導(dǎo)讀:工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)始于美國,興于德國,成于5G。
工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)始于美國,興于德國,成于5G。
2011年,德國率先提出了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的概念;2013年,德國正式確立了依靠CPS系統(tǒng)來打造“工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)”目標,并將這個方案稱為“工業(yè)4.0”。
CPS全稱Cyber-Physical Systems,中文翻譯為“信息物理系統(tǒng)”,是發(fā)源于3G時期的一個全球物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)解決方案。按照技術(shù)規(guī)劃,包括CPS物聯(lián)網(wǎng)芯片和CPS對芯片數(shù)據(jù)的操作終端。
CPS技術(shù)誕生后,2005年美國國會在一份研究報告上著重介紹了CPS方案;2006年2月,《美國競爭力計劃》將CPS列為了重要的研究項目;2007年7月,美國總統(tǒng)科學(xué)技術(shù)顧問委員會,又再次把CPS列為了影響未來十大關(guān)鍵技術(shù)的第一名。
于是,這個誕生在3G網(wǎng)絡(luò)時期的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),在2013年隨著4G網(wǎng)絡(luò)普及,終于被德國這個有錢的主子看上。并由此掀起了一陣“覆蓋全球的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)運動,并稱其為工業(yè)4.0”。
從2013年過去6年后,全球媒體已經(jīng)少有提及的“工業(yè)4.0”究竟進展如何?
在2019年,隨著5G技術(shù)與NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)方案的成熟,4G時代的“工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)”解決方案,在今天又能給5G時代的中國“工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)”帶來哪些啟示?
如果實現(xiàn)“工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)”,對我們普通人來說,生活還將產(chǎn)生哪些變化?
德國的工業(yè)4.0
2013年是中國通信發(fā)展史上的一個特殊年份,那時中國剛剛開始建設(shè)4G網(wǎng)絡(luò),年底時也不過16個城市擁有4G網(wǎng)絡(luò)。而在中國大搞4G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)建設(shè)的同時,德國卻在4G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)開始,就早早的提出了以CPS系統(tǒng)建設(shè)4G工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)想。
當(dāng)時的歐洲雖然剛剛經(jīng)歷2008年金融危機后不久,歐盟成員國也已經(jīng)開始有債務(wù)危機顯現(xiàn)。但德國卻罕見的在2012年創(chuàng)造了近20年最低失業(yè)率,經(jīng)濟方面可謂一片大好。
于是,這個歐盟的經(jīng)濟引擎,為了持續(xù)保持自身的工業(yè)競爭力,便在歐洲大陸“自顧自”的搞起了一場“4G網(wǎng)絡(luò)時代的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)”行動,代號“工業(yè)4.0”。
工業(yè)4.0也被世界各國稱為第四次工業(yè)革命,根據(jù)維基百科資料顯示:
最初的蒸汽動力被視為第一次工業(yè)革命;后來的電力和大規(guī)模生產(chǎn)裝配技術(shù)是第二次工業(yè)革命的標志;工業(yè)3.0則讓機器人和計算機走入了工廠;而工業(yè)4.0則把所有東西組合成一個自我學(xué)習(xí),自我糾正的系統(tǒng)。
所以,在德國工業(yè)4.0的規(guī)劃路線中,升級為“工業(yè)4.0”后的工廠,可以通過CPS系統(tǒng)組成一個智慧工廠聯(lián)盟。
按照德國在工業(yè)4.0里的規(guī)劃,所有的工廠設(shè)備數(shù)據(jù)都在CPS系統(tǒng)上進行匯聚,所以CPS系統(tǒng)除了可以預(yù)測每臺機器需要維護的工作時長,也能通過給機器設(shè)備安排合適的工作任務(wù),來保證CPS體系下各大工廠產(chǎn)出產(chǎn)品的最優(yōu)質(zhì)量和速度。
在德國“工業(yè)4.0”的規(guī)劃中,CPS工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)方案,除了資源配置優(yōu)化和數(shù)據(jù)監(jiān)控等功能外,其最終的愿景是取代大部分工人的人力工作,實現(xiàn)工廠的“機器自治”。
5G前的試驗場,CPS的失利
承載了如此宏大的技術(shù)愿景,并能讓德國舉國梭哈的CPS技術(shù)自然不是“等閑之輩”。
在2013年,除了2005年到2007年美國各大機構(gòu)的吹捧,CPS技術(shù)在實際應(yīng)用中也能找到些許落地的影子,比如波音、空客、奧迪和奔馳等超現(xiàn)代化工廠中,都有內(nèi)嵌式的閹割版CPS系統(tǒng)。
之所以被稱為閹割版,是因為這些工廠的CPS應(yīng)用都是與機械設(shè)備關(guān)聯(lián)在一起的小型硬件系統(tǒng),這種硬件系統(tǒng)往往只處理這臺機器的運作數(shù)據(jù)。而德國所要押注的CPS,則是無數(shù)機器互通互聯(lián)所搭成的一個“工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)”。
和嵌入式CPS系統(tǒng)不同的是,“工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)”版的CPS除了知道所有工廠的機器情況外,還能自動分析和調(diào)配工廠機器的工作內(nèi)容,使得整個系統(tǒng)內(nèi)的機器實現(xiàn)運作效率上的最大化,所以其復(fù)雜程度是原有嵌入式CPS系統(tǒng)的數(shù)千倍不止。
基于CPS系統(tǒng)的復(fù)雜性,CPS的實踐案例只存在于麻省理工學(xué)院的一個分布式機器人花園中,并無大規(guī)模的工業(yè)性落地應(yīng)用。
但有錢任性的德國,為了在5G到來前,先于世界其他國家獲得工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的紅利,德國機械協(xié)會和制造商協(xié)會(VDMA)還為CPS系統(tǒng)的構(gòu)建設(shè)立了“工業(yè)4.0平臺”。
而后不久,德國電氣電子及信息技術(shù)協(xié)會發(fā)布了德國首個工業(yè)4.0標準化路線圖,讓整個圍繞CPS的“工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)”建設(shè)看上去頗為正式。
但敢為人先的冒進,終歸還是敗在了時代技術(shù)的革新上。
2015年,英特爾、高通、德州儀器和華為等IC領(lǐng)域的一線公司,在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域推出了可以接入5G網(wǎng)絡(luò)的NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。2016年,隨著支持NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的企業(yè)增多,世界基本已經(jīng)拋棄了只在學(xué)術(shù)期刊上談?wù)摰腃PS物聯(lián)網(wǎng)方案。
至此,與CPS系統(tǒng)有關(guān)的CPS物聯(lián)網(wǎng)芯片,隨著IC巨頭的轉(zhuǎn)身瞬間成了技術(shù)探索上的孤立之物。
而殺死CPS技術(shù)的,除了在成本優(yōu)勢碾壓CPS芯片的NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)方案外,也和意識到未來5G時代云計算重要性的亞馬遜、IBM、微軟和谷歌等一線巨頭有關(guān)。
早期的云計算功能簡單,只能與CPS形成互補。但隨著云計算的技術(shù)進步以及與NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)方案的融合,云計算開始逐步替代了CPS系統(tǒng)在未來規(guī)劃中的數(shù)據(jù)分析能力。
其中,2014年,8位機械自動化的技術(shù)研究專家,通過著作《Industrial Cloud-Based Cyber-Physical Systems》一書,預(yù)言了“基于云的物理聯(lián)網(wǎng)方案”會為未來物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的事實。
在這本書出版后,諸多工業(yè)云取代CPS工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)方案的文章開始大量涌現(xiàn),2015年,一位學(xué)者更是通過系統(tǒng)推演,從技術(shù)角度判定了CPS系統(tǒng)的死亡。
所以即便德國再不聰明,也能后知后覺的感知到:“CPS的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)方案,已經(jīng)被世界遺棄”。
此時,德國自己堅持做下去的結(jié)果,無外乎兩個,一是自己費了九牛二虎之力做了個5G時代的古董型工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)方案;二是做到一半時因巨額成本半途而廢,上百億美元買個“閉門造車”的教訓(xùn)。
2017年,思科曾公布了一份針對德國工廠的調(diào)查,其調(diào)查結(jié)果顯示:有76%的德國工廠認為“工業(yè)4.0計劃”已經(jīng)失敗,因為他們從未參與“工業(yè)4.0”的任何組織。
2018年7月,Gartner發(fā)布的2018年工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)報告中,諸如運輸,制造,公用事業(yè)和自然資源等領(lǐng)域的企業(yè),幾乎沒有沒有任何公司參與“工業(yè)4.0”的標準。
所以,曾經(jīng)那場裹挾著“大數(shù)據(jù)、智慧工業(yè)和第四次工業(yè)革命”的龍卷風(fēng),也便隨著時間的流逝,而被人們漸漸遺忘。
直到,最近兩年5G標準初步確立,人們這才想起,原來在3G和4G時代,還有著一個名為CPS的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)解決方案。
中國在5G前的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)進程
在德國和美國的各大企業(yè)都大搞“工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)”的同時,既然大家都沒5G技術(shù),中國的企業(yè)自然也沒閑著。
不過,和德國相比,我們在提出“工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)”時,更多只是采用了“產(chǎn)業(yè)園”的探索模式。
這種折中的跟隨,一方面源于中國的地大物博,另一方面則源于中國的企業(yè)現(xiàn)狀。
2016年隨著國家在“中國制造2025”中提出工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的目標,那一年基本也是國內(nèi)對“工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)”討論最熱烈的時間,其討論的頻次和報道絲毫不亞于2019年的5G網(wǎng)絡(luò)。
其中,知乎網(wǎng)友在“工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)4.0在國內(nèi)前景”的回答中,據(jù)多位網(wǎng)友(觀點總結(jié))介紹:
中國制造業(yè)目前不能大規(guī)模承載工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的原因,是中國工廠與德國工廠相比,目前依然以中低端制造業(yè)為主的現(xiàn)狀。
CPS系統(tǒng)的建設(shè)成本很高,所以德國可以基于自己高端制造業(yè)的豐厚利潤以及十分完善的工業(yè)標準化,來全國性的探索“工業(yè)4.0”。
而對于中國當(dāng)下的工業(yè)現(xiàn)狀來說,需要企業(yè)自掏腰包的CPS系統(tǒng),首先在成本問題上就注定不會成為普及全國的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)方案。
強行推動CPS系統(tǒng)下的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè),只會讓本就處于紅海市場的中國工業(yè)產(chǎn)品,額外增加新的生產(chǎn)成本,當(dāng)企業(yè)生存依然是主要問題,中國的大多數(shù)企業(yè)又哪里來的心思,去做技術(shù)探索上的嘗試。
所以,產(chǎn)業(yè)園式的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)探索,雖然讓我們避免了德國在“工業(yè)4.0”上遇到的CPS大坑,但如果沒有新的低成本物聯(lián)網(wǎng)解決方案出現(xiàn),中國的工業(yè)企業(yè)也將長時間處于被德國“工業(yè)4.0”的技術(shù)碾壓上。
當(dāng)然,值得慶幸的是,這種碾壓隨著低成本NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)方案的誕生,并沒有成為5G前夜正在發(fā)生或已經(jīng)發(fā)生的事實。
因為隨著5G普及,工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)將走出實驗室的成本制約,成為萬物互聯(lián)下的時代紅利。
5G成了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵轉(zhuǎn)折
5G能夠推動工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的普及的原因,有兩個:一是技術(shù)原因,二是成本原因。
從技術(shù)角度而言,5G生態(tài)目前已經(jīng)可以替代CPS物聯(lián)網(wǎng)方案。
CPS系統(tǒng)誕生之初,只是一個承載了4G網(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)解決方案,這個技術(shù)方案因為集成了“5C(連接、轉(zhuǎn)換、網(wǎng)絡(luò)、認知和配置)的所有”功能,所以即便有著完整的搭建模型,基于技術(shù)復(fù)雜性至今也少有落地案例。
事實上早在2015年3月,美國國家醫(yī)學(xué)圖書館國立衛(wèi)生研究院,就曾收錄了一篇關(guān)于CPS系統(tǒng)綜合論述的學(xué)術(shù)文獻,在這篇被無數(shù)引用的專業(yè)技術(shù)文獻上,文獻作者就直接用模型論證了CPS系統(tǒng)在數(shù)據(jù)沖突和技術(shù)搭建上不可行性。
而在我們與騰訊合作的另一篇《5G時代,誰將會是物聯(lián)網(wǎng)芯片的最大贏家》的文章中,5G生態(tài)包括:物聯(lián)網(wǎng)、云計算與人工智能。
與CPS將5C全部集成的做法不同,5G生態(tài)的物聯(lián)網(wǎng)承載了鏈接功能,云計算則承載了轉(zhuǎn)換和網(wǎng)絡(luò)功能,最后的人工智能承載了認知和配置功能,且三個技術(shù)方向自成產(chǎn)業(yè)的同時,又通過5G技術(shù)相互貼合。
這讓智慧型物聯(lián)網(wǎng)的落地,比起CPS技術(shù)要精簡和方便許多。
而基于這兩種技術(shù)的差異性,目前眾巨頭押注的物聯(lián)網(wǎng)芯片技術(shù),不是CPS芯片,而是在2015年由華為、高通和愛立信主導(dǎo)的NB-IoT芯片方案。所以,從技術(shù)角度而言,能夠融入5G網(wǎng)絡(luò)的NB-IoT芯片方案盛行本身,已經(jīng)將CPS系統(tǒng)的未來打入冷宮。
從成本角度考慮,盡管NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)方案整體投入并不比CPS更少,但因為NB-IoT設(shè)備未來會并入全球電信運營商的5G網(wǎng)絡(luò),這讓電信運營商直接成為了NB-IoT的物聯(lián)網(wǎng)方案的推動者。
所以,和CPS方案則需要企業(yè)單獨投資、獨立組網(wǎng)相比,不僅硬件建設(shè)電信運營商幫工業(yè)企業(yè)出大頭,就連與之配套的云計算服務(wù)也有科技巨頭幫忙建設(shè)。
其中,隨著NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的普及,建設(shè)NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)硬件的價格也將逐漸降低。這讓5G生態(tài)建設(shè)后期的制造業(yè)企業(yè),可以在未來零成本使用5G生態(tài)帶來的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。
而這種對比背后,對于廣大企業(yè)而言,兩者“工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)方案”的孰優(yōu)孰劣,一眼便知。