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    德國工業4.0涼了,能給5G時代的中國“工業物聯網”帶來哪些啟示?

    2019-04-30 09:11 互聯網

    導讀:工業物聯網技術始于美國,興于德國,成于5G。

    工業物聯網技術始于美國,興于德國,成于5G。

    2011年,德國率先提出了工業物聯網的概念;2013年,德國正式確立了依靠CPS系統來打造“工業物聯網”目標,并將這個方案稱為“工業4.0”。

    CPS全稱Cyber-Physical Systems,中文翻譯為“信息物理系統”,是發源于3G時期的一個全球物聯網技術解決方案。按照技術規劃,包括CPS物聯網芯片和CPS對芯片數據的操作終端。

    CPS技術誕生后,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,美國總統科學技術顧問委員會,又再次把CPS列為了影響未來十大關鍵技術的第一名。

    于是,這個誕生在3G網絡時期的物聯網技術,在2013年隨著4G網絡普及,終于被德國這個有錢的主子看上。并由此掀起了一陣“覆蓋全球的工業物聯網運動,并稱其為工業4.0”。

    從2013年過去6年后,全球媒體已經少有提及的“工業4.0”究竟進展如何?

    在2019年,隨著5G技術與NB-IoT物聯網方案的成熟,4G時代的“工業物聯網”解決方案,在今天又能給5G時代的中國“工業物聯網”帶來哪些啟示?

    如果實現“工業物聯網”,對我們普通人來說,生活還將產生哪些變化?

    德國的工業4.0

    2013年是中國通信發展史上的一個特殊年份,那時中國剛剛開始建設4G網絡,年底時也不過16個城市擁有4G網絡。而在中國大搞4G網絡基礎建設的同時,德國卻在4G網絡的建設開始,就早早的提出了以CPS系統建設4G工業物聯網的構想。

    當時的歐洲雖然剛剛經歷2008年金融危機后不久,歐盟成員國也已經開始有債務危機顯現。但德國卻罕見的在2012年創造了近20年最低失業率,經濟方面可謂一片大好。

    于是,這個歐盟的經濟引擎,為了持續保持自身的工業競爭力,便在歐洲大陸“自顧自”的搞起了一場“4G網絡時代的工業物聯網”行動,代號“工業4.0”。

    工業4.0也被世界各國稱為第四次工業革命,根據維基百科資料顯示:

    最初的蒸汽動力被視為第一次工業革命;后來的電力和大規模生產裝配技術是第二次工業革命的標志;工業3.0則讓機器人和計算機走入了工廠;而工業4.0則把所有東西組合成一個自我學習,自我糾正的系統。

    所以,在德國工業4.0的規劃路線中,升級為“工業4.0”后的工廠,可以通過CPS系統組成一個智慧工廠聯盟。

    按照德國在工業4.0里的規劃,所有的工廠設備數據都在CPS系統上進行匯聚,所以CPS系統除了可以預測每臺機器需要維護的工作時長,也能通過給機器設備安排合適的工作任務,來保證CPS體系下各大工廠產出產品的最優質量和速度。

    在德國“工業4.0”的規劃中,CPS工業物聯網方案,除了資源配置優化和數據監控等功能外,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愿景,并能讓德國舉國梭哈的CPS技術自然不是“等閑之輩”。

    在2013年,除了2005年到2007年美國各大機構的吹捧,CPS技術在實際應用中也能找到些許落地的影子,比如波音、空客、奧迪和奔馳等超現代化工廠中,都有內嵌式的閹割版CPS系統。

    之所以被稱為閹割版,是因為這些工廠的CPS應用都是與機械設備關聯在一起的小型硬件系統,這種硬件系統往往只處理這臺機器的運作數據。而德國所要押注的CPS,則是無數機器互通互聯所搭成的一個“工業物聯網”。

    和嵌入式CPS系統不同的是,“工業物聯網”版的CPS除了知道所有工廠的機器情況外,還能自動分析和調配工廠機器的工作內容,使得整個系統內的機器實現運作效率上的最大化,所以其復雜程度是原有嵌入式CPS系統的數千倍不止。

    基于CPS系統的復雜性,CPS的實踐案例只存在于麻省理工學院的一個分布式機器人花園中,并無大規模的工業性落地應用。

    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物聯網的紅利,德國機械協會和制造商協會(VDMA)還為CPS系統的構建設立了“工業4.0平臺”。

    而后不久,德國電氣電子及信息技術協會發布了德國首個工業4.0標準化路線圖,讓整個圍繞CPS的“工業物聯網”建設看上去頗為正式。

    但敢為人先的冒進,終歸還是敗在了時代技術的革新上。

    2015年,英特爾、高通、德州儀器和華為等IC領域的一線公司,在物聯網領域推出了可以接入5G網絡的NB-IoT物聯網技術。2016年,隨著支持NB-IoT物聯網技術的企業增多,世界基本已經拋棄了只在學術期刊上談論的CPS物聯網方案。

    至此,與CPS系統有關的CPS物聯網芯片,隨著IC巨頭的轉身瞬間成了技術探索上的孤立之物。

    而殺死CPS技術的,除了在成本優勢碾壓CPS芯片的NB-IoT物聯網方案外,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。

    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進步以及與NB-IoT物聯網方案的融合,云計算開始逐步替代了CPS系統在未來規劃中的數據分析能力。

    其中,2014年,8位機械自動化的技術研究專家,通過著作《Industrial Cloud-Based Cyber-Physical Systems》一書,預言了“基于云的物理聯網方案”會為未來物聯網操作系統的事實。

    在這本書出版后,諸多工業云取代CPS工業物聯網方案的文章開始大量涌現,2015年,一位學者更是通過系統推演,從技術角度判定了CPS系統的死亡。

    所以即便德國再不聰明,也能后知后覺的感知到:“CPS的工業物聯網和物聯網方案,已經被世界遺棄”。

    此時,德國自己堅持做下去的結果,無外乎兩個,一是自己費了九牛二虎之力做了個5G時代的古董型工業物聯網方案;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。

    2017年,思科曾公布了一份針對德國工廠的調查,其調查結果顯示:有76%的德國工廠認為“工業4.0計劃”已經失敗,因為他們從未參與“工業4.0”的任何組織。

    2018年7月,Gartner發布的2018年工業物聯網報告中,諸如運輸,制造,公用事業和自然資源等領域的企業,幾乎沒有沒有任何公司參與“工業4.0”的標準。

    所以,曾經那場裹挾著“大數據、智慧工業和第四次工業革命”的龍卷風,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的工業物聯網技術解決方案。

    中國在5G前的工業物聯網進程

    在德國和美國的各大企業都大搞“工業物聯網”的同時,既然大家都沒5G技術,中國的企業自然也沒閑著。

    不過,和德國相比,我們在提出“工業物聯網”時,更多只是采用了“產業園”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現狀。

    2016年隨著國家在“中國制造2025”中提出工業物聯網的目標,那一年基本也是國內對“工業物聯網”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網絡。

    其中,知乎網友在“工業物聯網和工業4.0在國內前景”的回答中,據多位網友(觀點總結)介紹:

    中國制造業目前不能大規模承載工業物聯網的原因,是中國工廠與德國工廠相比,目前依然以中低端制造業為主的現狀。

    CPS系統的建設成本很高,所以德國可以基于自己高端制造業的豐厚利潤以及十分完善的工業標準化,來全國性的探索“工業4.0”。

    而對于中國當下的工業現狀來說,需要企業自掏腰包的CPS系統,首先在成本問題上就注定不會成為普及全國的工業物聯網方案。

    強行推動CPS系統下的工業物聯網建設,只會讓本就處于紅海市場的中國工業產品,額外增加新的生產成本,當企業生存依然是主要問題,中國的大多數企業又哪里來的心思,去做技術探索上的嘗試。

    所以,產業園式的工業物聯網探索,雖然讓我們避免了德國在“工業4.0”上遇到的CPS大坑,但如果沒有新的低成本物聯網解決方案出現,中國的工業企業也將長時間處于被德國“工業4.0”的技術碾壓上。

    當然,值得慶幸的是,這種碾壓隨著低成本NB-IoT物聯網方案的誕生,并沒有成為5G前夜正在發生或已經發生的事實。

    因為隨著5G普及,工業物聯網將走出實驗室的成本制約,成為萬物互聯下的時代紅利。

    5G成了工業物聯網的關鍵轉折

    5G能夠推動工業物聯網的普及的原因,有兩個:一是技術原因,二是成本原因。

    從技術角度而言,5G生態目前已經可以替代CPS物聯網方案。

    CPS系統誕生之初,只是一個承載了4G網絡的物聯網技術解決方案,這個技術方案因為集成了“5C(連接、轉換、網絡、認知和配置)的所有”功能,所以即便有著完整的搭建模型,基于技術復雜性至今也少有落地案例。

    事實上早在2015年3月,美國國家醫學圖書館國立衛生研究院,就曾收錄了一篇關于CPS系統綜合論述的學術文獻,在這篇被無數引用的專業技術文獻上,文獻作者就直接用模型論證了CPS系統在數據沖突和技術搭建上不可行性。

    而在我們與騰訊合作的另一篇《5G時代,誰將會是物聯網芯片的最大贏家》的文章中,5G生態包括:物聯網、云計算與人工智能。

    與CPS將5C全部集成的做法不同,5G生態的物聯網承載了鏈接功能,云計算則承載了轉換和網絡功能,最后的人工智能承載了認知和配置功能,且三個技術方向自成產業的同時,又通過5G技術相互貼合。

    這讓智慧型物聯網的落地,比起CPS技術要精簡和方便許多。

    而基于這兩種技術的差異性,目前眾巨頭押注的物聯網芯片技術,不是CPS芯片,而是在2015年由華為、高通和愛立信主導的NB-IoT芯片方案。所以,從技術角度而言,能夠融入5G網絡的NB-IoT芯片方案盛行本身,已經將CPS系統的未來打入冷宮。

    從成本角度考慮,盡管NB-IoT物聯網方案整體投入并不比CPS更少,但因為NB-IoT設備未來會并入全球電信運營商的5G網絡,這讓電信運營商直接成為了NB-IoT的物聯網方案的推動者。

    所以,和CPS方案則需要企業單獨投資、獨立組網相比,不僅硬件建設電信運營商幫工業企業出大頭,就連與之配套的云計算服務也有科技巨頭幫忙建設。

    其中,隨著NB-IoT物聯網設備的普及,建設NB-IoT物聯網硬件的價格也將逐漸降低。這讓5G生態建設后期的制造業企業,可以在未來零成本使用5G生態帶來的工業物聯網技術。

    而這種對比背后,對于廣大企業而言,兩者“工業物聯網方案”的孰優孰劣,一眼便知。


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