工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)始于美國(guó)，興于德國(guó)，成于5G。

2011年，德國(guó)率先提出了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的概念;2013年，德國(guó)正式確立了依靠CPS系統(tǒng)來(lái)打造“工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)”目標(biāo)，并將這個(gè)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(shí)期的一個(gè)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(duì)芯片數(shù)據(jù)的操作終端。

CPS技術(shù)誕生后，2005年美國(guó)國(guó)會(huì)在一份研究報(bào)告上著重介紹了CPS方案;2006年2月，《美國(guó)競(jìng)爭(zhēng)力計(jì)劃》將CPS列為了重要的研究項(xiàng)目;2007年7月，美國(guó)總統(tǒng)科學(xué)技術(shù)顧問(wèn)委員會(huì)，又再次把CPS列為了影響未來(lái)十大關(guān)鍵技術(shù)的第一名。

于是，這個(gè)誕生在3G網(wǎng)絡(luò)時(shí)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(guó)這個(gè)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(yùn)動(dòng)，并稱其為工業(yè)4.0”。

從2013年過(guò)去6年后，全球媒體已經(jīng)少有提及的“工業(yè)4.0”究竟進(jìn)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(shí)代的“工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)”解決方案，在今天又能給5G時(shí)代的中國(guó)“工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)”帶來(lái)哪些啟示?

如果實(shí)現(xiàn)“工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)”，對(duì)我們普通人來(lái)說(shuō)，生活還將產(chǎn)生哪些變化?

德國(guó)的工業(yè)4.0

2013年是中國(guó)通信發(fā)展史上的一個(gè)特殊年份，那時(shí)中國(guó)剛剛開始建設(shè)4G網(wǎng)絡(luò)，年底時(shí)也不過(guò)16個(gè)城市擁有4G網(wǎng)絡(luò)。而在中國(guó)大搞4G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)建設(shè)的同時(shí)，德國(guó)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(shí)的歐洲雖然剛剛經(jīng)歷2008年金融危機(jī)后不久，歐盟成員國(guó)也已經(jīng)開始有債務(wù)危機(jī)顯現(xiàn)。但德國(guó)卻罕見的在2012年創(chuàng)造了近20年最低失業(yè)率，經(jīng)濟(jì)方面可謂一片大好。

于是，這個(gè)歐盟的經(jīng)濟(jì)引擎，為了持續(xù)保持自身的工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，便在歐洲大陸“自顧自”的搞起了一場(chǎng)“4G網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)”行動(dòng)，代號(hào)“工業(yè)4.0”。

工業(yè)4.0也被世界各國(guó)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(dòng)力被視為第一次工業(yè)革命;后來(lái)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(biāo)志;工業(yè)3.0則讓機(jī)器人和計(jì)算機(jī)走入了工廠;而工業(yè)4.0則把所有東西組合成一個(gè)自我學(xué)習(xí)，自我糾正的系統(tǒng)。

所以，在德國(guó)工業(yè)4.0的規(guī)劃路線中，升級(jí)為“工業(yè)4.0”后的工廠，可以通過(guò)CPS系統(tǒng)組成一個(gè)智慧工廠聯(lián)盟。

按照德國(guó)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(jìn)行匯聚，所以CPS系統(tǒng)除了可以預(yù)測(cè)每臺(tái)機(jī)器需要維護(hù)的工作時(shí)長(zhǎng)，也能通過(guò)給機(jī)器設(shè)備安排合適的工作任務(wù)，來(lái)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(guó)“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(shí)現(xiàn)工廠的“機(jī)器自治”。

5G前的試驗(yàn)場(chǎng)，CPS的失利

承載了如此宏大的技術(shù)愿景，并能讓德國(guó)舉國(guó)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(guó)各大機(jī)構(gòu)的吹捧，CPS技術(shù)在實(shí)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?yàn)檫@些工廠的CPS應(yīng)用都是與機(jī)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(tái)機(jī)器的運(yùn)作數(shù)據(jù)。而德國(guó)所要押注的CPS，則是無(wú)數(shù)機(jī)器互通互聯(lián)所搭成的一個(gè)“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(jī)器情況外，還能自動(dòng)分析和調(diào)配工廠機(jī)器的工作內(nèi)容，使得整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的機(jī)器實(shí)現(xiàn)運(yùn)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(shí)踐案例只存在于麻省理工學(xué)院的一個(gè)分布式機(jī)器人花園中，并無(wú)大規(guī)模的工業(yè)性落地應(yīng)用。

但有錢任性的德國(guó)，為了在5G到來(lái)前，先于世界其他國(guó)家獲得工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的紅利，德國(guó)機(jī)械協(xié)會(huì)和制造商協(xié)會(huì)(VDMA)還為CPS系統(tǒng)的構(gòu)建設(shè)立了“工業(yè)4.0平臺(tái)”。

而后不久，德國(guó)電氣電子及信息技術(shù)協(xié)會(huì)發(fā)布了德國(guó)首個(gè)工業(yè)4.0標(biāo)準(zhǔn)化路線圖，讓整個(gè)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(jìn)，終歸還是敗在了時(shí)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(shì)碾壓CPS芯片的NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)方案外，也和意識(shí)到未來(lái)5G時(shí)代云計(jì)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(jì)算功能簡(jiǎn)單，只能與CPS形成互補(bǔ)。但隨著云計(jì)算的技術(shù)進(jìn)步以及與NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)方案的融合，云計(jì)算開始逐步替代了CPS系統(tǒng)在未來(lái)規(guī)劃中的數(shù)據(jù)分析能力。

其中，2014年，8位機(jī)械自動(dòng)化的技術(shù)研究專家，通過(guò)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(huì)為未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的事實(shí)。

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(guò)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(guó)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(shí)，德國(guó)自己堅(jiān)持做下去的結(jié)果，無(wú)外乎兩個(gè)，一是自己費(fèi)了九牛二虎之力做了個(gè)5G時(shí)代的古董型工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)方案;二是做到一半時(shí)因巨額成本半途而廢，上百億美元買個(gè)“閉門造車”的教訓(xùn)。

2017年，思科曾公布了一份針對(duì)德國(guó)工廠的調(diào)查，其調(diào)查結(jié)果顯示：有76%的德國(guó)工廠認(rèn)為“工業(yè)4.0計(jì)劃”已經(jīng)失敗，因?yàn)樗麄儚奈磪⑴c“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(bào)告中，諸如運(yùn)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(biāo)準(zhǔn)。

所以，曾經(jīng)那場(chǎng)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(shí)間的流逝，而被人們漸漸遺忘。

直到，最近兩年5G標(biāo)準(zhǔn)初步確立，人們這才想起，原來(lái)在3G和4G時(shí)代，還有著一個(gè)名為CPS的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)解決方案。

中國(guó)在5G前的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)程

在德國(guó)和美國(guó)的各大企業(yè)都大搞“工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)”的同時(shí)，既然大家都沒5G技術(shù)，中國(guó)的企業(yè)自然也沒閑著。

不過(guò)，和德國(guó)相比，我們?cè)谔岢觥肮I(yè)物聯(lián)網(wǎng)”時(shí)，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(guó)的地大物博，另一方面則源于中國(guó)的企業(yè)現(xiàn)狀。

2016年隨著國(guó)家在“中國(guó)制造2025”中提出工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的目標(biāo)，那一年基本也是國(guó)內(nèi)對(duì)“工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)”討論最熱烈的時(shí)間，其討論的頻次和報(bào)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(guó)內(nèi)前景”的回答中，據(jù)多位網(wǎng)友(觀點(diǎn)總結(jié))介紹：

中國(guó)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(guó)工廠與德國(guó)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(guó)可以基于自己高端制造業(yè)的豐厚利潤(rùn)以及十分完善的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化，來(lái)全國(guó)性的探索“工業(yè)4.0”。

而對(duì)于中國(guó)當(dāng)下的工業(yè)現(xiàn)狀來(lái)說(shuō)，需要企業(yè)自掏腰包的CPS系統(tǒng)，首先在成本問(wèn)題上就注定不會(huì)成為普及全國(guó)的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)方案。

強(qiáng)行推動(dòng)CPS系統(tǒng)下的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，只會(huì)讓本就處于紅海市場(chǎng)的中國(guó)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(wèn)題，中國(guó)的大多數(shù)企業(yè)又哪里來(lái)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(guó)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(guó)的工業(yè)企業(yè)也將長(zhǎng)時(shí)間處于被德國(guó)“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(shí)。

因?yàn)殡S著5G普及，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)將走出實(shí)驗(yàn)室的成本制約，成為萬(wàn)物互聯(lián)下的時(shí)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(dòng)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的普及的原因，有兩個(gè)：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(gè)承載了4G網(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)解決方案，這個(gè)技術(shù)方案因?yàn)榧闪恕?C(連接、轉(zhuǎn)換、網(wǎng)絡(luò)、認(rèn)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(shí)上早在2015年3月，美國(guó)國(guó)家醫(yī)學(xué)圖書館國(guó)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(xiàn)，在這篇被無(wú)數(shù)引用的專業(yè)技術(shù)文獻(xiàn)上，文獻(xiàn)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(shí)代，誰(shuí)將會(huì)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(jì)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(jì)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(rèn)知和配置功能，且三個(gè)技術(shù)方向自成產(chǎn)業(yè)的同時(shí)，又通過(guò)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(jiǎn)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(lái)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?yàn)镹B-IoT設(shè)備未來(lái)會(huì)并入全球電信運(yùn)營(yíng)商的5G網(wǎng)絡(luò)，這讓電信運(yùn)營(yíng)商直接成為了NB-IoT的物聯(lián)網(wǎng)方案的推動(dòng)者。

所以，和CPS方案則需要企業(yè)單獨(dú)投資、獨(dú)立組網(wǎng)相比，不僅硬件建設(shè)電信運(yùn)營(yíng)商幫工業(yè)企業(yè)出大頭，就連與之配套的云計(jì)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(jià)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(lái)零成本使用5G生態(tài)帶來(lái)的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

而這種對(duì)比背后，對(duì)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。