【AI-CPS】【工业互联网】从观望到行动：全球工业物联网市场生态全景观察

以下文章来源于资本实验室，作者齐达

在当前，诸如5G，物联网、边缘计算、人工智能、机器人、区块链、增材制造和虚拟现实/增强现实等技术正在加速融合到工业物联网（Industrial Internet of Things，IIoT）的肥沃土壤中，并共同推动“第四次工业革命”或者说“工业4.0”的到来。

在这个勇敢的新世界中，由于传感器、数据网络和关键节点上的分析能力，供应链将具有端到端的透明度，而制造、农业、采矿、能源、运输等各行业都将为我们提供前所未有的清晰视角，去帮助我们不断提升生产、分析、预测与维护水平。

最关键的是，在IIoT的推动下，曾经“傻大黑粗”的机器、设备及整个物理世界将真正实现与数据和虚拟世界的融合。为此，我们看待世界的方式，与世界共处的方式都将被完全改变。

近期，ZDNet发布的一份研究报告对IIoT市场生态进行了非常详细的分析，涵盖IIoT市场规模预测、企业对IIoT的部署动态、产业联盟的合作、软件平台的对比、各企业在IIoT市场的布局，以及数字孪生对IIoT的重要价值等方面信息。

研究表明，纵观全球，众多企业已经从观望走向行动，虽然目前许多IIoT项目仍处于概念验证或试验阶段，但有明显的迹象表明其将在全面的生产部署中被广泛采用，而与之相关的投资将迎来回报。

1.IIoT市场到底有多大？

鉴于IIoT核心技术和支持技术的快速发展，以及各种制造企业跟上数字化浪潮的迫切需求，IIoT市场正在快速增长。那么，该市场的规模到底有多大，增长速度到底有多快？以下是相关机构提出的未来几年预测：

Research & Markets（2018年5月）

据Research & Markets在2018年5月的预测，到2023年，IIoT市场规模将达到2140亿美元。

预测认为，该市场主要的赢家可能是足以控制工业4.0平台的公司，也就是那些能够打通、联合各种设备生产商，以及信息和服务提供商的软件层公司。在其平台上，其他公司可以建立起自己的产品或服务。

Markets & Markets（2018年6月）

据Markets & Markets在2018年6月的预测，2018年IIoT市场规模为640亿美元，到2023年，该市场将增长到914亿美元，年复合增长率为7.34%。

在具体细分领域方面，该报告指出，与智能信标技术相关的IIoT市场将在2018年至2023年间高速增长；制造业在2018年将占据IIoT市场的最大份额；农业IIoT市场可能会在2018年至2023年间以最高的年复合增长率增长；从区域来看，亚太地区的IIoT市场在预测期内将以最高速度增长。

Zion Market Research（2018年7月）

据Zion Market Research在2018年7月的统计和预测，2017年IIoT市场规模为1458亿美元，到2023年，该市场将增长到2321亿美元，复合增长率为8.06%。

据该机构分析，预计摄像系统部门将在预测期内以最高年复合增长率增长；在软件领域，由于运输和物流中配电系统的使用增加，对配电系统的需求在一段时间内有所增长；由于在制造实践中采用了先进的机器人技术和云机器人技术，预计制造业IIoT市场将出现温和增长。

IoT Analytics（2018年11月）

据IoT Analytics在2018年11月的预测，2018年IIoT市场规模为640亿美元，到2023年，该市场将增长到3100亿美元，复合增长率为37%。

该预测提出了9种破坏性趋势，这些趋势有可能从根本上改变现有的工业网络架构、业务模式和技术堆栈。9种颠覆性趋势中的3种与传统的5层自动化金字塔有关。其中一个趋势是I/O和PLC硬件绕过传统的自动化金字塔，直接或通过工业网关连接到云。

IDC（2019年1月）

据IDC数据，2019年IIoT市场规模将达到3290亿美元，并预测2019年在物联网解决方案上花费最多的行业是离散制造业（1190亿美元）、流程制造业（780亿美元）、运输业（710亿美元）和公用事业（610亿美元）

在上述机构中，IoT Analytics对全球IIoT市场规模的详细预测如下：

图表: IoT Analytics

整个IIoT市场将从2017年的470亿美元增长到2023年的3100亿美元，年复合增长率高达37%。

其中，在IoT Analytics划出的12个应用场景中，高级数字产品开发将成为市场规模最大的应用场景，而2018年和2023年之间增长最快的将是增材制造（即工业规模3D打印）和增强操作。

图表:IoT Analytics

该报告的主要作者Matthew Wopata认为：“高级数字产品开发将成为工业4.0技术的最大应用场景，因为企业正在使用增材制造、AR/VR和数字孪生技术来降低产品开发成本，并缩短上市时间。随着制造商使用工业4.0技术改进其运营关键绩效指标，如OEE（整体设备效率），其他大型应用场景，例如数据驱动的质量控制，预测性维护、数据驱动的资产/工厂性能优化将继续受到欢迎。工业4.0解决方案的主要供应商非常关注客户的痛点/用例，并确保从工业4.0解决方案中产生的数据驱动的洞察力带来可衡量的改进和切实的投资回报率。”

2.谁在部署IIoT？

根据工业物联网软件平台PTC对其客户的调查数据，美国公司对工业物联网的采用率最高（45％），其次是EMEA（33％）和亚太地区（22％）。

从行业来看，部署IIoT解决方案的领先行业是工业产品（25％），其次是电子和高科技（23％），以及汽车行业（13％）。

图表:PTC

报告认为：“这些行业引领着物联网技术的变现，因为它们拥有复杂的制造和运营流程，以及高资本设备，可以从物联网解决方案和数据驱动的洞察中获益，从而推动更具可持续性、弹性和高效的流程。”

调查发现，大多数采用IIoT的公司都是规模较大的公司（58％的公司收入超过5亿美元），三分之一（31％）是规模较小的公司，收入不到1亿美元。

根据PTC的调查，IIoT的具体应用场景包括制造/运营、服务、产品设计和IT等环节，前10个应用场景占到总数的70%。

图表:PTC

报告称：“最主要的应用场景是采用物联网形成制造运营情报和运营资产监控。这些智能的连接功能可帮助产品制造商提高产量和生产质量，并降低制造成本。”

IIoT部署会生成大量数据，因此需要决定最佳存储和分析数据的位置。

PTC报告指出，由于安全性和低延迟响应的需求，工厂和医院可能会支持本地部署；而对于智慧城市，运输或石油和天然气行业，云的可扩展性显得更为重要。

根据PTC的调查数据，IIoT本地部署的数量超过了云部署的数量（62％对38％）。

总而言之，PTC表示:“物联网不再是观望中的技术。企业必须立即行动，要么就会冒着落后的风险”，并指出：其调查中83％的IIoT采用者计划在12个月内将其部署从概念验证扩大到完整规模的生产环境。

此外，国际海事卫星组织Inmarsat在2018年也发布了一份研究报告，着眼于农业，能源，海事，采矿和运输行业的IIoT应用（其重点放在卫星连接作为支持技术的作用上）。

该项研究采访了来自多家机构的750名受访者。据调查数据，近一半（46％）的企业已经部署了IIoT解决方案，其中完全部署的达到21％，处于试用阶段的达到25％。部署IIoT的主要驱动因素是资源效率，健康和安全的改善，以及对环境变化的监测。

数据:Inmarsat /图表:ZDNet

调查显示，采用IIoT的主要障碍首先是技能，其次是缺乏交钥匙/现成解决方案，以及成本高于预期和安全性问题。其中，IIoT相关技能的缺乏包括安全性（56％），分析/数据科学（48％）和技术支持（42％）等方面。

在安全性方面，近三分之二（65％）的受访者认为外部网络攻击、网络安全性差和员工滥用数据是最大的挑战，而他们的IIoT防御能力需要变得更强。

数据是基于IIoT实现转型的关键。Inmarsat的受访者将成本节约和效率、生产力监控以及健康、安全改进列为当前与数据相关的问题。

展望未来，受访者表示，更好的决策制定，更高的内部数据可视性，以及更多的供应链洞察力被视为重要的潜在利益。

调查还显示，海事部门在其IIoT部署中最重视卫星通信（Inmarsat的核心业务）。在受访者使用的其他连接技术中，RFID和蓝牙LE则处于领先。

Inmarsat的受访者中有四分之一希望在未来三年内将超过10％的IT预算用于IIoT解决方案，他们还预计其投资将获得良好回报：“预计到2023年，成本将降低10％，营业额将提高5％”。

数据:Inmarsat /图表:ZDNet

为了评估IIoT解决方案的准备程度，Inmarsat就六个关键领域（采用，安全性，连接性，技能，数据和投资/ROI）对受访者进行了评分，并将其划分为不同类别（落后者，初学者，进步者和领导者）。结果显示，海运和运输部门在IIoT应用准备方面处于领先地位，能源部门次之。

数据:Inmarsat /图表:ZDNet

最近，Inmarsat宣布与微软达成合作协议，将前者的卫星通信网络与后者的基于云的Azure IoT Central平台相结合。无论在何处，IIoT基础设施生成的数据都将通过卫星传输到Azure IoT Central进行分析。Inmarsat表示，该项合作将首先关注农业、采矿、运输和物流行业的IIoT解决方案。

3.技术的汇聚与两大联盟的合体

目前，为推进IIoT的发展和落地应用，许多企业组建了与IIoT相关的行业组织。其中，最为知名的是工业互联网联盟（IIC）和开放雾联盟（OpenFog Consortium）。

工业互联网联盟（IIC）的目标是在五个方面加速工业互联网的发展：（1）利用现有的和新创建的用例和测试平台，用于实际应用；（2）提供最佳实践、参考架构、案例研究和标准要求；（3）影响互联网和工业系统全球标准的发展；（4）以开放式论坛促进想法、实践、经验教训和见解的分享和交流；（5）围绕新的和创新的安全方法建立信心。

而开放雾联盟的成立旨在推进雾计算，解决与IoT、5G和AI应用相关的带宽、延迟和通信挑战，其目标是：“我们的努力将定义分布式计算、网络、存储、控制与资源的架构，以支持物联网边缘的智能，包括自主和自我感知的机器、设备和智能实体。联盟成员还将识别和开发新的运营模式。最终，我们的工作将有助于实现和推动下一代物联网。”

在2019年1月31日，上述两个联盟宣布合并。

根据联盟的合并声明，“组织将在IIC的框架下，共同努力，推动工业互联网的发展，包括开发和推广行业指南，以及雾和边缘计算的最佳实践。”

可以说，两个联盟的合并标志着多项技术在IIoT领域的汇合和共同发展。

IoT Anaytics还列出了其他与物联网有关的重要机构，包括：Plattform Industrie 4.0、Labs Network Industrie 4.0、OPC基金会、工业数据空间协会、CyberValley of Baden Württemberg、物联网技术开发和应用中心，以及Manufacturing USA。

4.IIoT软件平台哪家强？

IIoT代表了运营技术（OT）和企业IT系统的融合，其潜在的好处是改善资产管理和运营可视化。IIoT软件平台需要与企业系统相连接，以实现这些优势，同时还需要保证运行的安全。

那么，IIoT软件平台又有着一个怎样的竞争格局，各厂商又有着哪些各自的优势？

Gartner在2018年5月发布的第一个IIoT魔力象限，提出了“该产品必须同时作为云IIoT平台和本地部署”的要求。这引起了人们的关注，因为几家拥有“与IIoT相关的重要品牌资产”的公司，包括Bosch，GE Digital，微软，施耐德电气和西门子公司，因缺乏本地部署部件而被排除在考虑之外。

Gartner解释道：“IIoT平台的本地部署是形成信任的起源。” 此外，Gartner在该报告中还提出了战略性规划假设：到2020年，结合边缘计算的本地物联网（IoT）平台在工业物联网（IIoT）分析技术中将占有高达60%的比重，如今这个比例不到10%。

正因为如此，在该魔力象限中，尚缺乏“挑战者”和“领导者”，而PTC，SAP和日立公司被归类为“远见者”，IBM、Software AG等8家供应商则被归类为“利基型企业”。

图表:Gartner

Gartner认为，PTC的优势在于其产品在生命周期管理（PLM）、计算机辅助设计（CAD）和服务生命周期管理（SLM）的核心应用；SAP的Leonardo最适合那些希望将IT/OT与SAP的物联网应用、资产智能网络和传统行业应用相结合的SAP客户；日立Vantara的Lumada平台则最适合涉及日立设备的工业环境。

另一家研究机构Forrester在2018年3季度的研究报告则与上述研究有所差别。

Forrester认为，IIoT软件平台必须做好五件事：（1）在工业机械和数字系统之间建立联系；（2）保护物联网设备和数据免受攻击；（3）控制物联网设备的配置、维护和操作；（4）将数据转化为及时、相关的洞察力和行动；（5）创建应用程序并与企业系统集成。

Forrester还表示，IIOT的未来是公有云：“关于提供与远程位置连接的实际考虑，以及对初创云计算提供商的安全性、功能和可信赖性的普遍怀疑，导致工业物联网领域的早期进入者投资建立自己的数据中心网络。那些日子已经过去了。所有被评估的供应商都保留了在私有数据中心部署的能力，但未来的方向很明确：他们和他们的客户都会前往云端。”

自Forrester于2016年首次评估物联网平台以来的其他变化包括：现代API支持的用户界面；分析，加上机器学习和人工智能，作为核心组件；其他企业系统（ERP，CRM，服务台）的数据流量增加；数字孪生，结合增强现实；侧重于预测性维护等用例的解决方案。

Forrester对15家供应商进行了评估，包括亚马逊网络服务，Atos，博世，C3 IoT，思科，GE Digital，日立，IBM，微软，甲骨文，PTC，SAP，施耐德电气，西门子和Software AG。

根据上述公司目前可提供的产品、战略和市场占有率，Forrester将IBM、C3 IoT、微软、SAP和PTC列为工业物联网软件平台的领导者。

图表：Forrester

根据Forrester的分析，IBM的Watson物联网平台能提供“广泛的分析，具有特定行业和服务的专业知识”；C3 IoT则将事务管理留给合作伙伴，并与分析区分开来；微软的Azure IoT提供云基础设施支持，以及开发工具、高级分析、增强现实（HoloLens）和边缘计算等更多功能；SAP的Leonardo围绕物联网，并兼顾机器学习、区块链和大数据等其他数字创新技术；PTC则融合了设备连接强度与增强现实视觉。

5.群雄逐鹿的IIoT生态

基于广阔的应用场景和强大的增长潜力，IIoT自然已经成为一个群雄逐鹿的市场。同时，众多公司在竞争与协作中共同参与着整个IIoT生态系统的搭建。

在IoT Analytics的《工业4.0与智能制造2018-2023》报告中，该机构梳理出了超过300家工业物联网领域的产品和服务公司。

报告将这些公司分为“连接行业构建模块”供应商和“其他工业4.0支持技术”供应商两大类。

图表:IoT Analytics

其中，分析和连接硬件公司在“构建模块”类别中的数量最大，分别为50家和44家；而增材制造（工业3D打印）和AR/VR技术服务商数量则在“支持技术”类别中数量领先。

数据: IoT Analytics / 图表:ZDNet

在各细分领域中，代表性公司包括：微软（托管）；微软，通用电气，PTC和西门子（IIoT平台）；Uptake（分析）；Nvidia（微芯片）；Festo（传感器）；HMS（连接硬件）；Claroty（网络安全）；埃森哲（系统集成）；通用电气（增材制造）；Upskill（增强现实和虚拟现实）；ABB（协作机器人）；Cognex（连接机器视觉）；PINC（无人机）；Clearpath机器人（自动驾驶[物料运输]车辆）。

6.数字孪生：重要的新兴技术

如前所述，包括5G、边缘计算、AI与分析、机器人、区块链、增材制造和VR/AR等许多新兴技术正在为IIoT解决方案的采用创造合适的条件。

而除了上述技术，特别值得提及的是数字孪生，它可以被定义为现实世界实体或流程的虚拟表示。借助数字孪生，通过在软件中建模的实际“事物”并提供实时传感器数据，工程师可以避免潜在问题的出现，并使用模拟技术来优化性能。