工业互联网产业分析
本文关于工业互联网架构等的主要内容来自以下参考材料：
- 工业互联网产业联盟，《工业互联网垂直行业应用报告》（2019）
- 中国工业APP联盟，《工业互联网APP发展白皮书》（2018）
- 国家工业信息安全发展研究中心，两化融合服务联盟等，《工业互联网平台创新发展白皮书》（2018）
- 工业互联网产业联盟，《工业互联网平台白皮书》（2017）
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1. 概念与历程
工业互联网概念在2013年前后提出，起于2015年前后GE的predix、西门子的mindSphere等工业互联网平台，兴于2017年-2018年间国内如航天云网、三一根云互联、海尔、美的等制造业巨头，阿里工业ET大脑、腾讯等传统互联网巨头，以及华为、中移动、中联通等IT巨头从各自领域的跟进推动。制造业从计算机辅助设计&制造、计算机集成制造、网络化制造、工业化与信息化融合（两化融合）等阶段发展至今，不断吸收如移动互联网、物联网领域新技术，体现在最新阶段的发展既为工业互联网。
工业互联网，与其同期概念如工业4.0、先进制造、智能制造、中国制造2025、云制造等一样，均可视为从国家、产业等宏观角度提出的“问题”而不是“标准答案”，同时因工业领域层面十分复杂，故目前各大行业巨头近几年的主要着力点均为依托本产业优势打造各自定义的“工业互联网平台”。而政府体系如工业互联网产业联盟（工信部、信通院）则致力于联合企业推动工业互联网的发展、并形成标准体系。
因国家国务院《关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》在2017年11月提出，故一般称2018年为国家工业互联网元年。但实际上2017年之前航天云网、三一根云、海尔COSMOPlat、徐工Xrea、沈阳机床、华为、阿里等大多数一线巨头已经推出了自己的工业互联网平台方案（虽然都还是探索性的雏形，大家都是起步阶段）。在过去几十年的工业信息化升级过程中，这类制造业的行业领头企业，一直在企业内部实践工业信息化，有一定的工业数字化基础和对外服务提供的能力。反观2018年，通过对比2017、2018两年上海工博会， 2018年各大主要平台与1年前的发展相比并未发生实质性变化，未见大影响力的新平台出现或消亡（除了GE 含predix在内数字化部门的出售引起国内不少人士对工业互联网的唱衰）。
综合而言，工业互联网的发展与整个国家制造业、信息化的基础建设相关，是一直以来工业升级在目前时代新的称谓：1、这是未来工业发展的必然趋势，国家几十年工业信息化升级的基础将持续稳健推动其发展；2、工业互联网的宏观发展是整个工业体系的体现，使其较难像移动互联网那样在短期内爆发；3、又由于其体系的庞大，国内互联网+、物联网及5G技术等发展升级将有可能对其在某些垂直领域、垂直环节产生“黑天鹅”式的突变效应。
2. 架构与生态
2.1 体系架构
工业互联网平台包括边缘、平台（工业PaaS）、应用三大核心层级，构建更精准、实时、高效的数据采集体系，建设包括存储、集成、访问、分析、管理功能的使能平台，实现工业技术、经验、知识模型化、软件化、复用化，以工业APP 的形式为制造企业提供各类创新应用，最终形成资源富集、多方参与、合作共赢、协同演进的制造业生态。
第一层是边缘，通过大范围、深层次的数据采集，以及异构数据的协议转换与边缘处理，构建工业互联网平台的数据基础。一是通过各类通信手段接入不同设备、系统和产品，采集海量数据；二是依托协议转换技术实现多源异构数据的归一化和边缘集成；三是利用边缘计算设备实现底层数据的汇聚处理，并实现数据向云端平台的集成。
第二层是平台，基于通用PaaS 叠加大数据处理、工业数据分析、工业微服务等创新功能，构建可扩展的开放式云操作系统。一是提供工业数据管理能力，将数据科学与工业机理结合，帮助制造企业构建工业数据分析能力，实现数据价值挖掘；二是把技术、知识、经验等资源固化为可移植、可复用的工业微服务组件库，供开发者调用；三是构建应用开发环境，借助微服务组件和工业应用开发工具，帮助用户快速构建定制化的工业APP。
第三层是应用，形成满足不同行业、不同场景的工业SaaS 和工业APP，形成工业互联网平台的最终价值。一是提供了设计、生产、管理、服务等一系列创新性业务应用。二是构建了良好的工业APP 创新环境，使开发者基于平台数据及微服务功能实现应用创新。
除此之外，工业互联网平台还包括IaaS 基础设施，以及涵盖整个工业系统的安全管理体系，这些构成了工业互联网平台的基础支撑和重要保障。
2.2 产业生态
工业互联网平台产业发展涉及多个层次、不同领域的多类主体。在产业链上游，云计算、数据管理、数据分析、数据采集与集成、边缘计算五类专业技术型企业为平台构建提供技术支撑；在产业链中游，装备与自动化、工业制造、信息通信技术、工业软件四大领域内领先企业加快平台布局；在产业链下游，垂直领域用户和第三方开发者通过应用部署与创新不断为平台注入新的价值。
1.信息技术企业提供通用使能工具，成为平台建设重要支撑
信息技术企业提供关键技术能力，以“被集成”的方式参与平台构建。主要包括五类：一是云计算企业，提供云计算基础资源能力及关键技术支持，典型企业如亚马逊、微软、Pivotal、Vmware、红帽等；二是数据管理企业，提供面向工业场景的对象存储、关系数据库、NoSQL 数据库等数据管理和存储的工具，典型企业如Oracle、Apache、Splunk 等；三是数据分析企业，提供数据挖掘方法与工具，典型企业如SAS、IBM、Tableau、Pentaho、PFN 等；四是数据采集与集成企业，为设备连接、多源异构数据的集成提供技术支持，典型企业如Kepware、NI、博世、IBM 等；五是边缘计算企业，提供边缘层的数据预处理与轻量级数据分析能力，典型企业如华为、思科、英特尔、博世等。
2.平台厂商通过整合资源实现平台构建，发挥产业主导作用
平台企业以集成创新为主要模式，以应用创新生态构建为主要目的，整合各类产业和技术要素实现平台构建，是产业体系的核心。目前，平台企业主要有以下四类：
一是装备与自动化企业，这类企业在工业现场沉淀有大量生产设备与工业系统，在其几十年的创新探索中也形成了丰富的工业知识、经验和模型，正借助平台化布局，实现底层设备数据的采集与集成以及工业知识的封装与复用，并以此为基础形成创新型的服务模式。如GE、西门子、ABB、和利时、施耐德、发那科、沈阳机床等；
二是领先的生产制造企业，凭借自身在数字化转型过程中的成功经验，围绕生产优化、用户定制、资源整合等方面提供平台化服务，形成了多种创新模式。部分消费品生产企业基于个性化定制生产模式构建工业互联网平台，实现用户需求、设计资源与生产能力的全面打通，比如海尔的COSMOPlat 平台。部分集团型制造企业凭借其资源整合经验，通过平台汇聚产业上下游各环节资源，为企业提供供需对接、协同设计、制造协同等智能化应用，比如航天云网INDICS 平台；
三是工业软件企业，通过布局工业互联网平台，全面获取生产现场数据和远程设备运行数据，并通过这些数据与软件的结合，提供更精准的决策支持并不断丰富软件功能，如西门子工业软件、达索、PTC、SAP、Oracle、用友等。其中，管理软件企业依托平台实现从企业管理层到生产层的纵向数据集成，提升软件的智能精准分析能力，例如SAP HANA 平台。设计软件企业借助平台获取全生命周期数据，提升软件性能，进而形成基于数字孪生的创新应用，例如PTC Thingworx 平台；
四是信息技术企业，发挥IT 技术优势将已有平台向制造领域延伸，在其现有通用技术平台基础上，不断丰富面向工业场景的应用服务能力，同时加强与制造企业合作，实现平台的定制化集成和应用部署，如IBM、微软、阿里、华为、思科等。其中云计算、大数据企业凭借运营及数据服务能力，通过强化工业连接及工业分析构建平台，如IBM Bluemix 平台、阿里工业ET大脑、微软Azure IoT 平台。通信企业则依托数据采集与网络互联优势构建物联管理平台，并不断提升工业数据处理能力，如华为OceanConnect 平台、中移动OneNet平台。
3.应用主体以平台为载体开展应用创新，实现平台价值提升
工业互联网平台通过功能开放和资源调用大幅降低工业应用创新门槛，其应用主体分为两类：行业用户在平台使用过程中结合本领域工业知识、机理和经验开展应用创新，加快数字化转型步伐，如全球研磨机械制造商格林公司基于西门子MindSphere平台开发服务于机床的工业APP，实现对刀具磨损状态的精准预测和适时更换。第三方开发者能够依托平台快速创建应用服务，形成面向不同行业不同场景的海量工业APP，提升平台面向更多工业领域提供服务的能力，典型企业如Webalo、Bearing Point、ThetaRay、NEC、Pitney Bowes 等。
2.3 应用场景
国家工业信息安全发展研究中心2018年对国内62家工业互联网平台展开调研，搜集、分析了229个平台应用案例，将工业互联网应用场景可分为设备/产品管理、业务与运营优化、社会化资源协作三类。其中，设备、产品场景相对简单，机理较为明确，已经可以基于平台实现较复杂的智能应用，在航空航天、工程机械、电力装备等行业形成了工艺参数优化、预测性维护等应用模式；企业生产与运营管理系统复杂度较高，深度分析面临一定挑战，当前主要对局部流程进行改进提升，在电子信息、钢铁等行业产生供应链管理优化、生产质量优化等应用模式；产业资源的协同目前还没有成熟的分析优化体系，主要依托平台实现资源的汇聚和供需对接，仅在局部领域实现了协同设计、协同制造等应用模式。
设备、工艺等单个场景已可以实现基于数据和机理的预测，正步入决策性分析阶段。工业互联网平台广泛连接设备、装备、产品，基于设备机理模型和产品数据挖掘开展了大量基于规则的故障诊断、工艺参数优化、设备状态趋势预测、部件寿命预测等单点应用，如GE 依托Predix 平台，通过构建数字双胞胎实现对航空发动机、燃气轮机等重型装备的健康管理。随着数据的持续积累与分析方法的不断完善，将形成基于设备数据挖掘的更精准分析模型，并自主提出指导性优化建议。
企业管理与流程优化从当前局部改进向系统性提升迈进。工业互联网平台实现了生产现场与企业运营管理、资源调度的协同统一，在此基础上形成面向企业局部的生产过程优化、企业智能管理、供应链管理优化等重点应用。日立公司Lumada 平台通过物联设备实时收集商品流转数据，并通过与子公司货车调配业务系统的互联，形成庞大供应链管理数据池，实现全集团的仓储物流优化。未来随着平台底层连接能力的提升和企业IT-OT层的打通，大量生产现场数据和管理系统数据将进行集成汇聚，基于海量数据分析挖掘实现智能工厂整体优化、企业实时智能决策等应用，实现企业生产管理领域的系统性提升。
产业/资源层面从信息交互向资源优化配置演进。工业互联网平台在应用过程中汇聚了大量工业数据、模型算法、软件工具，乃至研发设计、生产加工等各类资源与能力。目前这些资源在平台上主要通过简单信息交互实现供需对接与资源共享等浅层次应用。未来，随着平台全局运行分析与系统建模能力的逐步提升，平台将成为全局资源优化配置的关键载体。
总体来看，平台应用还处于初级阶段，以“设备物联+分析”或“业务系统互联+分析”的简单场景优化应用为主。未来平台应用将向深层次演进，将在物联与互联全面打通的基础上实现复杂的分析优化，从而不断推动企业管理流程、组织模式和商业模式创新。最终，平台将具备全社会资源承载与协同能力，通过全局性要素、全产业链主体的重新组织与优化配置，推动工业生产方式、管理模式和组织架构变革。
3 市场规模
埃森哲预测，2020年全球工业互联网领域投资规模将超过5000亿美元，2030年工业互联网将带来超过15万亿美元的增长。
根据 IDC 数据库统计，中国工业互联网市场 2015 年的市场规模为641亿美元(应计算了工业机器人等硬件设施)，2017年的市场规模增长至919亿美元，预计2020年的市场规模可实现1275亿美元，2015-2020年年均复合增速约为14.7%。
赛迪顾问发布的《2018中国工业互联网产业演进及投资价值研究》报告显示，2017年中国工业互联网市场规模达到4709.1亿元，同比增长13.6%。
4 国家政策
根据2017年至今国家政策指南，在国家规划中工业互联网发展关键事件点如图 5所示。具体参考文件如下所述。
2018年8月12日，工业和信息化部近日印发《推动企业上云实施指南（2018-2020 年）》，提出到2020年行业企业上云意识和积极性明显提高，上云比例和应用深度显著提升，云计算在企业生产、经营、管理中的应用广泛普及，全国新增上云企业100万家，形成典型标杆应用案例100个以上，形成一批有影响力、带动力的云平台和企业上云体验中心。
2018年7月19 日，工信部发布关于印发《工业互联网平台建设及推广指南》和《工业互联网平台评价方法》的通知。《指南》提出，到2020，培育10家左右的跨行业跨领域工业互联网平台和一批面向特定行业、特定区域的企业级工业互联网平台，工业APP大规模开发应用体系基本形成，重点工业设备上云取得重大突破，遴选一批工业互联网试点示范(平台方向)项目，建成平台试验测试和公共服务体系，工业互联网平台生态初步形成。
2018年6月7日，工信部公布了《工业互联网发展行动计划(2018-2020年)》和《工业互联网专项工作组2018年工作计划》。根据《行动计划》，我国工业互联网发展的总体目标是，到2020年底，初步建成工业互联网基础设施和产业体系。初步形成各有侧重、协同集聚发展的工业互联网平台体系，在鼓励支持各省（区、市）和有条件的行业协会建设本区域、本行业的工业互联网平台基础上，分期分批遴选10个左右跨行业跨领域平台，培育一批独立经营的企业级平台，打造工业互联网平台试验测试体系和公共服务体系。推动30万家以上工业企业上云，培育超过30万个工业APP。
2018年4月27日，工信部印发《工业互联网APP培育工程实施方案》，方案提出，2019年12月前，培育面向特定行业、特定场景的工业APP规模10万个；2020年12月前，培育30万个面向特定行业、特定场景的工业APP，全面覆盖研发设计、生产制造、运营维护和经营管理等制造业关键业务环节的重点需求。突破一批工业技术软件化共性关键技术，构建工业APP标准体系，培育出一批具有重要支撑意义的高价值、高质量工业APP，形成一批具有国际竞争力的工业APP企业。
2017年11月27日，国务院正式印发《关于深化“互联网+先进制造业” 发展工业互联网的指导意见》：
- 在2018-2020年三年起步阶段，初步建成低时延、高可靠、广覆盖的工业互联网网络基础设施，初步构建工业互联网标识解析体系，初步形成各有侧重、协同集聚发展的工业互联网平台体系，初步建立工业互联网安全保障体系。工业互联网平台体系初步形成，支持建设10个左右跨行业、跨领域平台，建成一批支撑企业数字化、网络化、智能化转型的企业级平台。培育30万个面向特定行业、特定场景的工业APP，推动30万家企业应用工业互联网平台开展研发设计、生产制造、运营管理等业务，工业互联网平台对产业转型升级的基础性、支撑性作用初步显现。
- 到2025年，基本形成具备国际竞争力的基础设施和产业体系。覆盖各地区、各行业的工业互联网网络基础设施基本建成。工业互联网标识解析体系不断健全并规模化推广。形成3-5个达到国际水准的工业互联网平台，培育百万工业APP，实现百万家企业上云，形成建平台和用平台双向迭代、互促共进的制造业新生态。产业体系较为健全，掌握关键核心技术，供给能力显著增强，形成一批具有国际竞争力的龙头企业。基本建立起较为完备可靠的工业互联网安全保障体系。新技术、新模式、新业态大规模推广应用，推动两化融合迈上新台阶。
- 到2035年，建成国际领先的工业互联网网络基础设施和平台，形成国际先进的技术与产业体系，工业互联网全面深度应用并在优势行业形成创新引领能力，安全保障能力全面提升，重点领域实现国际领先。
到本世纪中叶，工业互联网网络基础设施全面支撑经济社会发展，工业互联网创新发展能力、技术产业体系以及融合应用等全面达到国际先进水平，综合实力进入世界前列。
5 分析与结论
- 工业体系的复杂性决定其产业升级涉及的技术领域十分广泛，由此带来如工业互联网、工业4.0等概念更偏宏观层面，是整个国力技术在制造业落地应用的大型综合体。而制造业的转型升级和技术迭代是国家一直以来都在长期推动的，故工业互联网并不是突变型的技术，应视为制造业不断吸收如移动互联网、物联网领域新技术在目前阶段的宏观体现。
- 过去十几年来“两化深度融合”期间，国内各制造行业的领头企业（如航空、航天、汽车、船舶等）通过引入国外先进技术和信息化工具，现已具备一定的工业信息化基础，基本具备工业2.0或工业3.0的水平。而这期间中小型制造企业由于技术和资金等各方面的匮乏，大多处于工业1.0到工业2.0的水平。因此在工业互联网的产业生态中，国内制造行业领头企业一方面自身是工业4.0升级的消费者，另一方面更多是过去十几年信息化积累的服务输出者，而输出的最佳方式则是希冀通过帮助中小型企业或信息化水平相对落后一些的大型企业进行工业升级的同时，形成工业互联网的平台型规模。
- 大多制造型企业的信息化水平还比较落后，其通常不具备“上云”的能力（正如没学会使用智能手机的用户是没法接入移动互联网一样），故制造行业领头企业在打造工业互联网平台的前提就是需要先帮各类企业用户提供智能制造的升级解决方案，进行工业1.0到工业2.0、3.0的价值输出。由此可以看到基本上所有的制造行业领头企业在工业互联网的产业生态中都涉及两个以上层面的业务。比如航天云网作为国内最大的工业互联网平台，其各地的业务部门（如东莞、常州等）都需给当地企业提供包括自动化生产线、工业信息系统在内的一整套解决方案和实施。而这作为基础建设将是一个比较漫长的周期，故工业互联网平台的数据价值爆发式体现（由量变带来质变，无论是在广度还是深度方面）也同样需要等待一定的年限。目前是最好的布局时期，但韭菜的收割并不是一两年可以完成的。
- 在三类不同的应用场景中，虽然设备/产品的管理升级场景是重资产的升级，但却是最容易落地也最容易见效的场景，所以目前可以看到设备和产品管理在工业互联网应用中数量最多、范围最广。而企业生产与运营管理系统场景的使用，则需更多牵扯到企业管理逻辑和体系的升级，并且实施之后的成效并不易于评估（失败了不一定是技术问题，更多的是企业自身管理水平的滞后），但这类场景的投入产出比其实远大于第一类（当然第一类是基础）。设备/产品的管理升级、企业生产与运营管理系统两类场景均更多针对企业内部的升级，而产业资源的协同场景则更具备对外的社会价值，也是“云制造”、“平台”等最终的价值所在。
- 在工业互联网产业生态的各层中，相对比硬性层面（主要是硬件），目前巨头玩家最少同时国内基础最为薄弱的属于软性层面（主要是软件）。这里并不是指软件本身的技术开发水平（阿里、腾讯无疑是世界上最具影响力的互联网企业），而重点在于工业软件中的“工业”属性，在于对工业业务流程的理解。“对工业业务流程的理解”是近三十年来国内工业软件市场一直被如西门子工业软件、达索、PTC等国外巨头企业把控的核心因素，也是阿里、腾讯等信息技术企业“互联网+”的主要门槛。
- 为了更好实现工业互联网平台的落地见效，对于各类工业互联网平台企业来说，应用创新生态的打造成为平台发展的关键。平台企业一方面通过跨领域合作，吸引更多行业伙伴基于平台开展应用创新，实现平台向更多领域的延伸拓展；另一方面则积极打造开发者社区，通过技术开源、工具提供、文档分享、专家支持、利益共享等方式，吸引开发者入驻平台参与应用创新。
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