3.1 物聯網

在過去50年間，IT技術曾引發了兩次浪潮，深刻影響了企業競爭和戰略。如今我們正站在智能互聯競爭變革的邊緣。在現代信息技術出現之前，產品是機械結構的，價值鏈中的生產活動通過手工操作、機械運轉、紙筆計算和口頭溝通完成。在20世紀60年代到70年代，計算機技術帶來了第一波浪潮，價值鏈中的經營活動，從訂單接單、物料供應、生產制造、財務記賬到貨款支付、產品設計、制造工藝規劃再到生產計劃和排程，都逐漸實現了信息化。生產活動的效率隨之大大提高，通過流程的標準化和再造，整個產品設計、生產制造、質量管控以及售后服務，都可以實現數字化和信息化。在20世紀80年代到90年代，價格低廉、無處不在的互聯網興起，引發了信息技術的第二波浪潮。互聯網的出現，實現了個體生產活動與外部供應商、渠道和客戶之間跨地域的協調與整合。企業甚至可以對全球的供應鏈系統進行緊密整合。計算機和互聯網已經給世界帶來了一場互聯網革命。最近10年，互聯網技術已經深度改變社會、經濟及企業的經營模式，美國的Google和中國的百度，讓獲取信息越來越容易；亞馬遜、阿里巴巴、京東深刻地改變了商業業態，蘋果手機推動移動互聯網，使得信息無處不在。前兩次浪潮促成了巨大的生產效率提升和經濟發展。在這兩次浪潮中，價值鏈發生了變化，但產品本身并沒有受到深刻的沖擊。

3.1.1 智能互聯經濟

在現今的智能互聯浪潮中，信息技術正成為產品本身不可分割的一部分。新一代產品通過內嵌系統和傳感器感知環境和狀態、通過處理器和軟件控制產品的運行，并與互聯網相連，同時產品數據和應用程序在產品云中儲存并運行。海量的產品運行數據讓人們可以挖掘深度的以前不為人所知的規律和知識，一方面能夠通過優化控制提升產品的功能和效能，另一方面為快速的產品迭代升級提供了足夠的決策依據。這些新產品將大大提升企業的經營能力。生產這些產品需要全新的設計、制造、營銷和售后服務流程，同時新的業務流程環節，例如數據分析和安全服務將會誕生，這將重塑現有的價值鏈和業務模式，進而引發設計、制造、營銷、銷售、物流、服務環節等運營效率的大規模提升。因此，智能互聯的物聯網經濟的規模有可能超越前兩次，激發更多創新，實現更大的效率提升。隨著智能互聯產品數量不斷增多，為了闡釋隨之而來的新機遇，“物聯網”一詞應運而生。但它的誕生無助于我們理解這一現象及其影響，無論是涉及物或人，互聯始終是一種傳遞信息的機制。智能互聯產品的獨特之處不在于互聯，而在于“物”，產品的新能力和其產生的數據將開創一個新的競爭時代。物聯網技術的發展是美國的工業互聯網革命、德國人提出工業4.0的最關鍵的技術基礎。

3.1.2 物聯網的概念

1991年美國麻省理工學院的Kevin Ashton教授首次提出物聯網的概念。2005年11月17日，在突尼斯舉行的信息社會世界峰會（WSIS）上，國際電信聯盟（ITU）發布《ITU互聯網報告2005：物聯網》，引用了“物聯網”的概念。2009年2月24日，2009 IBM論壇上，IBM大中華區首席執行官錢大群公布了名為“智慧的地球”的最新策略。此概念一經提出，即得到美國各界的高度關注，甚至有分析認為IBM公司的這一構想極有可能上升至美國的國家戰略，并在世界范圍內引起轟動。2011年，德國人工智能研究中心德特勒夫博士提出工業4.0，更提出基于物聯網技術的信息物理系統概念。

物聯網的概念已經得到了巨大的發展，從開始的感知識別互聯，發展到現在已經延展到智能環境、智能產品，如智能穿戴設備、智能家居、智能工廠、智能社區、智能城市等。

今天，已經有100億臺設備聯網。據預測，在2020年將有超過500億臺設備聯網。設備和產品安裝的一批敏感元件，具備了觸覺、視覺，能夠具備速度、加速度、轉速、空氣的構成、距離的遠近等一系列的智能感知、識別技術與普適計算等技術能力。設備之間、產品與設備之間都可以互通互聯，基于既定的業務規則，通過分布式控制規則，來互相控制。這些信號，通過網絡上傳到數據庫及云端。通過構建的虛擬模型，將這些數據場景化，就可以在服務端創建一個虛擬的場景來模擬監控現實場景的運行，并能夠用虛擬場景來優化控制現實場景。一個能夠檢測、控制、優化的系統自然也就具備了自動化的能力，這就構成了信息物理系統。

現在基于智能內嵌系統的物聯網技術將是正在發生的又一次深度的技術革命。物聯網就是物物互聯，在制造業典型的是擁有智能內嵌系統的設備可以實現設備間聯網、設備和物料間聯網；在消費領域的智能家居、智能穿戴設備；范圍更廣的應用是智能社區、智能城市。

物聯網是由智能互聯產品構成。智能互聯產品不但性能更強、可靠性更佳、利用率更高，而且能提供跨界乃至超越傳統產品的新功能，它們帶來的機遇將幫助企業實現指數級增長。這些截然不同的產品將顛覆現有的企業價值鏈，迫使企業重新思考自身的方方面面，甚至重構組織架構。智能互聯產品還將改變現有的產業結構、業務模式，但在帶來新機遇的同時，也將企業暴露在新威脅之下。現有行業版圖將被重塑，全新行業將會誕生，智能互聯產品將迫使很多公司自問一個最基本的問題：“我們從事的業務到底是什么？”在智能互聯產品時代，如何創造和捕捉價值？產品產生的（高度敏感的）海量數據應該如何被利用和管理？如何改進與傳統業務伙伴，例如渠道商之間的關系？隨著行業邊界的極大拓展，公司在其中應該扮演什么樣的角色？企業將面臨上述一系列新的戰略抉擇。因此，企業不應再局限于技術本身，而應聚焦于競爭本質的變化。

有人預言，物聯網將會“改變一切”，這種言論過于武斷。如同互聯網的出現，智能互聯產品代表了一系列新的技術。然而，競爭和競爭優勢理論并未隨之發生變化。要抓住智能互聯產品的浪潮，公司要更好地理解這些競爭規則。

3.1.3 智能互聯產品

智能互聯產品包含3個核心元素：物理部件、智能部件和連接部件。智能部件能加強物理部件的功能和價值，而連接部件進一步強化智能部件的功能和價值，并讓部分價值和功能脫離物理產品本身存在。這就使得價值提升形成了良性循環。以智能手機為例，玻璃屏幕、攝像鏡頭、揚聲器、電池、耳機、麥克風和機殼等構成物理部件；芯片、軟件、重力儀和陀螺儀等敏感元件和內存等構成智能部件；GPS、無線網、移動網連接模塊構成連接部件。軟件、芯片和內存決定了物理部件的大部分價值，如打游戲、看書、看電影、聽音樂等。再加上能夠定位、連接互聯網，以及移動網絡，我們可以隨時看新聞、上網購物、做金融業務、看網上電影等，加之微信等社交應用，手機的功能和價值又得到大幅提升。如果把用戶手機使用習慣的數據進行存儲、挖掘、我們就可以推出深度的客戶服務，這部分價值已經完全脫離了手機的物理部件。連接部件還包含接口、天線以及有線或無線連接協議。

智能互聯產品正在各個領域涌現。在重工業領域，施耐德的PORT技術最多可將電梯等待時間縮短50%。該技術可以判斷電梯的使用狀態，計算到達目的樓層的最快時間，并指派最合適的轎廂快速運送客人。在機械領域，隧道鉆孔機上安裝了智能監控系統，實時監控全球在地下工作的每臺設備的運行狀態，一旦出現異常，馬上能夠給客戶預警。同時可以進行遠程診斷，并為客戶提供快速精準的維修服務。在能源領域，ABB公司的智能電網可以對發電、變壓和輸電設備產生的大量數據進行分析，例如變壓器和次級變電站的溫度變化。公共設施可以通過這些數據預測可能的過載現象，在斷電前及時調整。在消費電子領域，Big Ass智能電扇可以偵測有人進入房間并自動打開，而且可以根據溫度和濕度調節電扇轉速。此外，電扇可以記錄用戶的偏好，并進行相應的調整。

如今，各個技術領域都取得了突破性發展：傳感器和電池在性能、迷你化和能源效率上的提高；高度集成且低功耗的處理器和數據存儲裝置（微型計算機放入產品之中成為可能）；價格低廉的網絡接口和無線連接；快速軟件開發工具；大數據分析技術；新的IPv6互聯網地址注冊系統給物聯網預留了3400乘以百萬的6次方個新網址。這些創新相互融合，使智能互聯產品的技術可行性和經濟可行性得到大幅提升，智能互聯的物聯網經濟正呼之欲出。要抓住智能互聯產品的浪潮，企業需要構建一套全新的技術能力平臺，它包含3個水平層級：產品內置的硬件、軟件應用和操作系統；用于互聯的網絡通信系統以及產品云（軟件運行在自己的或第三方服務器上），這又包含產品數據庫、軟件應用開放平臺、規則引擎和分析平臺以及脫離產品運行的智能應用。縱貫水平層的是垂直層技術，它們包括身份認證和安全架構；與其他業務系統連接的工具（例如ERP、MES和CRM系統）。有了這些技術，企業不但能實現快速的應用操作和開發，更能收集、分析和分享產品內外各個環節產生的大量數據。要建立并支持這樣的技術能力平臺，企業需要大量投資并獲取新的能力，例如軟件開發、系統工程設計、數據分析以及網絡安全技術，但掌握上述能力的傳統制造企業可謂鳳毛麟角。

智能互聯產品能做什么？“智能”和“互聯”將賦予產品一系列新的功能和能力，主要分為4類：監測、控制、優化和自動。理論上，一個產品可兼具上述4類功能。每一類功能都有自身的意義，并為下一階段的功能打好基礎，例如監測功能是控制、優化和自動的基礎。要實現客戶價值和戰略定位，公司必須選擇要發展的產品功能。下面我們對每一類功能進行分析。

（1）監測。通過傳感器和外部數據源，對產品的狀態、運行和外部環境進行全面監測。在數據的幫助下，一旦環境和運行狀態發生變化，產品就會向用戶或相關方發出警告。監測功能還能讓公司或客戶追蹤產品的運行狀態和歷史，更好地了解產品的使用狀況。監測數據對產品設計（減少過度開發）、市場分層（通過分析和使用模式對客戶進行分類）和售后服務（更準確地診斷故障部件，提高首次維修率）都有極重要的意義。這些數據還可以減少售后服務糾紛；此外，通過發現產能飽和以及產品利用率過高等現象，公司得以開拓新的商機。在一些產品中，例如醫療儀器，監測功能是產品價值的核心要素。美敦力公司（Medtronic）的數字血糖儀通過植入患者皮下的傳感器，可以測量組織液中的血糖水平，并可通過無線連接向患者或醫生發出警告。在患者血糖達到危險水平前，血糖儀可以提前最多30分鐘發出警告，讓患者接受及時的治療。有時，監測功能可以在遠距離跨越多個產品。德國MTS盾構機公司在美國公司的產品上部署了大量的傳感器，來監控設備的運行，包括環境、設備狀態、運行參數、儀器儀表等，數據不間斷地發送回公司的數據庫。MTS基于此實時監控全球各地的設備運行狀況，并為客戶提供遠程服務和及時服務，確保客戶的設備處于良好的運行狀態。

（2）控制。人們可以通過產品內置或產品云中的命令和算法進行遠程控制。算法可以讓產品對條件和環境的特定變化做出反應。例如當壓力過高時，自動關閉閥門；當車庫流量表達到一定級別時，打開指示燈。通過內置或云搭載的軟件對產品進行控制，產品可以實現高度定制化，這在以前是成本很高或難以實現的。如今用戶可以通過多種新的方式控制或定制與產品的互動。例如飛利浦照明的多彩燈，用戶可以通過智能手機進行開關，還可以設置程序，當有人闖入時發出紅色閃光。Doorbot門禁系統可以讓用戶用智能手機對訪客進行掃描，遠距離控制房門的開關。

（3）優化。有了豐富的監測數據流和控制產品運行的能力，公司就可以用多種方法優化產品，過去這些方法大多無法實現。如今我們可以對實時數據或歷史記錄進行分析，植入算法，從而大幅提高產品的產出比、利用率和生產效率。以風力發電渦輪為例，內置的微型控制器可以在每一次旋轉中控制扇葉的角度，從而最大限度地捕捉風能。人們還可以控制每一臺渦輪，在能效最大化的同時，減少對鄰近渦輪的影響。此外，基于實時監測數據和控制功能，公司可以在故障發生前提供維護，遠程完成服務，這樣不僅縮短了產品停機時間，更省去了派遣維修人員的成本。即便需要實地修理，這些產品也可以提供維修信息，包括哪些部分受損，需要的部件以及修理的方法，這降低了維修成本，提高了一次維修率。迪堡公司能檢測多臺自動取款機的使用狀況，一旦偵測到早期故障預警信號，公司就會對取款機的狀態進行評估，進行遠程修理。如果需要實地修理，公司會向維修人員提供詳細的故障診斷、維修流程建議和需要替換的部件。和其他智能互聯產品一樣，公司的自動取款機也可以通過升級來提高性能，通常升級都是通過遠程軟件更新完成。

（4）自動。將檢測、控制和優化功能融合到一起，產品就能實現前所未有的自動化程度。最簡單的產品有iRobot公司的真空掃地機器人Roomba，它內置軟件和傳感器，能對不同結構的地面進行掃描和清掃。更先進的產品則具備學習能力，能根據周邊環境分析產品的服務需求，并根據用戶的偏好調整。自動功能不僅能減少產品對人工操作的依賴，更能實現偏遠地區的遠程作業，提升危險環境下的工作安全性。此外，自動產品還能和其他產品或系統配合。隨著越來越多的產品實現互聯，這些功能的價值將呈指數級增長。例如，隨著智能電表入網數量增多，電網的能效就可不斷提高，發電廠就能更好地了解用戶的用電習慣，并隨之調整、優化。基于自身運行以及周邊環境（包括系統中其他的產品）數據，以及和其他產品的溝通能力，產品最終將實現完全自動運行。操作人員只需要檢測成果或整個系統，不必再關注單個產品。久益公司的Longwall采礦系統就可以實現地下自動化運行，位于地表的控制中心只需進行遠程監測。系統對設備的運行和故障進行持續性監控，只在發生故障時派技術人員到地下進行修理。

對于制造業來說，除了產品智能互聯外，還有一個維度是制造體系中的設備、物料、產品和人的互聯互通和智能化。目前基于物聯網，物料可以按照設定好的規則，通知物流設備：我是誰，我要到那里去。物流設備把它送到指定的工位，設備可以通過物料的連接，了解這個物料在此工位的加工工藝，需要的工裝夾具，需要安裝的其他物料種類等，并在人的確認下或自動開始加工。所有的加工工序結束后，送終檢工序，確認產品合格后直接通知客戶和物流，產品已經準備好發貨了。智能制造體系中的產品、設備都需要具備智能互聯的能力。智能互聯的制造系統讓生產效率提升30%以上，同時賦予制造體系快速交貨，零缺陷、高柔性的能力將賦予企業巨大的競爭優勢和顛覆行業傳統商業模式的能力。

3.1.4 物聯網是智能制造的基石

智能制造以物理信息系統為基礎。物料、設備、產品智能化，實現人、設備、產品、物料的互聯，通過分布式控制使生產運營效率提高30%以上，同時做到高柔性、高質量。

生產過程的物料通過RFID芯片、二維碼、條碼等識別技術手段，內置如下信息：我是誰，我什么時間要到那里去，要在哪類（個）設備上做什么加工。物料和物流設備互聯，告訴物流設備：“我在哪里，我要到哪里去。”物料到加工工位，會和設備互聯，把加工工藝要求、需要和哪些物料組裝在一起等信息傳遞給智能設備，設備按著指令進行加工或組裝。物料經過質量檢驗設備，設備會自動判斷合格、返工還是報廢。如果質檢確認報廢，質量檢驗工序會自動生成補單信息，傳遞給庫房和物流。這個過程中也可能需要人的確認或調整。

物流設備、加工設備需要智能化互聯數控設備。其中涉及業務規則的制定、信息傳輸協議，當然還有重要的一點是信息安全，本章后面會單獨討論。

也有的工廠設備不可能一次做到智能化互聯，紅領服飾在大多數工位安裝具有RFID識別功能的小電腦，和物料上的RFID卡互聯，讀取工位的加工工藝信息，由人來按照工藝要求操作設備，完成加工和報工。

物聯網技術基于高穩定和高可靠性的內嵌式系統，德國在內嵌式系統方面有著極強的競爭優勢，在這方面有百萬技術人員從業。基于此優勢，德國在自動化和機械制造方面在全世界具備獨有的競爭優勢。內嵌式系統成本低廉、性能可靠，可以支持互聯。

基于智能內嵌系統的物聯網技術日趨成熟，硬件和軟件的成本越來越低，軟件工具和應用環境越來越成熟。現在國內、美國、歐洲都涌現一批物聯網工廠的供應商。很多的設備供應商開始成為工業4.0解決方案的提供商。