工業互聯網

云存儲和云計算能力的實現使互聯網技術有可能進入工業和包括金融在內的服務業。20世紀80年代，早在以太網誕生之時，人們就暢想了機器相互連接的網絡。1982年，卡內基-梅隆大學改裝的一臺可樂售貨機成為第一例聯網的機器，它可以在線報告機柜內的可樂存量。1999年前后，麻省理工學院就有研究人員開始談論物聯網（Internet of Things, IoT）的概念，而工業互聯網（Industrial Internet of Things, IIoT）一詞要到云技術問世后才被正式采用。

2006年，由美國多家工業控制和軟件公司成立的OPC（Open Platform Communications，開放平臺通信）基金會推出統一架構（Unified Architecture, UA），以保證在沒有人工干預的情況下，工業設備、儀器、程序、數據源之間安全可靠地進行遠程通信。2014年，美國AT&T、思科、通用電氣、IBM、英特爾公司組成工業互聯網聯盟，推進機器、設備的互聯和運行的智能分析，協調開發工業互聯網技術。在2013年的漢諾威工業博覽會上，德國國家工程院發布了“工業4.0”，這是德國政府大力推動和學界、企業界積極參與的結果，代表了獨立于美國的另一工業互聯網的系統架構和系統標準。

2016年通用電氣發布Predix，這個雄心勃勃的項目意在為石油、航空、汽車、電力、交通、醫療、環境等12個行業提供一個工業互聯網的開發平臺[5]，實現排產和物流智能化管理、產品互聯化、現場任務管理、設備效率管理、智能環境以及運行優化六大功能。

通用電氣在這份綱領性文件中以風力發電為例，說明Predix的應用示意。如圖2-3所示，左邊的風力發電機組上安裝了各種傳感器，形成一個物聯網，向Predix邊緣計算器發送風機運行的實時數據，經過初步處理和分析的數據再通過無線上傳到云端。邊緣計算可使風機運行狀態得到及時調整，并減少因上傳數據而導致的網絡擁堵和云資源占用。Predix為它的工業客戶提供了名為“云制作”的整套開發工具以及基礎數據庫，客戶企業可以利用這些工具建立風機的數字模型和數據存儲結構，進行數據分析、維護和擴充數據庫。整個系統可在圖2-3右邊的移動終端上實時顯示，實時操作和控制。此外，使用Predix的平臺還可對接客戶企業外部的網上數據，以及其他企業的系統。

德國西門子公司幾乎同時在2016年推出它的工業互聯網平臺MindSphere[6]，采用OPC UA的國際通信標準，利用它在制造業長期積累的經驗，支持能源、交通、建筑、醫療等這類企業的物聯網改造和數字化轉型。西門子強調MindSphere平臺工具豐富、對接便利，客戶企業可通過多種多樣的API，在平臺上調用數據管理、數據分析、通信、客戶管理等模塊化工具，快速開發自己的工業互聯網系統。2018年7月，西門子和阿里云簽署備忘錄，共同推進中國工業互聯網的發展。2019年4月，MindSphere發布中國版，在阿里云上成功部署并開始運營。

實踐似乎證明了，通用電氣和西門子在工業互聯網方面的開拓過于超前，長期的平臺投資沒有取得預期的回報，無論開發者如何推銷，使用工業互聯網平臺的公司都寥寥無幾，以至于市場上傳出了通用電氣剝離和出售Predix的消息。有文章分析指出，Predix遭受的挫折反映了一家硬件公司進入陌生的軟件行業的尷尬，通用電氣缺乏經驗和專業隊伍，它提供的應用軟件不能滿足多行業和企業千差萬別的需求。筆者在國內調研的過程中發現，較之平臺提供的軟件通用性差，企業的數字化程度低甚至沒有進行數字化，構成推廣應用工業互聯網的一個更為嚴重的障礙。

所謂數字化，就是把圖像、聲音、文件、模擬信號轉變為電腦可讀的二進制數字，為物理世界和人類社會配置統一的“語言”，以便連接物和物、物和人，以及人和人，實現萬物億人之間信息的順暢流動和不需要“翻譯”的直接溝通。數碼相機是人們熟知和常用的數字化工具，用數碼相機拍攝和發送的照片實際上都是一串串的數字，移動通信從2G開始傳輸的就不再是語音而是數字信號了。

只有當設備、人員、材料、資金等物理資源都數字化并相互連接之后，企業才能使用云端的計算與存儲能力，利用云端的資產管理、運營等功能模塊（參見圖2-3中間一列），跟蹤和調動企業的物理資源。從理論上講，數字化企業的每一個物理資源都在云端有個映像，形成數字雙胞胎（Digital Twin），如圖2-4所示的航空噴氣發動機。企業先在虛擬空間中建立發動機的數字模型，根據發動機的傳感器提供的實時數據，如進氣口風扇轉速、燃燒室溫度、噴氣壓力等，同步運行數字模型，不間斷地觀察、監測，并在必要時改變發動機的工作狀態。

由多臺設備組成的數字雙胞胎被稱為虛擬-物理系統（Cyber-Physical Systems, CPS），如圖2-4中就有一個這樣的系統。虛擬-物理系統和物聯網有相當程度的重合，我們可以把后者看成前者的一個子集，或者說前者是后者的擴充。虛擬-物理系統在物聯網的基礎上增加了工作流程、各種通信工具和控制手段，以完成一項具體的任務，如圖2-3所示的風力發電。

就在筆者修改這本書稿的時候，又有一個新的名詞“元宇宙”（Metaverse）席卷媒體，真是令人感慨，研究跟不上造詞的速度，更不要說應用了。筆者認知有限，猜測元宇宙大概是虛擬-物理空間的升級版吧，一個廣泛采用增強現實（Augmented Reality, AR）技術的升級版。據說，蘋果公司的CEO庫克避免使用“元宇宙”這個詞，而更愿意稱其為增強現實。[7]有文章認為，在元宇宙中不僅虛擬和物理世界更加緊密地融合，更加頻繁地互動，而且可能創造出物理世界所沒有的新事物。科幻能否以及何時變為現實？我們無從預測，目前確知的是，虛擬-物理系統也罷，元宇宙也罷，從中產生的海量數據遠遠超出傳統技術的計算和處理能力，人類不得不求助于至今仍一知半解的新算法——人工智能（Artificial Intelligence, AI）。

2016年谷歌開發的AlphaGo擊敗圍棋世界冠軍，激起世人對人工智能的極大興趣，由于這方面的文章已有很多，我們就不在這里重復了，只強調這項技術對互聯網的重要性。如果說移動互聯網是互聯網2.0，數字化和人工智能則是互聯網3.0的主要特征。也有人認為，下面將要介紹的區塊鏈技術是互聯網3.0的基礎。

一些人在為人工智能、互聯網的前景興奮不已的同時，也不無憂慮地看到了技術投射到未來的陰影，匯集網上海量數據的智能機器會不會進化為超越人類的新物種，以至于人類將被機器所支配甚至淪為它們的奴隸？樂觀主義者則堅信被造物的智慧永遠不可能超過造物者，他們擔憂的反倒是人間的支配性力量——一些人對另一些人的支配，特別是擁有越來越多數據和越來越強大算力的科技公司，如谷歌和亞馬遜。為挑戰谷歌代表的科技霸權，一批技術極客熱情地投入到開發新型互聯網基礎結構的工作中，他們想從科技公司手中奪回數據權和隱私權，交還給權利的原本所有者——個人，當然，他們也希望在這場爭奪中賺個盆滿缽滿。

2008年，一個化名為中本聰的人（或團隊）發表了一篇文章《比特幣：一種點對點的電子現金系統》（Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System），次年又發布了比特幣的開源軟件，標志著區塊鏈技術的誕生和進入實際應用領域。