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工业互联网打破智慧与机器的边界PeterC.Evans与MarcoAnnunziata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31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。32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，以及它为企业、乃至更广泛的全球经济体所带来的收益。在过去200年里，世界经历了数次创新浪潮。成功的企业学到如何在这些浪潮中前行并适应不断变化的环境。今天，我们处于新一轮创新的风口浪尖，这轮创新有望改变我们发展商业、以及与工业机器世界进行交互的方式。为了充分了解当今的形势，有必要回顾一下我们是如何走到这一步的，以及过去的创新是如何为未来所谓的“工业互联网”搭建舞台。第一次：工业革命工业革命对社会、经济以