工业互联网：突破智慧和机器的界限.doc

工业互联网:突破智慧和机器的界限摘要    创新将显著提高航空、铁路运输、发电、石油与天然气开发及保健服务等不同行业的发展速度和效率，推动世界经济增长，为全球创造更多更好的就业机会，不断提高人们的生活水平。在美国与中国如此，在非洲的大城市及哈萨克斯坦的农村地区亦是如此。随着医疗服务水平的不断提高，成本日益浓缩，大量燃料与能源得以节省，实物资产性能提升和使用寿命拉长，工业互联网将进一步提高效率，促进生产力发展。生产力提升就意味着收入和生活水平的改善。在美国，如果工业互联网推动生产率每年增长1-1.5个百分点，使生产率再一次达到网络革命巅峰水平，在接下来的20年里，平均收入水平将提高25-40%。若其他各国生产力增长水平能维持在美国的一半，工业互联网将为全球GDP创造1015万亿美元价值，这相当于美国今天的经济总量。在当今充满挑战的经济环境下，确保部分生产率增长能给个体与整体经济带来巨大裨益。    后继浪潮    这能实现吗？工业互联网将整合两大革命性转变之优势：其一是工业革命，伴随着工业革命，出现了无数台机器、设备、机组和工作站；其二则是更为强大的网络革命，在其影响之下，计算、信息与通讯系统应运而生并不断发展。    伴随着这样的发展，三种元素逐渐融合，充分体现出工业互联网之精髓：    智能机器：以崭新的方法将现实世界中的机器、设备、团队和网络通过先进的传感器、控制器和软件应用程序连接起来。    高级分析：使用基于物理的分析法、预测算法、自动化和材料科学，电气工程及其他关键学科的深厚专业知识来理解机器与大型系统的运作方式。    工作人员：建立员工之间的实时连接，连接各种工作场所的人员，以支持更为智能的设计、操作、维护以及高质量的服务与安全保障。     图1工业互联网的关键元素将这些元素融合起来，将为企业与经济体提供新的机遇。例如，传统的统计方法采用历史数据收集技术，这种方式通常将数据、分析和决策分隔开来。伴随着先进的系统监控和信息技术成本的下降，工作能力大大提高，实时数据处理的规模得以大大提升，高频率的实时数据为系统操作提供全新视野。机器分析则为分析流程开辟新维度，各种物理方式之结合、行业特定领域的专业知识、信息流的自动化与预测能力相互结合可与现有的整套“大数据”工具联手合作。最终，工业互联网将涵盖传统方式与新的混合方式，通过先进的特定行业分析，充分利用历史与实时数据。    工业互联网潜力的冰山一角    在最初阶段，工业互联网为各种各样的机器(从简单的到极为复杂的机器)嵌入传感器与其他高级设备，这方便了海量数据的收集与分析，从而改善机器性能与系统及连接网络的效率。数据本身甚至也会变得“智能化”，能够迅速掌握目标用户位置，仅在航空业就蕴藏着无限潜力。据估算，目前有2万架商用飞机，它们配备有4.3万台喷气发动机。    每台喷气发动机由诸多旋转设备组成。针对这些旋转设备，人们可以进行单独监控。若“智能飞机”能与机组人员交流互动，那么发动机维护、燃料消耗、机组人员分配与调度的效率提升将超乎想象。所有这些仍仅是基于当下数据。在未来15年中，随着航空服务不断扩展，陆续将有3万台喷气发动机投入使用。同样，火车头、联合循环发电厂、能源加工厂、工业设施与其他关键设备也颇具潜力。总的来说，今天全球工业基地拥有超过300万台旋转设备，而这仅仅是工业互联网潜力的冰山一角。    1%增长意义非凡    机器与智能分析相互结合将带来诸多裨益。我们预计，工业互联网的技术创新将直接应用于各行各业，并产生32.3万亿美元的经济效益。随着全球经济继续发展，工业互联网的应用潜力也将不断增长。到2025年，工业互联网将创造82万亿美元的经济价值(约为全球经济总量的二分之一)。了解具体行业中工业互联网产生价值的保守估算，具有一定的指导意义。工业互联网效率增长1%，将产生巨大影响。例如，在商用航空领域，每节省1%的燃料意味着将来15年中能节省300亿美元支出。同样，若全球燃气电厂运作相率提升1%，将节省660亿美元能耗支出。此外，工业互联网能提高医疗保健流程效率，有益于该行业的发展。医疗保健行业效率每增长一个百分点，将节省630亿美元。世界铁路网交通运输效率，若提高一个百分点，将节省270亿美元能源支出。这些都还只是工业互联网潜力很小的一部分。    惠及全球作为创新的关键源泉，美国是工业互联网技术的先锋。伴随全球一体化不断深化，技术转让迅速发展，工业互联网的益处将惠及全球。实际上，随着新兴市场大力投资基础设施，尽早采用并快速部署工业互联网技术将成为发展的强劲助推器。新兴市场国家或许不需要沿袭发达国家曾经走过的道路。例如，无线技术将替代电缆或有线技术；私有、半公共或公共云系统将替代各个孤立系统。这一切都有助于弥补发达国家与发展中国家生产力之间的鸿沟。在该进程中，工业互联网将缓解资源与资金压力，令全球经济社会发展更具有可持续性。    推动力与催化剂    工业互联网需要应用的推动力和催化剂：    我们需要不懈努力推动技术创新，同时加大投资配置必要的传感器、测试设备与用户界面系统。投资将成为加速实现技术转化的基本条件。工业互联网能在多大程度上提高效率，能带来多少便利将取决于其发展步伐。部署工业互联网的成本将因行业与地区而定。然而，对该技术领域的投入，人们普遍认为其成本最终将获得正收益。    坚固的网络安全系统、管理脆弱环节、保护敏感信息与知识产权的有效途径。    建立庞大的人才库，包括新型交叉人才，如机械与工业工程结合形成新的“数字机械工程师”，创建分析平台与算法的数据专家及软件与网络安全专家。培训员工掌握相应技能，有助于确保创新，并创造更多就业机会，促进生产力发展。工业互联网是一项需要投入人力物力的工程，但它将彻底改变我们的工业发展与生活方式，促进人脑与机器的互动与融合。   二、创新和生产力：接下来呢？在人类历史长河中，大部分时候，生产力增长让人难以察觉，人们生活水平的提高也非常缓慢。然而，大约200年前，人类在创新方面迈出了一大步工业革命。从此，人和畜类的体力劳动被机械动力替代。工业革命进行了一波又一波，给我们带来了蒸汽机、内燃机，继而是电报、电话和电。生产力水平得到大幅提高，经济实现快速增长。1800年前，西方经济体人均收入翻一番足足花了800年；而在接下来的150年里，却增长了13倍。但到了1970年代，生产力领先的美国，却开始止步不前。    依赖于信息存储、计算和通信技术的突破，计算机和全球互联网兴起，于是人类在创新领域里迈出了第二步。其对于生产力的影响甚至更为深远，但是，貌似才过了十年，到2005年左右，强劲势头就消退了。    一些人断言，故事就此结束。他们认为，过去的几波创新浪潮，虽然极大促进了商业和经济的发展，但对于未来的生产率增长，却派不上用场。他们认为，工业革命带来的转变是一次性的，效益都已经实现；互联网革命也已失去作用，而且就创新普及的范围和对生产力的提升效果，互联网革命比工业革命差远了。    我们将挑战这一观点。在本报告中，我们审视了新一波生产力水平提高的潜在可能性。特别强调将工业革命的成果及其带来的机器、机组和物理网络，与近期的互联网的成果智能设备、智能网络和智能决策融合到一起。我们将此融合称作“工业互联网”。有证据表明，范围广泛的新创新能给商业和全球经济带来巨大效益。我们相信，怀疑论者过于草率地下了结论。与工业革命非常类似，互联网革命也是动态地、一层层展开的，而现在正处于一个转折点。    工业互联网为何能在当今实现？有很多原因。机器的性能还没有完全发挥，效率低下问题更加严重。此问题并非出现在单个机器层面，而是系统层面，复杂程度之高让操作人员无法识别并减少低效率情况的发生。由于这些因素，使用传统方法来寻求改善越来越困难。但是，它们却鞭策人们，利用基于互联网创新的方法来解决问题。计算、信息和通讯系统支持广泛的仪表化、监控和分析，仪表价格大幅降低，大范围配备和监控工业机器得以实现。运算能力稳步提高，已达到用数码智能增强物理机器性能的程度。远程数据存储、大数据集以及运算巨量信息的更先进的分析工具，逐渐成熟，应用范围更加广阔。如果把这些改变一起用于机器、机组和网络，那么令人兴奋的新机会就会诞生。    仪器价格的急剧降低也受到了云计算的影响，云计算使得我们收集分析的信息量比以前更大，成本更低。价格下跌的趋势，会加速工业互联网的发展。正如1990年代后半叶，此趋势激发了人们对信息通讯技术(ICT)仪器的迅速采用。移动革命也将加速这种价格下跌趋势，让信息资源的高效分享更加实惠，并实现了分散优化和个性化优化。远程监控工业设备、分布式操作电源的实现，就是最有力的证明。    要了解工业互联网的潜力，关键要考虑到全球工业系统的庞大规模。现在有数百万的机器遍布世界，小到简单的电动机，大到卫生保健中用到的高端计算机断层扫描仪(CT)。机组数以万计，从发电厂到载人载物横跨世界的飞机，还有成千上万的复杂网络，从电网到铁路系统，实现了机器与机组的配合运作。    工业互联网将有助于工业系统各层面更好的运转。通过优化检查、维护和修理过程，资产的可靠性得以提高。工业互联网还将改善运行效率，无论是在机组层面，还是更大的网络层面。    工业互联网的产生条件已经成熟。早期证据表明，新一波的创新已经来临。接下来，我们将向大家展示工业互联网将如何逐层展开的框架，并举了几个例子，说明其为商业，甚至全球经济体带来的利益。    三、创新与变革浪潮    在过去的200年里，全球经历了数次的创新浪潮，成功的企业学会以这些浪潮为导向来适应不断变化的环境。今天，我们处于有望改变商业方式和全球工业机械互动的风口浪尖。为了充分理解今天发生的一切，弄明白我们是如何一步步走到今天，过去的所有革新是如何为下一场革新“工业互联网”做准备的，非常有必要。    第一次浪潮：工业革命    图2工业互联网的发展    工业革命对社会、经济和世界文化产生了深远的影响。这是一场从1750年到1900年，跨越了150年的漫长革新。在此期间，新技术应用到制造业、能源生产业、交通运输业和农业后，确实在一段时间内迎来了经济增长和转型。随着蒸汽机的商业化，十八世纪中叶率先在欧洲开始了第一阶段的工业革命，之后传播到铁路业占据经济增长主导地位的美国。第二阶段虽稍晚一点，但却来势汹汹，1870年，给我们带来内燃机，电力以及一系列实用机。    工业革命带来的深刻变革改变了我们的生活：运输业(从马车，帆船到铁路，轮船和卡车)；通信业(电话和电报)，在商贸中心(电力，自来水，卫生和医疗)。它极大地改变了生活品质和卫生条件。    这个时期有几个主要特征，它的特点是从纺织业到钢铁再到电力生产不断跨越新产业的大型工业企业的崛起。它创造了显著的规模经济、降低了生产设备的成本、扩大了企业的规模，同时使产量得到了增加。它利用了集中控制下的分层结构的效率。全球化的专用厂房和设备大幅增加。这种创新开始被认为在中心实验室和研发中心的出现下以一种系统的方式进行。无论大小企业，都努力进行创新以期在新市场中获利。    尽管工业革命促进了社会进步和经济大发展，但同样带来了负面影响。全球经济体系变得更加高度资源密集型；资源开采和工业废物对环境造成了严重的污染。此外，在这一时期，发生了自工业革命以来的渐进式创新，企业开始专注于提高效率，减少浪费，改善工作环境。    第二次浪潮：互联网革命    20世纪末，互联网革命改变了世界。互联网革命呈现的时间较短，呈现了50年而非150年，但像工业革命一样，互联网革命也是阶段性展开的。第一阶段始于1950年的大型主机电脑、软件和“数据信息包”的发明，使计算机可以彼此沟通。这一阶段主要是政府资助的计算机网络实验。在20世纪70年代，这些封闭的政府和私人网络让位给了开放的网络，就是我们现在所称的“万维网”。在互联网发展的第一阶段，与同类的封闭型网络相比，开放的网络形式更加多样化。其中一个重要特征是，明确制定了标准和协议，允许不同用户、不同位置、不兼容的机器相互连接和交流信息。    网络的开放性和灵活性是网络加速发展的关键因素。互联网的发展速度是惊人的。1981年8月，当时只有不到300台电脑可以连接到互联网。15年后，这个数字已经上升到1900万，而今则数以亿计。信息传输的速度和数量大幅增长。1985年，最好的调制解调器最快的传输速度也只有9.6千比特每秒(Kbps)。相比之下，第一代苹果快了将近400倍，能够提供3.6兆比特每秒(Mbps)信息传输速度。    速度和数量的结合，并通过压低成本的商业交易和社会互动，为商业和社会交换创造了强大的新平台。企业从只进行实体销售到通过网络进行大型高效的市场销售，在某种情况下，这使企业转入新的数据平台。尽管如此，绝大多数的创新和革命集中在新公司品牌的创造力和能力。当eBay在1995年创立时，将近有4.1万的用户完成价值720万美元的商品交易。而到2006年，有2200万用户完成价值525亿美元的商品交易。社交网络也有类似的轨迹。Facebook于2004年2月推出，在不到一年的时间活跃用户就达到100万。到2008年8月，Facebook已经拥有1亿的活跃用户。8年来，Facebook被启用的朋友连接超过140亿，有2650亿张照片被上传，有超过6200万首歌曲被播放了220亿次。    互联网革命与工业革命有很大不同。互联网数据处理和发送、接受大量数据的能力，是基于网络建设和其使用价值、横向结构和分布式智能，通过允许进一步深层集成和灵活操作改变生产系统的处理方式。此外，互联网的并行革新不仅仅在于用顺序线性方法进行研究发展。迅速交换信息和分散决策能力产生了更多的协同工作环境，而这个工作环境不受地理限制。结果，集中内部改革的模式逐渐为已经开始并且更加开放的创新模式让步，而这种开放模式基于更加广义的知识面作为其创新模式。因此，互联网革命不是资源密集型的，而是信息和知识密集型的。它凸显了网络价值和创新平台，同时开辟了减少环境污染的新途径，并且更加支持环保产品和服务。第三次浪潮：工业互联网    在二十一世纪的今天，工业互联网将再次改变我们的世界。将全球工业系统融合，发展开放的计算和通信系统，开辟了新的领域以加快提高效率，减少低效和浪费，加强人的工作经验。    事实上，工业互联网革命已经展开。在过去的十年中，企业开始逐步将互联网技术应用到工业生产。尽管如此，我们目前还远低于工业互联网的应用极限：基于互联网的数字技术还没有将全部潜力充分实现于全球产业体系。智能设备、智能系统和智能决策代表着物理学在机器、设备、机组和网络的主要应用方式，而这些应用把数据传输、多数据、数据分析很好地融合到一起。    智能设备为工业机器提供数字化仪表是工业互联网革命的第一步。仪器仪表的普及是工业互联网崛起的必要条件，如下几个因素促使仪表在工业机器得经济合理地加以普及，并使机器和机器交互更加智能化。    部署成本：仪器仪表的成本已大幅下降，从而有可能以一个比过去更经济的方式装备和监测工业机器。    微处理器芯片的计算能力：微处理器芯片持续发展已经达到了一个转折点，即使得机器拥有数字智能成为可能。    高级分析：“大数据”软件工具和分析技术的进展为了解由智能设备产生的大规模数据提供了手段。    总之，这些影响改变着数据收集的成本和价值，以及分析处理在实际中并不合理但是已经存在的理论数据的能力。    理解工业设备生成的数据流，是工业的重要组成部分之一。如图3所示，可以认为，工业互联网是数据流、硬件、软件和智能的交互。由智能设备和网络收集的数据存储之后，利用大数据分析工具进行数据分析和可视化。由此产生的“智能信息”可以由决策者必要时进行实时判断处理，或者成为大范围工业系统中工业资产优化战略决策过程的一部分。     图3工业互联网的应用    智能信息还可以在机器、网络、个人或团体之间实现共享促进智能协作，以做出更好的决策。这可以使更多的利益相关者参与到资产维护、管理和优化过程中，也可以确保在恰当的时候将那些本地和远程拥有机器专业知识的人们整合起来。智能信息还可以反馈到主机。这不仅包括由主机产生的数据，而且包括那些能够增强运行或维护机器、机组及更大系统能力的外部数据。这个数据反馈回路，使机器能够从它的历史数据中得到启示并且通过机载控制系统更加智能地运转。    每个检测装置都会产生大量可以通过工业互联网传输给远程机器和用户的数据。确定哪些数据仍然保留在设备上，哪些数据需要传输到远程位置进行分析和存储，是实现工业互联网的重要部分。确定本地数据保留的程度是保证工业互联网安全的关键之一，很多不同的公司会因为参与到其中而获益。重要的一点是，创新可以使由检验装置产生的敏感数据准确无误。其他数据流将远程传输给那些正在工作或者旅途中的人们，使他们可以可视化、分析处理数据，并视情况采取相应行动。    随着时间的推移，这些数据流提供的操作和性能的历史记录使运营商能更好地了解工厂设备关键部件的状态。    运营商可以了解一个特定的组件在何种条件下运行了多长时间。分析工具可以将这些信息和其他工厂类似部件的操作历史进行对比，对于部件发生故障的可能性和时间提供可靠的估计。在这种方式下，操作数据和预测分析可以结合起来避免运行中断同时降低维护成本。     图4工业互联网的数据环路所有这些好处源自利用现有的信息技术使机器仪表化，这使得人们工作效率更高，这是对智能设备广泛部署的强有力支持。在这个正不断从高性能机器上挑战更高生产力的时代，智能设备的广泛部署在发掘额外的性能并提高运营效率方面具有潜力。    智能系统    智能系统的潜在利益巨大。智能系统包括各种传统的网络系统，但广义的定义包括了部署在机组和网络中并广泛结合的机器仪表和软件。随着越来越多的机器和设备加入工业互联网，可以实现跨越整个机组和网络的机器仪表的协同效应。智能系统有多种形式：    网络优化：在一个系统内实现互联的机器，可以在网络上相互协作提高运营效率。例如，在医疗保健方面，医疗信息可以链接到医生和护士，更迅速地帮助病人使用正确的设备。信息可以无缝地传输给医疗机构和病人，等待的时间将会更短，设备利用率更高，医疗质量更高。智能系统也非常适合在交通网络中实现路径优化。实现互联的车辆会知道自己的位置和目的地，同时能够了解到系统内其他车辆的位置和目的地，允许优化路由来寻找到最有效的系统级解决方案。    维护优化：通过智能系统可以实现最优化、低成本，并有利于整个机组的维护。将机器、组件和各部分整合起来的观点提供了一个可以监测这些设备状态的方式，使得可以在正确的时间将最优数量的零件交付到正确的位置。这将减少零件库存需求和维护成本，机器的可靠性也会更高。智能系统的维护优化可以与网络学习相结合，并且预测分析允许工程师来实施预防性维修计划，这样有可能使机器的可靠性达到前所未有的水平。    系统恢复：建立广泛的系统范围内的情报，可以帮助系统在经历大冲击之后更加快速、有效的恢复。例如，当大的暴风雨、地震或其他自然灾害发生时，可以用一个由智能电表、传感器和其他智能设备和系统组成的网络来进行快速检测，将最严重的问题隔离，这样也不会串联而导致停电。地理和操作信息可以结合起来，支持公共设施恢复工作。    学习：网络学习效果是系统内机器联网的另一个好处。每台机器的操作经验可以聚合为一个信息系统，以使得整个机器组合加速学习，而这种加速学习的方式是不可能在单个机器上来实现的。例如，从飞机上收集的数据加上位置和飞行的历史信息可以提供大量有关各种环境下飞机性能的信息。    源自于这些数据的观点是可行的，用这些数据可使整个系统更聪明，从而推动一个持续的知识积累和提高洞察力的过程。    智能系统的构建整合了广泛部署智能设备的好处。当越来越多的机器连接在一个系统中，久而久之，结果将是系统不断扩大并能自主学习，而且越来越智能化。智能决策    工业互联网的全部能量将由第三种要素智能决策来实现。当从智能设备和系统收集到了足够的信息来促进数据驱动型学习的时候，智能决策就发生了，从而使一个小机组网络层的操作功能从运营商传输到数字安全系统。工业互联网的这一要素对于应对越来越复杂且互联的机器、设备、机组和网络来说十分必要。    考虑到可以大范围检测网络的设备或机组，运营商需要迅速做出成千上万的决定来保持系统的最佳性能。通过人为控制系统执行命令，是可以克服这种复杂性挑战的，复杂性的挑战转移到了数字系统。例如，对一个智能系统来说，加大电厂输出的信号将不必发送到每个工厂中。相反，智能自动化将直接用于可以灵活调度，从而使可变资源快速响应譬如风力和太阳能发电、电力需求的变化等。    这些功能将促进个人能力和组织能力的提升并提高工作效率。智能决策是工业互联网的长期愿景。它作为工业互联网的基础是设备与系统以及知识相互汇集的顶点。这是一个大胆的设想，如果可以实现的话，那么将可以提高潜在的生产率同时降低成本，规模堪比工业和互联网革命。    要素整合    随着智能碎片聚集在一起，工业互联网带来了基于计算机分析的“大数据”的力量。传统的统计方法，使用历史数据采集技术经常造成数据、分析和决策之间的分离。随着系统监控技术的进步和信息技术成本的下降，处理实时数据的工作能力正在不断提升，更加出色的管理和分析高频实时数据的能力使得对于系统操作方面的洞悉能力上升到一个新的水平。基于计算机的分析则提供了另一个维度的分析过程。结合基础物理的方法论和资深的行业专业知识，提高信息流自动化和预测技术，同时将先进的分析方法加入“大数据”工具套件中，其结果是工业互联网将传统方法与新方法相结合，这样可以利用二者的强大历史和实时数据进行特定行业的高级分析。    当工业互联网的三大要素智能设备、智能系统、智能决策与机器、设备、机组和网络整合在一起的时候，工业互联网的全部潜能就会体现出来。生产率提高、成本降低和废物排放的减少所带来的益处将带动整个工业经济发展。    四、机遇有多大？三大视角    为了解工业互联网这一机遇的规模，可以先从衡量全球工业体系的规模着手。全球工业体系的规模有多大？可以说，很大。但是，对此并没有一个简单的衡量标准。我们建议采用以下三大视角：经济份额、能源消耗以及机械、设施、机群、网络等实物资产。这些衡量标准并非详尽无遗，但综合采用这些标准将为我们了解工业互联网的巨大潜在规模和范围提供了有益的视角。    经济视角传统经济学上的全球工业涵盖制造、自然资源开发、建筑、公用事业等行业。以此为基准，2011年全球工业产值约占到世界经济的30%，两者分别为21万亿美元和70万亿美元。其中，货物制造占全球产出的17%，而资源开发和建筑等行业约占全球产出的13%。在地区层次上，上述比例因每个国家的经济结构和资源禀赋不同而各有不同。    在发达国家，工业约占经济产出的24%，而在发展中国家，工业约占GDP产出的37%。    在工业总产出中，发达国家的制造业占经济产出的15%，而发展中国家制造业占经济产出的20%。因此，通过传统的经济衡量方法，工业活动约占所有经济活动的三分之一，且各国比例各有不同。      图5工业互联网的潜在GDP份额(以美元为单位)    三分之一的全球经济份额已经很大了，但这还不足以体现工业互联网的广阔潜力。工业互联网涉及的行业领域比传统经济类别更广。例如，工业互联网还涉及很大一部分的运输行业：工业运输车队和航空、铁路、海上运输等大规模的物流作业。2011年，包括陆地、航空、海上、管线、电信和其他物流服务在内的全球运输服务业约占全球经济活动的7%。运输车队在制造和发电的供给和配送链中发挥重要作用。工业互联网有助于优化重工业的时间安排和货物流向。对于航空客运等商业运输服务业，工业互联网在提高其服务和安全的同时进一步优化其运营和资产。    工业互联网在其他商事和政府服务领域中，也将发挥有益作用。例如，医疗保健业中，从大量安全数据中找出共通性和同类物是生死攸关的事。2011年，作为全球经济的一大支柱，公共和私人的医疗保健预计占全球经济的10%。在医疗保健业中，工业互联网的重点从优化货物流向转为优化个人信息流向和业务流程，即在合适的时间将正确的信息传达给合适的人。    将传统的工业与运输业和医疗保健业结合起来，全球经济的46%或全球产出中的32.3万亿美元，将得益于工业互联网。随着全球经济和工业的发展，这一数字还将继续上升。到2025年，预计工业(这里指的是广义的工业)份额将增长至全球经济的50%，或占未来全球产出中的82万亿美元。    工业互联网技术并不能立即应用于上述50%的世界经济对应的所有资产基础中。引入工业互联网技术还需要投资，而投资的进度反过来又取决于相关基础设施发展的速度。在这个意义上，我们前面描述的是一个上限，一个可能达到的阈值。另一方面，投资也限定在能直接应用工业互联网的行业。但是，工业互联网的受益范围并不局限于上述行业。例如，医疗行业的积极效应将带来更多的医疗成果，而反过来这又能减少其他经济领域中因疾病造成的误工。同样，在运输和物流方面的改进也会使那些依赖货物运输和可靠高效供应链的活动受益。能耗视角    图6 2011年全球能源流动    智能技术和健全网络相融合的一个主要益处是节能降耗和降低成本。能源体系的局限性越来越明显。目前，全球普遍面临着资源短缺、环境污染、基础设施落后的问题。工业互联网的兴起可能是对资源限制和稀缺的一个直接回应。因此，考察工业互联网规模的另一视角可以从了解全球工业体系的能源足迹着手。大量的能源资源被用来生产世界所需的货物和服务。如果将能源生产和转换看成是制造业和运输业的附加物，工业互联网将对全球过半数的能源消费产生有益影响。    能源行业涉及最终能源消耗的一系列活动，它包括：发掘燃料(如石油、天然气、煤炭、铀)或利用水、风和太阳能    将初始燃料提炼、加工为最终可配送的产品(如石油、液态天然气等)    将燃料转化为电力2011年，全世界生产的能源超过130亿吨油当量，为方便比较以石油为标准(十亿吨油当量，Btoe)。美国所有的小汽车和轻型汽车(约2.4亿辆)消耗不到一半的Btoe。全球一次能源生产的13Btoe中，4.9Btoe以40%的转化率被转化为电，而其他8.1Btoe则经过提炼、提纯、洗煤、转化等流程运输和配送到能源消费者手中。值得注意的是，能源生产伴随着巨大的成本。为了维持和提高能源供给，全球能源工业(包括煤、天然气、石油、电力等)每年需注资19万亿美元(几乎是全球GDP的3%)。大量高成本的能源消耗为持续应用工业互联网技术提供了广泛的空间。    转向能源的消费端，世界上的一次能源被转化为9.5 Btoe的可用能源产品，包括1.9 Btoe的电力和7.1 Btoe的其他可用燃料。36%的工业最终用户的能耗形式为电力、柴油、炼焦煤、天然气和化学原料。这与经济视角中描述的制造业基本一致。在工业领域内，消耗能源最多的是钢铁和金属工业及石油化工业。这些重工业约占工业总能耗的50%。最近的研究表明，使用最佳实践技术将使重工业的能耗降低15%-20%。通过联合工艺、循环优化、有效使用和维护发动机和旋转设备，持续发展的工业互联网应用推动工业逐步降低能耗。    运输业是另一个能源消费大户，占全球能源需求(主要是石油制品)的27%。运输业中近一半(48%)的燃料消费源于重型机车，包括卡车、公交、飞机、船舶、铁路机车等，另一半(52%)运输能源用于轻型车。工业互联网中最让人期待的一项技术是通过信息技术和联网设备体系优化运输业。假设大部分大型机车和小部分轻型车能获益，工业互联网技术将影响14%的全球运输燃料需求。    为完成全球能源消费的实质转变，需要从多个角度着手，并将面临多项挑战。对每个系统和次系统应从系统内表现及其与更大能源网络的相互影响进行评估。    看上去，过去二十年的流程管理和自动化进程基本成功。当部分能源系统在优化时，一些新的尝试还在进行着。许多与能源生产和转化相关的机器、设备、机组、网络的效率低下，随着工业互联网的发展，该效率会随之提高。    实物资产的视角    关于工业互联网发展机遇的第三种视角是研究与工业系统各个组成部分相关的具体实物资产。工业系统由大量的机器和关键系统组成。目前，世界上有数百万台机器，范围从简单的发动机到医疗服务领域用到的极为先进的CT。所有这些设备的部件及相关信息(温度、压强、振动，以及其他关键指标)，对于了解设备本身的性能，以及设备与机器和系统的关系具有价值。    特别值得关注的一个领域涉及到关键的旋转机械。虽然很难知道世界工业体系中机器、设备、机组和网络的具体数量，但对特定的工业组成部分进行分析，可以了解工业体系的规模。    下表2列出了在重要工业分类中旋转机械重要组成部分示例清单。在这个清单中，当今有超过300万种的主要旋转机械。该数目的得出基于对这些机械和工厂重要系统过程所作出的基本评估。    工业系统的高度定制化使得对比分析变的困难。然而，以旋转设备的关键套件、用于目标监测和控制的关键元件为依据，可以做出一般性评估。结果是对工业体系部分“旋转物体”的估计。所有受温度、压力、振动、其他关键指标影响的这些资产，已经通过或可以通过远程监测、模拟和控制的方式，提升安全性,提高生产力,节省运营成本。    表2旋转的物体:旋转机械示例清单     商用喷气飞机    旋转部件的数量和商用喷气飞机发动机组的潜能都较大。根据喷气飞机信息服务，2011年，世界上正在使用的商用喷气飞机和航空发动机数量约分别为2.15万架和4.3万台。最常见的商用喷气式飞机由双喷气发动机组提供动力。每天每架商用喷气式飞机起飞三架次，全年所有的商用喷气式飞机共计起飞2300万架次。每一个喷气式发动机都含有很多移动部件；然而，其中有三个关键的旋转设备：涡轮风扇、压缩机、涡轮机，需要对这三个设备分别进行控制和监测。在当今的商业机群中，大约有12.9万个旋转设备在运转。除了商业喷气式飞机外，这种设备还应用于军事和非商业性的通用飞机，且数量是商用喷气式飞机的10倍以上。喷气式飞机的设备底线需求量巨大，而且每天都在增长。GE航空集团估计，要满足不断增长的航空旅行需求，未来15年全球还需新增3.2万台发动机。在全球飞机的商业发动机中，这意味着还需要10万个旋转机械。    联合循环电站    如同全球火电厂那样，互联网设备同样有着较大的发展机遇。目前，世界上大约有6.25万家火电厂，总容量为30百万瓦特或更大。电厂的全球总容量约为5200千兆瓦(GW)。图7列出了这些电厂的分布情况。联合循环电站仅占全球火电站的2.5%，大约1768家。这些电厂的全球装机容量为564千兆瓦。     图7按技术分类的全球发电厂机组    联合循环燃气轮机串联使用燃气轮机和蒸汽轮机，把同源的热能天然气转化为动能，然后转换为电能。将燃气轮机和蒸汽轮机结合，联合循环的燃气轮机用到两种热力循环(燃气涡轮的布雷顿循环和蒸汽轮机的兰金循环)，提高了效率，降低了运营成本。联合循环燃气轮机发电厂通常使用多套燃气涡轮蒸汽涡轮机的组合。    目前最常见的联合循环配置是2x1，它使用两台燃气涡轮和一台蒸汽涡轮机，包括6个主要旋转部件：2台燃气涡轮机，2台燃气涡轮发电机，1台蒸汽涡轮机，1台蒸汽涡轮发电机。除了大的关键系统外，发电厂还有其余的99组旋转部件从水泵到空气压缩机。一个2x1联合循环电厂需要使用105个旋转部件。    考虑到全球联合循环机组的影响。如果仪表被应用到1768个电厂的所有组件中，这将需要适用于仪表的1.06万个重要系统部件和17.5万个小的旋转部件。未来15年，全球工业系统还需要新增总装机容量为638千兆瓦，约2000个联合循环电站。这将需要额外配备1.2万台大型旋转设备，以及至少配备 20万个较小的旋转设备，以满足电厂需求。如果其他类型的电厂也被考虑在内，工业互联网技术范围的进一步扩张则显得尤为重要。机车     机车为世界各地运送了大量的原料和货物。2011年，借助于全球总里程达110万公里的铁路系统，货物运输量超过9.6万亿吨。当今铁路系统中，大约有12万辆柴油-电动铁路机车。柴油-电动铁路机车含有的18个重要旋转部件可以归为6大类：电车用电动机、散热片、压缩机、交流发电机、引擎、涡轮。铁路机组的每一个原件若都用到仪表，将需要超过220万个旋转部件。保守估计，未来15年，将有3.3万辆新的柴油-电动铁路机车投入运营；到2025年，仅柴油-电动铁路机车就需要配备39.6万个传感器以满足必要的监控。    炼油厂    炼油厂和石油化工厂多年来一直是先进监测和控制设备关注的对象。那些运用老式技术的设备需要与最先进的新设备进行竞争。同时，石油行业的繁荣和萧条，再加上要符合更为严格的环境标准，一直推动着人们对持续的技术改进和调整的需求。像往复式和离心式压缩机这样的旋转机械，与许许多多的泵一道，是包括炼油厂在内的能源加工企业使用的关键部件。当今，运营商监测和模拟这些设备是为了进行事先保养，以及确保整个工厂优化的安全性。对工厂进行效率和安全管理，以及提高生产效率是当今工业互联网发挥作用的领域。    全球有655家炼油厂，每天的原油产量为8800万桶-与全球石油日均消费量基本持平。每个现代炼油厂约有45个大型的旋转系统。这些系统存在于包括原油和真空蒸馏、焦化、加氢裂化、加氢精制、异构化等在内的各种关键性的炼油环节中。一些炼油厂较小，另一些则较复杂，基于其处理原油和服务消费者的角度来说，世界上任何一家炼油厂从本质上来讲都是一个定制的工业厂房。大多数炼油厂配备的主要装备有离心充泵、湿式和干式压缩机组、动力涡轮机、空气冷却器。如果仅考虑重点系统，一个炼油厂大约用到3万个重要旋转部件。除此之外，众多的泵和小的设备成为了系统监控的目标。为了满足新兴市场需求，未来十五年，世界还需要新建超过100座炼油厂，现有的炼油厂规模也将扩张。这表明，仅石油炼油厂在流程管理和自动化方面新增需求将超过4500个大型旋转系统。    卫生保健    虽然还未得到普遍认可，但是卫生保健服务业也用到了旋转机器。一个实例为计算机断层扫描仪器(CT)。这些机械能够使身体内部结构可视化。CT采用了旋转的X射线设备，绘制出3D版身体横截面图像。全球大约有52000个CT机。CT机广泛应用于诊断和评价治疗效果，包括：心脏、血管造影、脑、胸部、腹部、整形外科。    这些例子仅是那些可以监控、模拟、远程控制和自动化的数以百万计的机器和关键系统的一部分。随着全球网络的兴起，资产配置能力提高，服务和安全提升，资源流动就得以优化。技术融合促使在老设备改装和整修的同时，可采用新设备。流程优化过程会产生新的可能性，提高全要素生产率，降低成本结构。这些系统有望改变各个工业领域的竞争平衡，生存压力将迫使很多企业迅速采用该系统。接下来的将分析工业互联网面临的潜在机遇和挑战。