PDF《工业互联网》

工业互联网 打破智慧与机器的边界 Peter C.

Evans与Marco Annunziata 目录 一.综述 1-2 二.创新和生产力:下一步是什么? 3-4 三.创新和变革浪潮 5-10 第一次:工业革命 第二次:互联网革命 第三次:工业互联网 四.机会有多大?三种视角 11-16 经济视角 能源消耗的视角 硬件设施视角:旋转设备 五.工业互联网的收益 17-28 工业部门的收益:1%的威力 商用航空 轨道交通 电力 石油天然气的开发与配送 医疗 经济效益:下一波生产力大爆发 生产力发展的衰退 互联网革命 怀疑论者的回归 工业互联网:下一波浪潮来临 会带来多大的不同? 工业互联网与高端制造业 对全球经济的影响 商业实践和商业环境的角色 六.动力、催化剂和条件 29-31 创新 基础设施 网络安全管理 人才培养 七.结论

32 八.尾注与致谢 33-35 结合起来,这些发展汇集了三大元素,这 充分体现了工业互联网的精髓: 智能机器:将世界上各种机器、设备组、 设施和系统网络与先进的传感器、控制和 软件应用程序相连接的新方式. 高级分析:利用物理分析、预测算法、自 动化以及材料科学、电气工程及其它了解 机器及更大系统运转方式所需的重点学科 的深厚专业知识. 工作中的人:在任何时候将人相连― 无论他们在工业设施、办公室、医院工 作还是在行进中―以支持更加智能的设 计、运营、维护,以及更高质量的服务和 安全性. 连接并整合这些元素为各种企业和经济体 提供了新的机遇.例如,传统统计方法使 用的是历史数据收集技术,这种方式往往 在数据、分析和决策之间存在孤立性.由 于系统监测已得到改进并且信息技术的成 本有所下降,支持越来越多实时数据的能 力得到了提高.高频率实时数据让人们在 全新的高度了解系统运行情况.基于机器 的分析为分析流程带来了另一种维度.物 理方法、深厚的特定行业领域专业知识、 随着工业互联网的崛起,世界正处在通向 新的创新与变革时代的门口,这要归功于 全球工业系统与先进的计算、分析、低成 本传感技术以及全新互联网连接融合的结 果.数字世界与机器世界的更深层次融合 有可能对全球产业带来深刻的变革,并对 日常生活的方方面面产生影响,其中包括 我们许多人的工作方式.这些创新有望为 航空、铁路运输、电力、石油和天然气开 发,以及医疗等各个行业带来更快的发展 速度和更高的效率.无论是在美国还是中 国,无论是非洲的大城市还是哈萨克斯坦 的乡村地区,工业互联网有望推动更强劲 的经济增长、提供更好更多的就业机会, 并提高人们的生活水平. 通过使用更低成本带来更好的医疗效果、 大量节约燃料和能源,以及使用性能更 好、寿命更长的硬件设施,工业互联网将 进一步提高效率,就像工业革命和互联网 革命那样加快生产力增长.生产力的提高 意味着更快地提高人们的收入和生活水 平.在美国,如果工业互联网能够使生产 率每年提高1-1.5%,使其重回互联网革命 时期的峰值水平,那么未来20年,它将 使平均收入比当前水平提高25-40%.随 着创新意识在全球范围的扩散,如果世界 其它地区能确保实现美国生产率增长的一 半,那么工业互联网在此期间会为全球 GDP增加10-15万亿美元―几乎是当今 美国经济的规模.在当今富有挑战性的经 济环境中,即使确保实现一小部分生产力 提高,也能在个人层面和整个经济层面带 来极大的益处. 下一波浪潮 这可能吗?工业互联网汇集了两大革命的 进步:工业革命带来的无数机器、设备 组、设施和系统网络,以及互联网革命中 涌现出的计算、信息与通信系统更强大的 进步. 更多信息流自动化,以及预测功能的整合 可加入现有的 大数据 工具套件.其结 果就是:工业互联网包括传统方式以及最 新混合方式,以便通过特定行业的高级分 析来充分利用历史数据和实时数据. 构建模块和 旋转设备 工业互联网最开始是将传感器及其它先进 的仪器仪表(从简单到复杂)嵌入各种机 器.这能够收集并分析海量数据,用来改 进机器性能,并不可避免地提高将其连接 在一起的系统和网络的效率.甚至数据本 身能够变得 智能 ,立即知道自己需要 抵达哪些用户. 仅在航空领域就有巨大潜力.目前约有 20,000架商用飞机,其中包含43,000个商 用喷气发动机.每个喷气机发动机包含3 个分别安装仪器仪表和监测的主要旋转设 备.试想一下 智能飞机 可以与操作员 进行通信时,发动机维护、燃料消耗、机 组分配和调度的效率.这还只是当前的情 况.未来15年,随着全球范围对航空服务 的需求不断提高,将有30,000个新的喷气 发动机投入服务.

一、综述

图表1 工业互联网的关键元素 智能 机器: 将世界上各种机器、设备组、设施 和系统网络与先进 的传感器、控制和 软件应用程序相连 接1高级 分析: 利用物理分析、预 测算法、自动化以 及材料科学、电气 工程及其它了解机 器及更大系统运转 方式所需的重点学 科的深厚专业知识

2 工作中 的人: 在任何时候将人相 连――无论他们在 办公室还是在行进 中――以支持更加 智能的设计、运营、维护,以及更 高质量的服务和安 全性

3 1 在人类历史发展的大部分时间里,生产力 的增长几乎难以觉察,生活水平的提升也 非常缓慢.大约200年前,发生了创新的 飞跃性变化:工业革命.在此期间,人和 动物的劳力作业被机器动力所替代.工业 革命是分阶段展开的,为我们带来了蒸汽 机、内燃机,以及后来的电报、电话和电 力.生产力和经济增长急剧加速.到17世 纪初,西方经济体中的人均收入水平花了 800年时间才翻了一番;

而随后的150年, 人均收入水平增长了13倍.但是上世纪70 年代,在当时处于生产力前沿的美国,生 产力的增长却逐渐停止了. 随着计算能力和全球互联网(依赖于信息 存储、计算和通信技术的突破)的崛起, 最近发生了第二个创新飞跃性变化.它对 生产力的影响更为强烈,但是似乎只在10 年后――大约在2005年――就失去了上升 势头. 现在,有些人认为这就是故事结局.他们 承认企业和经济体从过去创新浪潮中受益 显著,但是并不看好生产力未来增长的潜 力.他们认为,工业革命带来的变革是一 次性的,其收益已经实现了;

互联网革命 已经谢幕了,它所带来的创新远不像工业 革命那样具有颠覆性、能够将生产力提升 很多. 我们并不同意这一观点.在本文中,我们 研究了新一类生产力增长的潜力.我们特 别提出了工业革命的成果,及其带来的机 器、设施和系统网络是如何与互联网革命 的最新成果(智能设备、智能网络和智能 决策)相融合的.我们将这种融合称为工 业互联网.我们强调的证据表明:各种创 新都能对企业和全球经济产生显著效益. 我们认为,持怀疑态度的人过早得出了一 个结论,即:生产力不会再增长.就像工 业革命一样,互联网革命将以动态方式展 开――我们现在正处于一个转折点. 一些发生作用的力量将解释为何工业互 联网会在今天发生.机器的能力还没有 充分的发挥.长期以来的效率低下问题 更多地出现在系统层面,而不是个体机 器层面.其复杂性已超出人类操作者识 别并减少这些效率低下的能力.尽管这 些因素使得在传统方式取得改进更加困 难,但是它们正在创造激励措施,以便运用互联网创新从而得到新的解决方 案.计算、信息和电信系统现在可支持 各种仪器仪表、监测和分析.仪器仪表 的成本已大幅下降,从而有可能更大规 模配备并监测工业机器.处理能力的提 高势头有增无减,并达到有可能通过数 字智能而增强机器的水平.可处理大量 信息的远程数据存储、大数据集和更先 进的分析工具日趋成熟,并且应用更加 广泛.这些变化相结合,用于机器、设 施和系统网络时,将创造激动人心的新 机会. 仪器仪表成本的快速下降与云计算的影响 力的上升相辅相成,这让我们能够以更低 成本收集并分析更多数据.与上世纪90年 代后五年推动快速采用信息与通信技术设 备相比,它创造了一个成本下降的趋势, 而这将加速工业互联网的发展.移动革命 也将加速成本下降趋势,使其更加经济实 惠地高效共享信息,并导致分散优化和个 性化优化.对工业设施、分布式能源和个 性化便携式机器的远程监测和控制只是其 中一些最有说服力的示例.

二、 创新和生产力:下一步是什么? 处理能力的提高势头 有增无减,并有可能 达到通过数字智能而 增强机器的水平. 机车、联合循环电厂、能源加工厂、工 业设施及其它重要资产中也有类似安装 仪器仪表的机会.总体来说,当今全球 工业资产库中约有超过300万个 旋转设 备 ―所有这些只是工业互联网可支持 的设备的一小部分. 1%的威力 机器与分析相结合的收益是多方面的,也 是显著的.我们估计,工业互联网的技术 创新将在规模高达32.3万亿美元的领域内 得到直接应用.随着全球经济的发展,工 业互联网的潜在应用也将扩大.到2025 年,工业互联网的应用领域将达82亿美元 的规模,或占全球经济的一半. 保守看待特定行业的收益是有益的.即使 工业互联网只能让效率提高百分之一,其 效益也将是巨大的.例如,仅在商用航空 领域,未来15年,节约百分之一的燃油就 意味着节约300亿美元的成本.同样,全 球所有天然气电厂的效率提高百分之一, 就意味着节约价值660亿美元的燃油.通 过提高流程的效率,全球医疗行业也将受 益于工业互联网:全球医疗效率提高百分 注:基于全球具体行业节约1% 来源:GE估计 表1 工业互联网:1%的威力 部门 15年内的估计价值 (单位:10亿名义美元) 节约种类 行业 商用 300亿美元 节约1%的燃料 航空 天然气发电 660亿美元 节约1%的燃料 电力 整个系统 630亿美元 系统效率提高1% 医疗 货运 勘探与开发 270亿美元 900亿美元 系统效率提高1% 资本支出降低1% 铁路 石油天然气 主要部门的潜在收益 之一,就意味着节约630亿美元的医疗成 本.在全球铁路运输行业,如果效率提高 百分之一,则意味着节约270亿美元的燃 料.最后,产业上游的石油和天然气勘探 开发的资本利用率提高百分之一,就可避 免或推迟900亿美元的资本支出.这些仅 仅是有可能实现的几个例子. 广泛的全球收益 作为重要创新的发起者和先行者,美国位 于工业互联网的前沿.鉴于越来越深入的 全球一体化以及更快速的技术转移,带来 的收益将是全球性的.事实上,由于新兴 市场大量投资基础设施,尽早快速采用工 业互联网技术会成为一个强大的放大器. 可能有机会避免发达经济体所经历的某些 发展阶段.例如,通过直接使用无线技 术,可能会避免使用电缆或电线.或者, 目前提供的私有、半公共或公共云系统有 可能不再需求孤立系统.从而更快弥合发 达和新兴国家之间生产力的差距.在这个 过程中,工业互联网将缓解资源和财务限 制,使强大的全球经济的增长能够实现可 持续发展. 动力和催化剂 工业互联网的实现需要一系列关键动力和 催化剂: ? 必须在技术创新方面持续努力,并且投 资部署必要的传感器、仪器仪表和用户 界面系统.投资是将新技术快速转化为 资本存量的一个基本条件.工业互联网 的发展步伐最终决定于 自身的高性价 比,以及使当前方式受益 .部署工业 互联网的成本取决于具体领域和具体地 区,但我们假设:部署成本将会为投资 技术的资金带来积极的回报. ? 一个强大的网络安全系统和方案,用来 管理漏洞并保护敏感信息和知识产权. ? 强大的人才储备,包括将机械和工业 工程整合为新的 数字-机械工程师 跨部门职位,创建分析平台和算法的 数据科学家,以及软件和网络安全专 家.为工作人员赋予这些技能将有助 于确保创新再次创造更多就业机会并 提高生产力. 这将需要资源和大量工作,但是工业互联 网能够改变我们的产业和生活――打破智 慧与机器的边界.

3 2 要想充分认识其潜力,重要的是要考虑全 球工业系统会变得有多大.现在,全球有 数百万台机器,从简单的电动机一直到医 疗行业使用的最先进的计算断层(CT)扫 描仪;

有数十万设施,从发电厂,一直到 在全球运送人员和货物的飞机;

还有数千 个复杂网络,从电网到铁路系统,将机器 与设施连接到一起. 工业互联网将帮助工业系统的每个层面都 更好地运行.它将通过优化检查、维护和 维修流程而提高资产的可靠性.它将在设 施层面以及更大的系统网络上提高运营效 率. 条件现已成熟,早期证据表明:新一轮创 新浪潮已经来临.在后面的文章里,我们 提出了一个思考工业互联网将如何开展的 框架,以及它为企................