  四個層級實現互聯互通

  從技術上，工業互聯網打通從生產到企業運營的全流程環節需要在四個層級分別智能化或互聯互通：層級一是設備層面上的智能機器，對于流程型工業比如包括智能儀表、現場儀表、調試工具、各類數控閥門等;對于離散型工業比如包括工業機器人、數控機床設備等，它們的主要功能是實現具體的數據采集和控制動作。層級二是車間層面上的控制系統，比如包括安全儀表系統(SIS)、分散式控制系統(DCS)、組態監控系統(SCADA)、各類PLC控制系統等，它們的主要功能是把設備的監控信息集成，通過控制算法來實現自動實時的智能控制。層級三是工廠層面的生產執行系統(MES)，它的主要功能是實現生產任務的調度和執行。層級四是企業層面的集成應用軟件，比如包括ERP、CRM、業務管理應用平臺、電子商務平臺等，它們的主要功能是幫助企業面向市場營銷需求統籌調度各類企業資源。我國工業互聯網發展的要點也蘊含其中。

  智能機器層面，工業自動化水平亟待提高。工業互聯網發展以工業自動化、信息化發展為前提。我國工業自動化和信息化水平整體不高，不同地區、不同行業的發展也不平衡，僅考慮為傳統設備加裝傳感器一項，便對企業的技術和資金實力提出較高的要求。另一方面，我國在高精度智能儀表、工業機器人、高端數控機床等領域，尚未完全掌握自主核心技術，相關零部件及整體解決方案的價格短期內無法降低。

  車間控制層面，萬物互聯亟須制定通用通信標準架構。傳統工業網絡環境中接入的設備是標準化程度較高的工控機，而工業互聯網環境下接入的設備是非標的傳感器和各類生產設備，其數量龐大且類型豐富。從技術上，工業以太網協議或現場總線協議均可通過擴容升級解決大量設備的接入需求;但從應用的角度，工業互聯網環境下的萬物互聯亟須一個通用的通信標準協議架構，便于其他非通信領域的廠商同步開發其他應用服務。

  工廠調度層面，MES亟須破解定制成本難題。MES是打通制造層面和企業層面兩套信息化系統的關鍵橋梁。MES以下的生產數據是實時的、動態的，數據量很大，但是價值密度低，屬于工業大數據范疇。MES以上的ERP數據是靜態的，結構化的。MES系統需要選擇哪些數據須在制造控制系統和ERP之間傳遞，并為這些數據制定統一的標準。由于每家工業企業的ERP和生產系統都是非標的，已經經過了高度定制化，因此MES的實施也必須根據每家企業的具體情況去定制，這就帶來極其高昂的成本。另外，從工業企業的現階段需求來看，投資MES打通全數據環節的需求并不是最迫切的，我國大部分企業可能現階段更愿意在MES以下投資，比如機器換人、加強集成監控和自動控制水平等，以提高安全生產的效率;或者在MES以上投資，比如升級ERP系統的功能，部署供應鏈協同或者采購新的客戶關系管理系統以擴大市場營銷能力等。

  企業集成應用層面，避免出現信息孤島。在企業內網的集成應用平臺之間，比如ERP、PLM、CAD等軟件系統之間要做到格式相互兼容。在企業外網的電商平臺與內網ERP之間要做到數據的互聯互通。就目前市場上可選擇的產品來說，主流ERP、PLM、CAX廠商產品之間大多預留了接口可以相互兼容，電商平臺解決方案與企業ERP系統也可以實現互聯互通。我國在近年來推進兩化融合的過程中不斷強調采購信息化系統要注意統籌，避免出現新的信息孤島。

  我國工業互聯網的發展路徑

  首先，深入推進兩化深度融合。面向工業互聯網的發展要求，從設備控制、車間組織、工廠調度、企業管理四個層面加強信息化建設，提升生產制造的數字化水平，實現對全生產過程的數字化監控，為工業互聯網的發展奠定基礎。

  其次，加快推進互聯通信標準的研制和推廣。借鑒國際上OPC組織和國際電工委員會(IEC)已經形成的一系列過程控制的工業標準(包括安全標準)，解決不同工業控制器之間的兼容組態，不同傳感器之間的信息傳遞等問題，為工業互聯網的發展掃清技術障礙。

  再次，盡快啟動產業鏈上的數據互通標準化工作。統一數據結構和規范，使得數據不僅能夠通過互聯實現傳遞和交換，還能夠基于統一的結構化標準，能被有效地利用和分析，為工業互聯網發揮協同制造優勢破除行業壁壘。比如上游鋼材廠出廠的鋼板，應與下游汽車制造廠或飛機制造廠采用統一的數據結構描述鋼板性能，用標準來打破行業和技術壁壘，促進融合發展。

  最后，引導工業企業加強流程管理。固化、細化、標準化生產流程環節，為工業大數據的決策反饋提供優化對象。工業互聯網的價值體現在利用對動態工業數據的分析對生產進行優化，企業應把生產流程盡可能細化成便于重組和優化的標準化環節，從而讓大數據的分析結果有用武之地。