美國發(fā)動貿易戰(zhàn)并針對《中國制造2025》,一場由第四次工業(yè)革命引發(fā)的戰(zhàn)爭

美國發(fā)動貿易戰(zhàn)并針對《中國制造2025》，5G將加速第四次工業(yè)革命并已上升為國家戰(zhàn)略地位，它們之間到底有啥關系？一篇長文，讀懂背后的原因。
一場由第四次工業(yè)革命引發(fā)的戰(zhàn)爭
人類經(jīng)歷了三次工業(yè)革命，每一次工業(yè)革命都使人類的生產(chǎn)方式發(fā)生了巨大變化，也引發(fā)了不同形態(tài)的戰(zhàn)爭。

第一次工業(yè)革命源起于18世紀，開創(chuàng)了以蒸汽機動力代替手工勞動的時代，引發(fā)了戰(zhàn)爭從冷兵器時代進入熱兵器時代；第二次工業(yè)革命發(fā)生于1870年至1914年間，開創(chuàng)了電力取代蒸汽動力時代，引發(fā)了戰(zhàn)爭進入機械化時代；第三次工業(yè)革命始于二戰(zhàn)之后，信息化、數(shù)字化革命使傳統(tǒng)工業(yè)更加機械化、自動化，戰(zhàn)爭則進入信息化時代。
第四次工業(yè)革命正在到來，這是一個智能化時代。貿易戰(zhàn)的背景無外乎是一場智能化時代的戰(zhàn)爭。
自2008年全球金融危機爆發(fā)后，歐美傳統(tǒng)強國經(jīng)濟受到重創(chuàng)，促使他們重新認識到制造業(yè)的重要性，紛紛提出“再工業(yè)化”振興計劃，擬通過提升高端制造技術，對制造鏈進行重構來帶動經(jīng)濟發(fā)展與就業(yè)。

美國發(fā)動貿易戰(zhàn)并非一時心血來潮，早在2011年6月奧巴馬政府就啟動了美國先進制造計劃（AMP），提出“制造業(yè)回流”，以確保美國先進制造領導地位，并設立國家制造創(chuàng)新網(wǎng)絡（NNMI），以加速科研成果落地產(chǎn)業(yè)應用。
德國在2011年提出了“工業(yè) 4.0”，其核心系統(tǒng)CPS（Cyber-Physical System）向我們描繪一個虛擬數(shù)字世界和物理世界交匯而成的黑客帝國般的場景。
我國于2012年提出的“十二五”規(guī)劃中，將智能制造、新一代移動通信、三網(wǎng)融合、物聯(lián)網(wǎng)、云計算列為戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。2015年，我國宣布實施“中國制造2025”，力爭2025年邁向制造強國行業(yè)。
其間，日本也提出了“日本產(chǎn)業(yè)重振計劃”和機器人新戰(zhàn)略，以重振制造業(yè)和應對人口老齡化；韓國提出“制造業(yè)創(chuàng)新3.0”，以鼓勵制造業(yè)轉型與發(fā)展，促進IT產(chǎn)業(yè)、主力產(chǎn)業(yè)、新產(chǎn)業(yè)的融合發(fā)展。
中國的“中國制造2025”、美國的“AMP”、德國的“工業(yè)4.0”都統(tǒng)稱為第四次工業(yè)革命，都旨在利用科技的重大突破促進經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)結構發(fā)生重大變化。So，什么是第四次工業(yè)革命？
什么是第四次工業(yè)革命？
以下將第四次工業(yè)革命統(tǒng)稱為工業(yè)4.0，其核心內容可簡單總結為：一化、一網(wǎng)、三集成。
一化：制造業(yè)服務化
“制造業(yè)服務化”是未來的趨勢，到2025年，制造商將從服務中獲得更多的收入，而不只是產(chǎn)品。
所謂制造業(yè)服務化，指制造商將在物流、產(chǎn)品設計、車間自動化和客戶關系管理等整個產(chǎn)品生命周期中發(fā)生根本性的、顛覆性的變革，以實現(xiàn)價值鏈擴展，從單一的銷售產(chǎn)品轉向提供產(chǎn)品加服務。
三集成：橫向集成、縱向集成、端到端集成
橫向集成
所謂橫向集成，指從采購、生產(chǎn)到銷售的全過程中，實現(xiàn)各企業(yè)間的無縫合作或價值鏈橫向集成，以確保整個價值鏈的每一個環(huán)節(jié)能實時掌控，提供實時產(chǎn)品和服務。
這一過程將對傳統(tǒng)的產(chǎn)品設計、制造、銷售和維護方式產(chǎn)生巨大的影響，行業(yè)重新洗牌，新玩家出現(xiàn)，傳統(tǒng)玩家消失，也將促使傳統(tǒng)制造商向綜合產(chǎn)品服務提供商轉型。
這種橫向集成也意味著今天的“淘寶模式”終將被淘汰。
縱向集成
一個企業(yè)內部通常是多個信息系統(tǒng)間相互如煙囪般垂直并立，縱向集成就是將這些“煙囪”連通，實現(xiàn)企業(yè)內部所有環(huán)節(jié)信息無縫連接，以提高生產(chǎn)效率和實現(xiàn)個性化定制生產(chǎn)。
端到端集成
端到端集成指對產(chǎn)品整個生命周期的集成，它通過網(wǎng)絡與客戶、售出的產(chǎn)品建立長期聯(lián)系，不斷從客戶或產(chǎn)品反饋的數(shù)據(jù)來優(yōu)化或重新設計產(chǎn)品，實現(xiàn)“以產(chǎn)品為中心”向“以產(chǎn)品服務為中心”轉變。
要實現(xiàn)“三集成”，ICT基礎設施是基礎，關鍵需要一個網(wǎng)絡。
德國提出的工業(yè)4.0的核心系統(tǒng)叫CPS（Cyber-Physical System，信息物理網(wǎng)絡系統(tǒng)），它定義為一個虛擬數(shù)字世界和物理世界交匯而成的系統(tǒng)，即CPS將ICT和控制技術集成于傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)之上，利用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術來實現(xiàn)自動分析、判斷、決策和學習成長，以輔助或替代人類決策。

顯然CPS需要加持了大數(shù)據(jù)分析、人工智能、云計算等技術的5G網(wǎng)絡。

5G對于工業(yè)4.0意味著什么？
高性能的無線網(wǎng)絡連接工廠內的海量傳感器、機器人和信息系統(tǒng)，連接產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)、優(yōu)質數(shù)據(jù)不斷“喂食”人工智能，并將分析、決策反饋至工廠，同時，5G廣覆蓋的物聯(lián)網(wǎng)絡覆蓋全球，連接廣泛分布或跨區(qū)域的商品、客戶和供應商等，保持對整個產(chǎn)品生命周期的全連接，從而實現(xiàn)工廠內/外部的縱向、橫向集成和端到端三大集成。

總之，未來的工廠是數(shù)字虛擬和物理現(xiàn)實相融合，ICT技術與現(xiàn)代制造業(yè)相融合，以提高工業(yè)生產(chǎn)的靈活性、可追溯性、多功能性和生產(chǎn)效率，為制造業(yè)開辟新的商業(yè)模式。工廠內部和外部之間的界限也越來越模糊，工廠不再是獨立的封閉實體，而是龐大的價值鏈和生態(tài)系統(tǒng)的一部分，這就是所謂的“虛擬工廠”。

5G如何驅動工業(yè)4.0
驅動工業(yè)4.0，主要依靠三大5G關鍵技術：新空口（NR）、網(wǎng)絡切片和邊緣計算。

新空口
這里指的是5G的無線連接能力，眾所周知，5G定義了eMMB、URLLC和mMTC三大場景，eMMB指高速率連接，URLLC指超低時延超可靠連接，mMTC指超大規(guī)模連接，工業(yè)4.0里，這三大場景均將應用到。

我們以未來工廠的四大典型連接：移動機器人、工廠自動化、新的人機界面和物流為例，來看一看它們如何對應5G的三大場景。

移動機器人
移動機器人屬于“柔性工廠”的范疇，所謂柔性工廠，指可以自由的移動機器設備、自由的重裝生產(chǎn)工具，以保證工廠可以迅速且低成本地在不同種類的產(chǎn)品生產(chǎn)線之間轉換生產(chǎn)，快速適應改變。
要實現(xiàn)柔性工廠，需用無線連接來替換工廠內現(xiàn)有的有線連接，只有擺脫了有線的束縛，才可以自由的設計、操作和升級互聯(lián)的機器設備和機器人。
但是，眾所周知，通常無線連接的穩(wěn)定性遜于有線連接，因此，這就需要——超高可靠超低延遲的無線連接，即5G的URLLC場景。
工廠自動化
在自動化工廠內部，為了提高生產(chǎn)線的效率，需對各個子部件進行實時監(jiān)控，對生產(chǎn)的產(chǎn)品質量進行實時測量，乃至對生產(chǎn)線進行實時優(yōu)化，這就要求具有超低時延超高可靠的無線連接，同時，視覺控制機器人手臂、3D模型傳送、遠程數(shù)字工廠等應用需要高可靠的高帶寬通信，因此，這就需要同時支持mMTC、eMMB和URLLC三大場景。
新的人機界面（HMI）
早期的人機界面是指工業(yè)控制設備中的一些串口通信，比如變頻器、直流調速器、溫控儀表、數(shù)采模塊等都可以連接HMI，來實現(xiàn)人機交互功能。
未來的人機界面應用將發(fā)生顛覆性的改變，其借助工業(yè)智能與大數(shù)據(jù)的融合，使可穿戴工業(yè)設備、增強現(xiàn)實（AR）在人機融合中扮演重要角色，比如讓工人們穿上機器人外骨骼裝備，利用“可穿戴工業(yè)設備+AR技術”，將信息與真實世界場景融為一體，隨時捕捉信息、接收云端指令和操作協(xié)助等，這需要網(wǎng)絡支持eMMB和URLLC兩大場景。

物流
在物流方面，從智能倉庫管理到物流配送，均需要廣覆蓋、深覆蓋、低功耗、大連接、低成本的5G物聯(lián)網(wǎng)連接，這對應了5G的mMTC場景。
此外，虛擬工廠的端到端整合跨越產(chǎn)品的整個生命周期，要連接分布廣泛的已售出的商品，也需要低功耗、低成本和廣覆蓋的5G物聯(lián)網(wǎng)，這也對應了5G的mMTC場景。
企業(yè)內部/企業(yè)之間的橫向集成也需要無所不在的、無縫的5G聯(lián)網(wǎng)。“隨時隨地設計，隨時隨地生產(chǎn)”是智能工廠的雄心壯志，進而要求網(wǎng)絡必須適應即時變化的容量和移動性要求，乃至能靈活融合各種不同的無線接入技術，因此，5G網(wǎng)絡的包容性和支持業(yè)務的多樣性不可或缺。
綜上，未來工廠離不開5G的連接能力，但5G網(wǎng)絡要一張網(wǎng)絡支持eMMB、URLLC和mMTC三大場景，離不開另一大關鍵技術——網(wǎng)絡切片。
網(wǎng)絡切片
我們應該不止一次解釋過網(wǎng)絡切片。所謂網(wǎng)絡切片，就是將一張物理網(wǎng)絡切成多張相互獨立的、邏輯的切片子網(wǎng)絡，這些“切片網(wǎng)絡”共享物理基礎設施，分別提供不同的服務類型，應對不同的場景。

我們經(jīng)常把4G網(wǎng)絡比喻為高速交通系統(tǒng)，你可以把5G網(wǎng)絡切片比喻為一個城市綜合交通系統(tǒng)，有公路、地鐵、輕軌、BRT，還有人行道、自行車道等等，不同的交通系統(tǒng)應對人們不同的需求。
要創(chuàng)建和管理網(wǎng)絡切片，需要NFV和SDN兩大技術。
NFV，即網(wǎng)絡功能虛擬化，其構架在橫向分為三層：物理資源層、虛擬化層和服務層，縱向是NFV管理編排（MANO）層。

▲NFV構架

●物理資源層指底層的計算、存儲、網(wǎng)絡等物理資源。
●虛擬化層是指用于部署和執(zhí)行網(wǎng)絡功能的一組虛擬資源，它通過對底層物理資源虛擬化，以虛擬機（VM）的形式共享底層物理資源，一個虛擬機可包含一定數(shù)量的計算和存儲資源。
●服務層由一系列由虛擬資源構建的VNF（虛擬網(wǎng)絡功能單元）組成，VNF可以理解為是對應網(wǎng)絡中現(xiàn)有物理網(wǎng)元的模塊化的軟件功能實體。
●以上三層由MANO負責編排管理，MANO根據(jù)需求分配資源，為NF（網(wǎng)絡功能）配置物理和虛擬資源。
NFV負責各種網(wǎng)元的虛擬化，它將傳統(tǒng)電信設備軟硬件解耦，而SDN主要負責將每一個網(wǎng)絡節(jié)點的控制面和數(shù)據(jù)面分離，并將控制面抽取出來組成一個獨立的、集中的控制器（SDN Controller），這個控制器相當于網(wǎng)絡的中樞大腦，它從更高的層次俯視整個網(wǎng)絡，并下發(fā)指令統(tǒng)一管理網(wǎng)絡中的多層轉發(fā)，控制信令不再是口口相傳，而是集中智能管理。打個比方，如果把網(wǎng)絡比喻為人體，人身上的眼、耳、鼻、手、足等這些人體器官對應不同的NF（網(wǎng)絡功能），那么，SDN就相當于大腦，控制各個器官協(xié)調工作。

基于NFV/SDN技術，一張5G物理網(wǎng)絡“切”成多個邏輯網(wǎng)絡，服務于工業(yè)4.0的不同場景。
網(wǎng)絡切片還有一個關鍵特征——端到端的QoS保障。傳統(tǒng)的無線服務主要以“盡力而為”的方式提供，每個人共享網(wǎng)絡和無線資源，但工業(yè)應用要求更嚴苛的QoS（網(wǎng)絡服務質量），網(wǎng)絡切片不但能提供端到端的QoS保障，還能隔離不同服務，滿足未來工廠不同的服務需求。
當運營商為工業(yè)4.0創(chuàng)建了個性化的網(wǎng)絡切片之后，每個網(wǎng)絡切片滿足不同的用例和行業(yè)特定需求，這就打開了全新的、定制化的網(wǎng)絡切片即服務（NSaaS）的服務模式，也未來傳統(tǒng)制造商向綜合產(chǎn)品服務提供商轉型，引入新的商業(yè)模式和商業(yè)生態(tài)奠定了基礎。我們將看到未來更多的網(wǎng)絡切片、網(wǎng)絡子切片應用于工業(yè)4.0。

以上關于網(wǎng)絡切片的介紹有點抽象，我們來舉一個應用案例。

以定制化制藥為例。假設某家制藥廠在全球分布有10家分廠，每一家分廠內的制藥流程都是一樣的，即通過控制安裝在機器手臂上移液器來分配藥品的藥物成分。與以往制藥過程不同，現(xiàn)在叫“定制化制藥”，即根據(jù)不同類型的患者來分配藥物成分的類型和數(shù)量，為此，這10家分廠均要通過5G網(wǎng)絡連接到云端，云端存儲海量的患者信息數(shù)據(jù)，并通過大數(shù)據(jù)分析和人工智能確定針對不同類型患者的藥物成分，在生產(chǎn)過程中機器手臂需實時通過5G網(wǎng)絡連接到云端，并根據(jù)云端的指令實時的進行配藥。
這一案例對應了5G URLLC場景，需依靠具備端到端QoS保障的5G網(wǎng)絡切片才能實現(xiàn)。同時，在生產(chǎn)過程中工人們利用可穿戴設備、AR技術等新的人機界面（HMI）來監(jiān)視生產(chǎn)過程，并實時增強顯示來自云端的視頻，以及生產(chǎn)線上安裝無數(shù)傳感器來實現(xiàn)自動化流程等，這些場景還需要其他的5G網(wǎng)絡切片來實現(xiàn)。
為了保障端到端的QoS，在應對工業(yè)4.0中的超低時延超高可靠場景時，另一大關鍵技術非常重要——邊緣計算。
邊緣計算
邊緣計算指將云端的計算和存儲能力下沉到網(wǎng)絡邊緣，使之更接近用戶端，不僅可降低網(wǎng)絡時延和負荷，還能基于本地部署新的應用。

邊緣計算是工業(yè)4.0的基石，也是催化劑，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：
●低時延
邊緣計算部署在本地，意味著可提供超低時延，非常適合于工廠自動化環(huán)境，這不必多言。低時延的另一大好處是可以激發(fā)出創(chuàng)新應用，比如我們前面講的利用新的人機界面引入異地協(xié)同增強現(xiàn)實等。
●安全性
工業(yè)4.0通過網(wǎng)絡將工廠內的機器、資產(chǎn)等連接，并通過網(wǎng)絡連接到外部云端，這提高了工廠靈活性和自動化水平，但這也意味著受到網(wǎng)絡攻擊的可能性更大，而邊緣計算將盡可能多的數(shù)據(jù)存儲和處理于邊緣，不必發(fā)送到云端，可降低安全風險。
●集成性
邊緣計算不僅無需將所有數(shù)據(jù)發(fā)送到遠端云，它還能在本地與工廠車間的數(shù)據(jù)、ERP系統(tǒng)等無云集成，從而實現(xiàn)工廠縱向集成。
●低成本
智能制造從聯(lián)網(wǎng)的傳感器中收集、分析數(shù)據(jù)，并作出實時決策和預測性維護，這些數(shù)據(jù)量越來越大，給數(shù)據(jù)傳輸、計算、存儲都帶來了巨大的成本壓力，邊緣計算可智能收集數(shù)據(jù)，過濾無用數(shù)據(jù)，從而降低成本。
此外，未來工廠的一些設備功能可以通過虛擬實體的方式部署于邊緣計算，進一步提升工廠靈活性和可擴展性。