近年來，為了重塑美國制造業(yè)的全球競爭優(yōu)勢，美國啟動了制造業(yè)振興戰(zhàn)略，加快發(fā)展技術密集型先進制造業(yè)，實現(xiàn)再工業(yè)化。作為先進制造業(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(tǒng)、工業(yè)機器人、先進測量與分析、智能制造系統(tǒng)集成等智能制造關鍵要素的發(fā)展進行系統(tǒng)支持。

作為世界最大的多元工業(yè)集團，為了在開創(chuàng)和全面推進高技術戰(zhàn)略智能化工業(yè)的時代進程中發(fā)揮主導力量，GE公司依托龐大的產業(yè)鏈、產品體系和技術實力，提出了自己的“工業(yè)互聯(lián)網”概念，與美國政府的戰(zhàn)略舉措相呼應。在GE公司的未來構想中，工業(yè)互聯(lián)網將通過智能機床、先進分析方法以及人的連接，深度融合數(shù)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，啟動了工業(yè)互聯(lián)網的開發(fā)，包括平臺、應用以及數(shù)據(jù)分析。2012年11月，GE發(fā)布《工業(yè)互聯(lián)網—沖破思維與機器的邊界》報告，將工業(yè)互聯(lián)網稱之為200年來的“第三波”創(chuàng)新與變革。2013年，GE宣布將在未來3年投入15億美元開發(fā)工業(yè)互聯(lián)網，并于同年發(fā)布《工業(yè)互聯(lián)網@工作》報告，對工業(yè)互聯(lián)網項目要開展的工作進行了細化。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)網聯(lián)盟。2014年末，GE發(fā)布了《2015工業(yè)互聯(lián)網觀察報告》，強調了大數(shù)據(jù)分析在工業(yè)互聯(lián)網中的作用，并且針對賽博安全、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指南。

一、工業(yè)互聯(lián)網的概念淺析

GE公司認為，“工業(yè)互聯(lián)網”是兩大革命中先進技術、產品與平臺的結合，即工業(yè)革命中的機器、設施與網絡和互聯(lián)網革命中的計算、信息與通信。“工業(yè)互聯(lián)網”是數(shù)字世界與機器世界的深度融合，其實質也是工業(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(shù)據(jù)和機器連接起來，形成開放而全球化的工業(yè)網絡，其內涵已經超越制造過程以及制造業(yè)本身，跨越產品生命周期的整個價值鏈，涵蓋航空、能源、交通、醫(yī)療等更多工業(yè)領域。

“智能”是工業(yè)互聯(lián)網的關鍵詞，GE正在飛機發(fā)動機上詮釋“智能”的概念。飛機發(fā)動機上的各種傳感器會收集發(fā)動機在空中飛行時的各種數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛?，經過智能軟件系統(tǒng)分析，可以精確地檢測發(fā)動機運行狀況，甚至預測故障，提示進行預先維修等，以提升飛行安全性以及發(fā)動機使用壽命。圖1展示了這種“智能”的概念。

二、工業(yè)互聯(lián)網的核心元素

工業(yè)互聯(lián)網具備的三個核心元素是智能機器、先進分析方法以及工作中的人（或者稱作“高知勞動力”）。GE認為盡管對工業(yè)互聯(lián)網的討論聚焦在機器和數(shù)據(jù)上，但工作中的人也同等重要，事實上，只有改變人們工作的方式，工業(yè)互聯(lián)網才能實現(xiàn)上述價值。由于互聯(lián)網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)網將轉變人們在工作場所利用信息和進行協(xié)同的方式。

智能機器

利用先進傳感器、控制器和軟件程序連接世界大量機器（機床）、設施、機隊（車船）和網絡。

先進分析方法

在材料科學、電子工程以及其它關鍵學科中利用基于物理的分析方法、主動算法、自動化和深域技術，理解機床和大系統(tǒng)如何運行。

工作中的人

隨時連接在工業(yè)設施、辦公室、醫(yī)院或移動中工作的人們，支持更加智能的設計、操作、維修以及更高質量的服務與安全性。

對于工作中的人—高知勞動力來說，使其達到新的生產率和決策水平有一系列使能技術，包括：云計算、移動性、智能機器、存在與位置感知、協(xié)同和社交軟件、虛擬現(xiàn)實與數(shù)據(jù)可視化以及可穿戴設備和機器人。這些技術在工業(yè)互聯(lián)網中的越來越多地組合使用。

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，構建自身的數(shù)據(jù)分析能力。“工業(yè)互聯(lián)網”的這三個核心元素恰恰反映了這一點，因為它關注的更多的是“軟”的部分，即機器中的傳感與控制網絡、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)網的革命特征

GE公司認為工業(yè)互聯(lián)網是200年來繼工業(yè)革命和互聯(lián)網革命之后的第三波創(chuàng)新與變革。第一波工業(yè)革命中，機器和工廠占據(jù)主角；第二波互聯(lián)網革命中，計算能力和分布式信息網絡占據(jù)主角；第三波工業(yè)互聯(lián)網革命中，基于機器的分析方法所體現(xiàn)的智能占據(jù)主角，以智能設備、智能系統(tǒng)、智能決策這三大數(shù)字元素為顯著特征。

（1）智能設備

為工業(yè)機床提供數(shù)字儀器是工業(yè)互聯(lián)網革命的第一步，分布廣泛的儀器是工業(yè)互聯(lián)網興起的一個必要條件。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、開發(fā)先進分析方法。

理解智能設備產生的大量數(shù)據(jù)是工業(yè)互聯(lián)網實施的關鍵之一，工業(yè)互聯(lián)網可以想象成是數(shù)據(jù)流、軟件流、硬件流和信息流及其交互。數(shù)據(jù)從智能設備和網絡獲取，使用大數(shù)據(jù)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、網絡、個人或集體之間共享，方便進行智能協(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(tǒng)運行或維修的擴展數(shù)據(jù)，這個信息反饋回路可以使機床“學習”經驗，通過機上控制系統(tǒng)表現(xiàn)得更佳智能。

每個儀器設備都將產生大量數(shù)據(jù)，通過工業(yè)互聯(lián)網傳輸?shù)竭h程機床和用戶分析或存儲。工業(yè)互聯(lián)網實施中的重要一環(huán)就是確定什么數(shù)據(jù)留在設備中，留在本地的數(shù)據(jù)規(guī)模是確保工業(yè)互聯(lián)網安全的關鍵之一，創(chuàng)新技術可以允許敏感數(shù)據(jù)保留在機床上。這些數(shù)據(jù)流將慢慢成為運行和績效歷史，讓操作員更好地理解工廠中關鍵機床的運行信息和條件。分析工具將這些信息與類似機床的運行歷史進行比較，可以可靠地估算機床的故障情況。運行數(shù)據(jù)、主動分析方法以這種方式組合起來，避免計劃外停工，降低維修成本。

（2）智能系統(tǒng)

智能系統(tǒng)包括許多傳統(tǒng)的網絡化系統(tǒng)，同時也包括在機隊和網絡間廣泛部署且內置軟件的機械裝置的組合，隨著加入工業(yè)互聯(lián)網的機床和設備增加，機械裝置在機隊和網絡間的協(xié)同效應就可以實現(xiàn)。智能系統(tǒng)有幾種不同的形式：

網絡優(yōu)化形式

智能系統(tǒng)中的互連機床可以協(xié)同運行，實現(xiàn)網絡級的運行效率。智能系統(tǒng)還適合在運輸網絡中進行路線優(yōu)化，互連的運載器（如車輛）會知曉它們自己的位置和目的地，而且系統(tǒng)中的其它運載器也會得到提醒，從而實現(xiàn)進行路線優(yōu)化，找到最高效的系統(tǒng)級解決方案。

維修優(yōu)化形式

智能系統(tǒng)可以促進機隊中進行最優(yōu)的低成本機器維修?？鐧C器、組件和單個零件的總視圖提供這些設備狀態(tài)的可視信息，以便在正確時間、正確地點運送最適當?shù)牧慵?，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(tǒng)維修優(yōu)化可以與網絡學習和主動分析相結合，讓工程人員實施預先維修程序。

系統(tǒng)恢復形式

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

學習形式

網絡學習效果是智能系統(tǒng)中機器互連的另一個好處。每臺機器的運行經驗可以集合到單個信息系統(tǒng)中，加速各臺機器的學習。比如，從飛機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)境下飛機性能的大量信息。數(shù)據(jù)挖掘結論可以用于讓整個系統(tǒng)變得更智能，從而推動知識積累和結論實施的持續(xù)進行。

（3）智能決策

工業(yè)互聯(lián)網的威力將在智能決策中實現(xiàn)。做出智能決策時，足夠的信息從智能設備和系統(tǒng)中收集并促進以數(shù)據(jù)驅動的學習，使得部分機器和網絡級運行職能從操作人員那里轉移到可靠的數(shù)字系統(tǒng)。智能決策是工業(yè)互聯(lián)網的長期愿景，它是工業(yè)互聯(lián)網的元素按設備、按系統(tǒng)組合的過程中所收集知識的頂點。

上述三個數(shù)字元素有遞進的意味，將其相互串起來的是智能信息。智能設備產生并交互智能信息，智能系統(tǒng)通過智能信息實現(xiàn)系統(tǒng)間智能設備的協(xié)同，具備知識學習功能的智能決策處理智能信息并實現(xiàn)整個智能系統(tǒng)的全方位優(yōu)化。

四、工業(yè)互聯(lián)網的現(xiàn)實意義

從創(chuàng)造價值的角度來看，工業(yè)互聯(lián)網的價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)與設備的維修和修護效率；第三，優(yōu)化并簡化運營，提高運營效率。比如對于航空業(yè)來說，到2027年，工業(yè)互聯(lián)網就能夠助其實現(xiàn)節(jié)省300億美元燃油成本的目標。

GE公司還為工業(yè)互聯(lián)網描繪了美好的經濟前景，據(jù)其2012年的預測，如果工業(yè)互聯(lián)網能夠使生產率每年提高1%~1.5%，那么未來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(qū)能確保實現(xiàn)美國生產率增長的一半，那么工業(yè)互聯(lián)網在此期間會為全球GDP增加10萬億~15萬億美元。

回到智能制造上來說，“工業(yè)互聯(lián)網”的意義在于提出了三大智能制造的數(shù)字元素：智能設備、智能系統(tǒng)、智能決策，并描繪了三者集成的未來。通過這些元素的集成，工業(yè)互聯(lián)網將把“大數(shù)據(jù)”與基于機器的分析方法結合在一起。管理和分析高頻實時數(shù)據(jù)的強大能力讓系統(tǒng)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程帶來新的維度，讓先進分析與“大數(shù)據(jù)”工具集相結合，使工業(yè)互聯(lián)網能夠同時利用歷史數(shù)據(jù)與實時數(shù)據(jù)。在數(shù)字的智能設備、系統(tǒng)和決策與物理的機器、設施、機隊和網絡完全結合之后，工業(yè)互聯(lián)網將發(fā)揮最大威力，釋放全部潛能。屆時，生產率提高、成本降低和廢物排放的減少所帶來的效益將帶動整個工業(yè)經濟發(fā)展，所謂美國版“工業(yè)4.0”也將從這一點上助力美國實現(xiàn)智能制造的美好愿景。