1.2　工業互聯網的興起與發展

上節我們介紹了有關工業互聯網的基本知識，本節將介紹工業互聯網的興起與發展，重點介紹主要發達國家的工業互聯網發展戰略，以及國內外具有代表性的工業互聯網平臺，希望讀者可以從中了解到一些工業互聯網的國內外發展態勢。

1.2.1　互聯網的發展階段

互聯網的概念可以追溯到20世紀60年代，出自麻省理工學院（MIT）教授利克萊德的“人機共生”和“以計算機為通信工具”這兩篇論文。1965年，人類在歷史上第一次將兩臺計算機遠程連接起來，實現了首次計算機互聯。隨著分組交換協議、接口信息處理機與TCP/IP三個主要技術突破的實現，互聯網的演進方向逐漸確立。

1.學術互聯網時代

互聯網起初是為大學和研究部門的研究者設計和建立的，一般把這個時代稱為學術互聯網時代。1969年美國國防部高級研究計劃局的阿帕網（ARPA網）是最早成形的互聯網，主要用于軍事連接，后擴展到高校，將美國西南部的加利福尼亞大學洛杉磯分校、斯坦福大學研究學院、猶他州大學和加利福尼亞大學的四臺主要的計算機連接起來，用于研究資源的共享和異地網絡通信。另外一個推動互聯網發展的廣域網是美國國家科學基金會資助設立的國家科學基金網（NSF網），目標是連接全美的5個超級計算機中心，讓美國的100多所大學實現資源共享。ARPA網和NSF網最初都是面向科研服務的，其主要目的是為用戶提供共享大型主機的寶貴資源。在這個時代，通過互聯網，計算機被相互連接起來，信息傳遞打破了時空的限制，能夠瞬間從地球一端傳遞到另一端。

2.商用互聯網時代

20世紀90年代，互聯網開始進入了人人連接的大眾互聯網時代，也可以理解成商用互聯網時代。1989年，在普及互聯網應用的歷史上又發生了一個重大事件，歐洲粒子物理實驗室提出了一個關于分類互聯網信息的超文本協議，這個協議在1991年后被稱為WWW（World Wide Web），即萬維網，它使得互聯網更加便于應用和普及。人們能夠從一個商業站點發送信息到另一個商業站點而不需再經過政府資助的網絡中樞。互聯網一經商業應用就開始迅猛發展，各國都看到了互聯網的發展前景，紛紛制定國家戰略來推動互聯網的發展。

3.萬物互聯時代

比爾·蓋茨在1995年出版的《未來之路》一書中提到了萬物互聯。在1999年，寶潔公司的凱文·艾什頓（Kevin Ashton）做了“Internet of Things”為標題的演說，提出將射頻識別（RFID）芯片安裝在消費品中以監控庫存變化，掀起了物聯網的潮流，凱文·艾什頓也因此被稱為“物聯網之父”。同年，麻省理工學院的Auto-ID Center把物聯網定義為基于計算機互聯網，利用RFID、無線數據通信等技術構造一個覆蓋世界上萬事萬物的網絡，以實現物品的自動識別和信息的互聯共享。2005年11月17日，信息社會世界峰會上，國際電信聯盟發布了《ITU互聯網報告2005：物聯網》，提出了物聯網的概念，指出“物聯網”時代的來臨。這標志著物聯網技術革命的開始。最近幾年，隨著傳感和物聯網技術、云技術、通信和互聯網技術的發展，物聯網到了蓬勃發展的井噴期。截至2017年，已有84億臺設備接入互聯網，數量超過全球人口總量。預計在不久的將來，所有的智能物體都將接入互聯網，而一個人與人、人與機器、機器與機器全面互聯的社會將會被構建起來。

4.智慧互聯網時代

隨著5G時代到來，智能化將與網絡共生發展，工業互聯網將從信息互聯網發展到智慧互聯網，人類社會也會隨之進入智能社會。在智慧互聯網時代，一方面，智能終端將呈現多樣化，現在常見的智能終端主要是手機，近兩年手表、手環、眼鏡等可穿戴智能設備也越來越多地涌現。將來，智能家居和包括電視、空調、冰箱、熱水器等在內的家用電器都有望與互聯網實現無縫連接，成為智能服務的終端。另一方面，智能化的程度也將不斷加深，以手機為代表的智能設備會更自動、更靈活。在人機互動方面，語音識別、機器翻譯等技術已經獲得突破，機器學習等也存在著巨大的潛在發展空間。

1.2.2　工業互聯網的興起

互聯網發展與新工業革命的歷史性交匯催生了工業互聯網。如圖1-1所示，從整個工業與互聯網發展歷史時間軸來看，我們可以看到1950年在工業企業生產中采用的是單機數控，1969年誕生了工控系統，1990年出現ERP（企業資源計劃）和MES（制造執行系統），信息通信技術由單點的輔助工具發展成為集成工具。1995年整個互聯網從軍用網和科研網向商業網實現了一個大的跨界發展。隨著電子商務的發展，到2000年互聯網技術開始應用于工業企業的銷售環節，人類進入消費互聯網時代，2007年移動互聯網得到了較大的發展，此后2012年工業互聯網誕生。縱觀整個發展進程，工業變革中信息通信技術由單點的輔助工具發展成為一個集成工具，包括ERP和MES的應用，最后信息技術在工業領域以融合的形態出現，其最重要的表現形式就是工業互聯網模式，從商用互聯網到移動互聯網再到工業互聯網，實現了工業企業全面的數字化、網絡化和智能化的變革。

圖1-1　工業與互聯網發展歷史時間軸

1.2.3　各國工業互聯網發展戰略

在全球新一輪科技革命和產業變革中，信息技術與各行業各領域的融合發展已成為時代新潮流。發展工業互聯網是搶占這一輪工業革命制高點和主導權的必由之路。世界主要國家為把握“再工業化”與信息化交匯的難得機遇，紛紛出臺了發展工業互聯網的相關戰略，著力形成多層次、全方位的發展機制。

除了美國的“先進制造業國家戰略計劃”、德國的“工業4.0”、日本的“機器人新戰略”等國家級戰略外，英國、法國、俄羅斯、韓國、印度等眾多國家也推出了一系列戰略，雖然名稱和側重點不同，但共同核心都是推動新一代信息技術和制造業的深度融合，大力加快制造業的網絡化、數字化、智能化和平臺化轉型，各國都期望通過科技革命減少對人的依賴，更好地發揮人的價值，推動本國制造業向高質量、高效率、綠色高端方向發展。

1.美國工業互聯網發展持續領跑全球

美國的GE、IBM、思科等龍頭企業主導的工業互聯網聯盟（IIC）于2014年成立，美國政府及聯盟組織成員的發展動向一度成為全球工業互聯網發展的風向標。而在推進策略上美國更加注重創新驅動，發揮互聯網、信息通信、軟件等優勢，“自上而下”重塑制造業，具體如下。

（1）政府大力實施再工業化戰略。2008年全球金融危機之后，美國政府組織實施了“先進制造業伙伴計劃”，構建“國家制造業創新網絡”，重點突破信息物理系統、先進傳感與控制、大數據分析、可信網絡、高性能計算、信息安全等工業互聯網關鍵技術，為工業互聯網的發展和應用提供有力支撐。美國政府意在通過生產關系、生產方式及技術的革新，使工業重新煥發出強大的生命力和競爭力，推動產業優化升級，加速第四次工業革命進程。

（2）領軍企業引領美國工業互聯網發展。GE是美國傳統制造業的巨頭，率先進行了數字化轉型。GE公司于2012年發布了《工業互聯網：突破智慧和機器的界限》白皮書，首次提出了“工業互聯網”的概念，隨后在2013年推出了Predix工業互聯網平臺，力促工業互聯網發展。之后GE投入大量資源并以Predix為核心建立了新的業務部門GE Digital，使其成為GE戰略的關鍵部分。GE還與微軟、思科、IBM等巨頭開展合作，共同推動工業互聯網發展并強化平臺服務能力。2016年，GE公司正式開放了完善后的Predix平臺，并建成4個云計算中心，聚集了2萬名開發者。2018年12月，GE正式宣布出售部分GE Digital業務，轉而投入12億美元成立新的工業互聯網公司，獨立運營Predix平臺及相關數字化業務，在工業互聯網發展道路上邁出新的一步。

（3）優秀初創企業獲得資本青睞。2014年成立的Uptake公司在短短4年間即獲得超過2.5億美元的融資，公司估值高達23億美元。提供邊緣智能軟件的FogHorn公司目前累計融資達7 250萬美元，僅2017年B輪融資就獲取3 000萬美元資本。基于工業互聯網平臺獨角獸企業C3 IoT開發了一系列工業App，到2019年接入設備已超過7 000萬個，四輪累計融資達1.1億美元，企業估值14億美元。

（4）積極打造工業互聯網發展生態。隨著工業互聯網聯盟的成立，工業互聯網技術標準化和試點應用加速發展，工業互聯網生態體系逐漸形成。2015年工業互聯網聯盟發布工業互聯網參考架構，系統性地界定了工業互聯網架構體系。2016年3月，工業互聯網聯盟和“工業4.0”平臺代表在瑞士蘇黎世相關會議上分別推出具有潛在一致性的工業4.0參考架構模型和工業互聯網參考架構。截至2019年3月，工業互聯網聯盟已有來自全球的260余家成員單位，致力于開展標準制定、測試驗證、國際合作等工業互聯網生態建設。

2.德國工業4.0建設步伐不斷加快

德國長期專注于復雜制造系統的優化和創新，其裝備制造業也領先全球。為應對新一輪科技和工業革命帶來的挑戰，德國更加注重發揮自身在自動化系統、制造裝備、工藝流程等方面的優勢，并利用信息技術“自下而上”升級制造業，進而提出了工業4.0戰略。與美國的工業互聯網不同，德國工業4.0更加注重通過生產環節的智能化來重塑生產制造服務體系，以提高資源配置效率。

（1）政府出臺一系列戰略部署。在德國國家工程院、弗勞恩霍夫協會等研究機構的積極推動下，德國政府將工業4.0上升為國家戰略，試圖融合信息網絡與工業生產系統，打造數字工廠，實現價值鏈上企業間的橫向集成、網絡化制造系統的縱向集成以及端對端的工程數字化集成，強調機器與互聯網的相互連接，從而改變當前的工業生產與服務模式。2019年德國進一步出臺“國家工業戰略2030”，并將發展“平臺經濟互聯網公司”作為德國工業發展的挑戰之一，意在通過強化政府政策效應，充分發揮新形成的相對優勢。從德國系列戰略部署來看，其目的是進一步打造工業生產全要素、全價值鏈、全產業鏈多層次連接的生產制造服務體系。

（2）領先企業積極推動工業互聯網布局。德國西門子集團是全球電子電氣工程領域的領軍企業，牢牢掌握數據采集、自動化系統、工業控制等方面的關鍵技術。從2007年開始，西門子先后并購了UGS、Innotec、Vistagy、IBS、VRcontext、LMS、TESIS等企業，補齊仿真與測試、3D可視化、工業軟件等數字化能力。2016年，西門子正式推出工業互聯網平臺MindSphere，憑借其獨特的開源性和兼容性，以及出色的數據采集和分析能力，MindSphere為客戶提供數據挖掘、工業App開發等增值服務的系統化解決方案。還有國際ERP巨頭SAP公司也早已從單獨的ERP業務擴展為為企業提供信息化全套解決方案，特別是針對工業互聯網開發和收購了與底層工業設備連接的信息化工具平臺和軟件。

3.其他國家和地區緊跟推出發展戰略

其他國家和地區結合本國制造業發展現狀及優勢，也紛紛出臺工業互聯網發展戰略，具體表現如下。

（1）各國打造本土工業互聯網體系。英國出臺“英國工業2050計劃”，法國制定“新工業法國”戰略，緊跟全球工業互聯網發展動向，大力支持本國工業互聯網的技術突破、產業布局和金融服務。日本提出“互聯工業”戰略，試圖將人、設備、系統、技術等全部連接起來。韓國則主攻機器人、人工智能、自動駕駛和3D打印等智能制造產業。

（2）國際合作與交流日趨緊密。2019年年初，工業互聯網聯盟與澳大利亞物聯網聯盟（IoTAA）簽訂協議，共同協調工業互聯網發展，幫助改善數字經濟。2018年，印度尼西亞與新加坡開展第四次工業革命締結合作，支持印度尼西亞工業4.0發展戰略，致力于振興食品加工、紡織和服裝、汽車、電子、化學等五個領域。此外，印度的印孚瑟斯、塔塔等幾大軟件企業與美、德、日等多國制造企業開展泛在合作，深度參與工業互聯網聯盟等國際組織。

4.中國的換道超車戰略及策略

我國也高度重視發展工業互聯網，“十三五”規劃綱要提出要深入推進“中國制造2025”及“互聯網+”發展戰略的實施，陸續發布了《關于深化制造業與互聯網融合發展的指導意見》《關于深化“互聯網+先進制造業”發展工業互聯網的指導意見》，明確提出加強工業互聯網建設。2018年，中華人民共和國工業和信息化部組織實施工業互聯網創新發展工程，標志著我國工業互聯網從政策文件制定進入具體實施的新階段。

工業互聯網為我國制造業提供了絕佳的“換道超車”的歷史機遇，對此我國也積極施行“制造強國”戰略，著力打造中國工業互聯網平臺體系，主要的發展策略分析如下。

（1）補齊數據采集能力短板。數據采集是工業互聯網的基礎，而我國制造業數字化、網絡化基礎與美國、德國相比較為薄弱。2019年，我國制造業生產設備數字化率僅為47.1%、關鍵工序數控化率僅為49.5%、數字化設備聯網率僅為41%，尤其是中小企業的基礎更加薄弱，設備數字化改造和數據采集的水平較低。為此，應加快企業生產設備的數字化改造和企業內外部網絡升級改造，提升數據采集能力，進一步夯實我國工業互聯網發展的基礎。

（2）主攻工業互聯網平臺。工業互聯網平臺為我國工業制造業的換道超車提供了難得的歷史機遇。然而，由于美國和德國等先進國家的先發優勢，我國工業互聯網平臺的建設發展現狀仍較為嚴峻，具體體現在：95%以上的高端PLC[1]和工業網絡協議被國外廠商壟斷，我國工業數據采集能力薄弱；50%左右的工業PaaS平臺需要采用國外開源架構，缺乏開源開放的本土通用PaaS[2]平臺；90%以上的高端工業軟件仍依賴國外供給，我國缺乏關鍵的工業App。此外，工業信息安全保障能力不強也影響著工業互聯網平臺的建設和推廣。我國發展工業互聯網平臺的基礎和優勢包括具有超大規模的市場需求、建設了完備的工業體系、打造了創新引領的互聯網生態以及培養了龐大的專業人才隊伍，因此，要搶抓全球工業互聯網平臺規模化擴張的戰略窗口期，不斷開放價值生態，充分發揮我國工業技術后發優勢，從而早日實現換道超車。

（3）將工業互聯網作為制造業智能轉型的重要抓手。在生產現場數字化、網絡化改造的基礎上，依托工業互聯網平臺能夠為制造業企業提供生產過程可視化、數據分析與挖掘、生產設備監控管理、軟件工具共享等服務，促進制造業的智能轉型和升級發展。

（4）推進工業互聯網標準體系建設。結合我國制造業實際發展現狀，研究完善我國工業互聯網參考架構和標準體系，并明確標準研制的主要范圍和重點方向。同時，對數據采集、數據服務、數據建模、數據接口、應用接口、服務對接等核心技術標準進行研制和試驗驗證，促進不同領域、不同平臺之間互聯互通與共享合作。

縱觀全球各主要國家的工業互聯網發展路徑，基本形成了一條“以政府為引導、市場為主導、企業為主體、聯盟為支撐”的發展道路，在技術攻關、產業布局、資本服務等方面，加大產學研用合作力度，共同推動工業互聯網創新發展。中國正在充分借鑒國際先進經驗，圍繞核心技術、標準和平臺加速布局工業互聯網，夯實智能制造基礎，促使智能制造成為全球制造業的競爭核心，創新發展，力爭在工業互聯網時代走在前沿。

1.2.4　典型的工業互聯網平臺

工業互聯網平臺是工業互聯網的核心要素，是面向制造業數字化、網絡化、智能化需求，構建基于海量數據采集、匯聚、分析的服務體系，支撐制造資源泛在連接、彈性供給、高效配置的工業云平臺。當前國內外企業工業互聯網平臺正處于規模化擴張的關鍵期，毋庸置疑，工業互聯網平臺正成為制造業和互聯網深度融合的新焦點、新抓手，驅動制造業加速向數字化、網絡化、智能化方向延伸拓展。下面簡單介紹國內外主要的工業互聯網平臺。

1.國外主要的工業互聯網平臺

（1）美國通用電氣公司：Predix平臺。美國通用電氣公司是世界上最大的裝備與技術服務企業之一。2013年，GE率先推出工業互聯網Predix平臺，探索將數字技術與其專業優勢領域如航空、醫療、能源和交通等相融合，向全球領先的工業互聯網企業轉型。Predix平臺是全球第一個專門為工業數據分析而開發的操作系統。它不僅能實時監控各類機器設備，同步捕捉設備運行過程中產生的海量數據，還能對數據進行分析和管理，提升運營效率。GE目前已基于Predix平臺部署開發了互聯產品、智能環境、現場人力管理、計劃和物流、工業分析、資產績效管理、運營優化等多類工業App。

（2）德國西門子：MindSphere平臺。德國西門子是全球電子電氣工程領域的領先企業，與美國GE公司從物聯網角度切入，主攻智能服務不同，德國西門子公司更偏重于工廠生產方式的變革，并抓住了工業4.0的核心，成為世界工業互聯網轉型的先驅者。西門子通過一系列收購打通了數字化工業轉型之路，于2016年推出MindSphere平臺，構建了基于云的開放物聯網架構，將傳感器、控制器以及各種信息系統收集的工業數據，通過安全通道實時傳輸到云端，并在云端為企業提供大數據分析挖掘、工業App開發以及智能應用等增值服務。MindSphere平臺目前已在全球（主要是北美和歐洲）100多家企業推廣和應用。

（3）法國施耐德電氣公司：EcoStruxure平臺。法國施耐德電氣公司是全球著名的電氣設備制造商和能效管理領域領導者，施耐德于2016年發布了EcoStruxure平臺。EcoStruxure平臺包括三個層級，即互聯互通的產品層、邊緣控制層以及應用、分析和服務層。截至2020年，EcoStruxure平臺已聯合2萬多家系統集成商，部署超過48萬個系統，主要面向樓宇、信息技術、工廠、配電、電網和機器六大方向，探索將數字技術與其專業優勢領域如電力設備等相融合，實現施耐德集團的工業互聯網轉型。

2.國內主要的工業互聯網平臺

隨著數字經濟的迅速崛起，各種垂直的、細分的、專業的平臺紛紛涌現，許多在傳統制造行業、產業鏈領先的龍頭企業都在借助生態系統向平臺模式轉型，重新構建企業組織架構、產業鏈以及價值鏈，乃至重構原有的產業生態。產業鏈平臺、物聯網平臺、工業互聯網平臺逐漸成為傳統產業擁抱數字時代的重要工具和支撐。未來，工業企業為了提高能效、降低成本將會形成對這類平臺的強依賴。當前國內主流工業互聯網平臺大致分為四種商業模式，分別是個性化定制、網絡化協同、智能化生產和服務化延伸，具體介紹如下。

（1）個性化定制模式：海爾COSMOPlat平臺。個性化定制以用戶全流程參與、定制化設計、個性化消費為特征，它幾乎完全顛覆了“標準化設計、大批量生產、同質化消費”的傳統制造業生產模式。在整個過程中，用戶不僅是消費者，同時也是設計者和生產者，這種用戶需求驅動下的生產模式革新最大程度契合了未來消費需求的大趨勢。海爾打造的工業互聯網平臺COSMOPlat就是個性化定制商業模式的典型代表。COSMOPlat集成了系統集成商、獨立軟件供應商、技術合作伙伴、解決方案提供商和渠道經銷商，致力于打造工業新生態。用戶可以通過智能設備（如智能手機或平板電腦）提出需求，在需求形成一定規模后，COSMOPlat可以通過所連接的九大互聯工廠實現產品研發制造，從而產出符合用戶需求的個性化產品。這種顛覆傳統的個性化定制形成了以用戶需求為主導的全新生產模式，實現了在交互、定制、設計、采購、生產、物流、服務等環節的用戶參與。

（2）網絡化協同模式：航天云網CMSS云制造支持系統。網絡化協同模式是一個集成了工程、生產制造、供應鏈和企業管理的先進制造系統。網絡化協同模式可以把分散在不同地區的生產設備資源、智力資源和各種核心能力通過平臺的方式集聚，是一種高質量、低成本的先進制造方式。網絡化協同模式的典型代表是航天云網的CMSS云制造支持系統。CMSS云制造支持系統主要包括工業品營銷與采購全流程服務支持系統、制造能力與生產性服務外協與協外全流程服務支持系統、企業間協同制造全流程支持系統、項目級和企業級智能制造全流程支持系統等四個方面，可以滿足各類企業深度參與云制造產業集群生態建設的現實需求。

（3）智能化生產模式：富士康工業互聯網平臺BEACON。智能化生產是指利用網絡信息技術和先進制造工具來提升生產流程的智能化，從而完成數據的跨系統流動、采集、分析與優化，實現設備性能感知、過程優化、智能排產等智能化生產方式。智能化生產的典型代表是富士康集團于2017年開發的工業互聯網平臺BEACON。BEACON平臺通過整合工業互聯網、大數據、云計算等軟件以及傳感器、工業機器人、交換機等硬件，建立了端到端的可控可管的智慧云平臺。平臺將生產數據、設備數據進行集成、分析、處理，以創建開放、共享的工業級App。智能化生產模式通過對生產流程進行優化和改造來實現企業數字化、網絡化和智能化轉型。

（4）服務化延伸模式：樹根互聯根云應用平臺。服務化延伸模式是指企業通過在產品上添加智能模塊，實現產品聯網與運行數據采集，并利用大數據分析提供多樣化智能服務，從銷售產品拓展到優化服務，如客戶增值體驗、產品優化方案等。值得注意的是，能夠提供服務化延伸的工業互聯網平臺企業大多已具備工業產品基礎或已具備較強的服務輸出能力。服務化延伸的典型代表是樹根互聯打造的根云應用平臺。通過平臺對設備數據的采集，可以為工業企業提供設備監控和大數據分析，改變企業的運營管理模式，進而提升運營效率，塑造數據的可視化，給企業帶來更多價值，最終引領工業模式創新。在當前制造業積極探索由傳統的以產品為中心向以服務為中心轉變的背景下，服務化延伸模式可以有效延伸價值鏈條，擴展利潤空間，成為制造業競爭優勢的核心來源。

[1] Programmable logic controller，可編程邏輯控制器。

[2] Platform as a service，平臺即服務。