2015年，組織成立“工業(yè)價值鏈倡議” (IVI： Industrial Value Chain IniTIaTIve)，并于2016年12月8日，推出了智能工廠的基本架構《工業(yè)價值鏈參考架構(Industrial Value Chain Reference Architecture ，IVRA)》。日本面對落后的局面，正努力著爭取迎頭趕上。即使到今天，各領域對物聯(lián)網(wǎng)的理解還有很大的差異性，甚至有各自的稱謂，有三種定義較為明確：“M2M”、“IoT”、“CPS”，這三種概念又有何區(qū)別呢?
實物聯(lián)網(wǎng)的概念是基于互聯(lián)網(wǎng)的，并不是獨立形成的，是一個各領域相互借鑒、融合的過程，但是在不同的信息領域對物聯(lián)網(wǎng)又有不同的見解，各行各業(yè)對都有自己的認知和構想。
1.M2M(machine to machine)
“M2M”的概念主要是由通信行業(yè)提出的。最初M2M主要是指：不具備信息化能力的機械設備通過移動通信網(wǎng)絡(無線網(wǎng)絡)與其他設備或信息系統(tǒng)(IT系統(tǒng))進行通信。
通信行業(yè)認為：網(wǎng)絡在滿足了人與人之間的通訊需求后，還可以使得“物與物(machine to machine))”之間進行通信聯(lián)結，構成更高效的信息化應用。此后，M2M的概念又延伸出了“人與機器(man-to-machine)”或“機器與人”的概念。
總體來說，M2M就是指人、設備、信息系統(tǒng)，三者之間的信息互通和互動。
M2M的概念主要強調(diào)的是通信實現(xiàn)，網(wǎng)絡在其技術框架中處于核心地位。通過“無線連接”的技術手段，實現(xiàn)“端到端”的可靠連接。在物與物“連接”的基礎上，實現(xiàn)資產(chǎn)集中監(jiān)控、設備遠程操作、物流倉儲管理、移動支付等應用。
2.IoT(Internet of things)
IT行業(yè)內(nèi)認為，IoT的概念最早可以追溯到1990年施樂公司的網(wǎng)絡可樂販售機(Networked Coke Machine)。
而后，1999年美國麻省理工學院自動識別中心在RFID技術的基礎上提出了一個物聯(lián)網(wǎng)概念，在其定義中強調(diào)了“信息傳感設備與互聯(lián)網(wǎng)連接”的理念。(原RFID物聯(lián)網(wǎng)定義：把所有物品通過射頻識別等信息傳感設備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實現(xiàn)智能化識別和管理。)
到如今，IoT是互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)、軟件企業(yè)、乃至整個信息產(chǎn)業(yè)力推的物聯(lián)網(wǎng)概念。在實現(xiàn)了人與人的社交互聯(lián)后，互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)希望物和物之間也能通過互聯(lián)網(wǎng)進行通信。IoT的基礎任然是互聯(lián)網(wǎng)，是互聯(lián)網(wǎng)的延伸和發(fā)展方向。
IoT的概念主要強調(diào)的是互聯(lián)網(wǎng)交互，互聯(lián)網(wǎng)的全球化、開放性、互操作性、社交性是支撐IoT理念的基礎。智能產(chǎn)品一旦有了“網(wǎng)絡身份”，便可以衍生出各種互聯(lián)網(wǎng)應用：產(chǎn)品租賃(共享智能產(chǎn)品)、信息服務(例如定位服務、電子支付、大數(shù)據(jù)分析)、可穿戴產(chǎn)品應用等等。
3.CPS(Cyber Physical System)
2006年，美國國家科學基金會的Helen Gill提出了CPS的概念，并將其列為重要的研究項目。由于CPS側重于研究工業(yè)、制造業(yè)中嵌入式、自動化的信息系統(tǒng)，所以一開始也被直觀地理解為“嵌入式物聯(lián)網(wǎng)”(從現(xiàn)在的信息行業(yè)角度來看，這種理解有些片面)。
在“Cyber Physical System”一詞中，“Cyber”指的是信息系統(tǒng)，“Physical”指的是物理系統(tǒng)(設備、環(huán)境、產(chǎn)生資料)。
CPS強調(diào)的是物理世界和信息世界之間實時的、動態(tài)的信息回饋、循環(huán)過程。
它深度融合了各類信息技術：傳感器、嵌入式計算、云計算、網(wǎng)絡通信、軟件，使得各種信息化能力(3C：計算-Computer、通信-CommunicaTIon和控制-Control)高度協(xié)同和自治，實現(xiàn)生產(chǎn)應用系統(tǒng)自主、智能、動態(tài)、系統(tǒng)化地監(jiān)視并改變物理世界的性狀。
CPS的目標，就是實現(xiàn)信息系統(tǒng)和物理世界、以及各信息系統(tǒng)之間的深度融合：在感知、互聯(lián)互通(標準的通信、應用協(xié)議)、能力開放(互聯(lián)網(wǎng)服務接口、API-應用編程接口)、安全可控(身份認證、安全加密)、應用計算(數(shù)據(jù)計算、信息控制)的基礎上，構建出一個巨大的、融合的、智能化的生產(chǎn)服務系統(tǒng)。
CPS所涵蓋的應用范圍十分廣闊：從微小的納米機器人，到龐大的工程基建設備，從城市交通信息提供到遠程手術醫(yī)療系統(tǒng)，交通、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、能源、國防、建筑、制造業(yè)流水線都是其涉足的領域。就目前來看，CPS更偏重于科學研究，M2M、IoT則更注重于工程技術的落地。
在工業(yè)領域，生產(chǎn)系統(tǒng)在操控機械設備的同時，還接受并處理從物理世界反饋的信息(感知)，生產(chǎn)操控中信息的“上傳”和“下達”具有高度的實時協(xié)同性。在“M2M”、“IoT”、“CPS”這三種概念中，CPS正是為滿足這種特性而設計的，也因此，被認定為工業(yè)領域的物聯(lián)網(wǎng)(IIOT)，下一代工業(yè)體系中的基礎信息系統(tǒng)。
在工業(yè)領域中，未來的信息化應用場景和CPS技術構想有著很高的契合度，所以普遍認為CPS是實現(xiàn)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的核心技術。
雖然通信領域的M2M和互聯(lián)網(wǎng)領域的IoT已經(jīng)先入為主，深得人心，在商業(yè)系統(tǒng)中和消費市場上已經(jīng)呈現(xiàn)出了各式各樣的應用和產(chǎn)品。但工業(yè)領域作為全球經(jīng)濟主動脈，才是未來物聯(lián)網(wǎng)技術(即CPS)發(fā)展的核心領域。
當然M2M、IoT、CPS相互之間并不是孤立的，在它們當中很多技術功能是相互交叉或互補的，它們都代表了重要的物聯(lián)網(wǎng)領域，只是側重不同而已。
1.工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)前期發(fā)展歷史
(1)工業(yè)4.0
“工業(yè)4.0”的稱謂源自德國。在2011年4月漢諾威工業(yè)博覽會上，“工業(yè)4.0”第一次出現(xiàn)(來自《高技術戰(zhàn)略2020》)。在2013年4月德國正式推出了“工業(yè)4.0”，并組建了一個由政府、企業(yè)、大學以及研究機構共同參與的大項目團隊，舉國上下共同推動代表著工業(yè)4.0的相關工作，明確了工業(yè)制造智能化與數(shù)字化的發(fā)展道路。
項目團隊中的合作企業(yè)包括西門子、博世、大眾汽車、戴姆勒、漢莎航空等等，而研究機構就是神秘而又著名的“弗勞恩霍夫研究所”。弗勞恩霍夫研究所作為主導研究機構，參與了德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略(2013年)的起草，并落實到其下屬的多項生產(chǎn)領域的研究中。
2015年4月，德國經(jīng)濟技術部、教育研究部成為了工業(yè)4.0平臺的指導機構。而后，工會組織也成為了平臺成員。
工業(yè)4.0隨后推出了描述工廠場景的參考架構《Reference Architecture Model Industrie 4.0(RAMI4.0)》，它成了德國舉國推動的一場“革命”。
從信息技術的角度來看，德國的工業(yè)4.0就是工業(yè)領域中面向全球、并基于人工智能的信息物理系統(tǒng)(CPS)。
(2)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)(Industry Internet)
2012年，GE公司基于自身的“軟件夢”(GE期望自己能夠轉型成為軟件業(yè)巨頭)，提出了“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的概念。
2014年3月，美國五家頂級企業(yè)做為主要代表，發(fā)起了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟(Industrial Internet ConsorTIum，IIC)。這五家企業(yè)分別是GE、AT&T、IBM、Intel、思科，一開始由GE主導。在此之前，后四家通信、IT公司都已經(jīng)有相關的物聯(lián)網(wǎng)概念提出，AT&T倡導“M2M”，IBM推出“智慧地球”，而思科打造了“IoE(Internet of Everything)”。
各家的概念不同，但愿景一致，其發(fā)展方向不僅是像工業(yè)4.0那樣實現(xiàn)制造業(yè)的信息化和智能化，更是希望實現(xiàn)各產(chǎn)業(yè)整體的數(shù)字化轉型。
IIC剛成立時和工業(yè)4.0不同，其主要成員集中在電信和IT領域，工業(yè)企業(yè)相對較少。到了2015年初，工業(yè)4.0平臺中的西門子、博世、SAP加入了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟。
IIC主要的工作目標是為物聯(lián)網(wǎng)制定標準，其在2015年6月4日，發(fā)布了第一版標準化的參考架構模型：美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構(v1.7版)
(3)平臺合作的開始
一些大型企業(yè)在跨領域的工業(yè)項目合作中，遇到了兩種工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)標準因存在較大差異而產(chǎn)生的矛盾(工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)4.0)，于是在2015年11月的瑞士，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟和工業(yè)4.0平臺開了一場保密的研討會(之所以保密，是因為擔心研談失敗而造成負面影響)。
會中，雙方發(fā)現(xiàn)兩個參考平臺之間具有很強的、天然的互補性。
2016年3月，德國工業(yè)4.0平臺宣布與美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟展開合作，并隨后設立了多個聯(lián)合任務組(JTG)，努力將兩種技術架構進行對接和融合，使得兩種架構中的元素能夠相互映射，使得企業(yè)無論采用哪種技術標準，都能夠方便地與其他標準的企業(yè)系統(tǒng)進行對接。
2017年12月，兩個組織聯(lián)合發(fā)布了《IIRA和RAMI 4.0體系結構映射和對接白皮書》，系統(tǒng)性地闡明了兩個體系中的異同點和互補性。
2.兩體系非技術面的差異性
(1)美國與德國不同的歷史認知
不同與以往，這場即將爆發(fā)的工業(yè)產(chǎn)業(yè)革命，并不是被事后觀察到的，而是第一次被各個國家和組織機構事先預測到的工業(yè)革命。(這說明現(xiàn)代信息技術的突飛猛進已經(jīng)能夠對“未來的歷史(周期)”進行預測了)
美國和德國都認同新技術創(chuàng)新周期到來，也意識到了信息技術和工業(yè)的融合會引發(fā)新的工業(yè)革命。但是在如何劃分“周期”上略有差異。
(2)德國的歷史觀：
德國認為歷史上發(fā)生過三次工業(yè)革命，未來的是第四次工業(yè)。
這四次工業(yè)革命分別是：
第一次工業(yè)革命：18世紀末的英國，通過對水的加熱(蒸汽)作為機械動力源并加以運用，蒸汽紡織機的發(fā)明為這一次革命的標志性事件。
第二次工業(yè)革命：20世紀初期的美國，電力作為能源實現(xiàn)了汽車工廠的流水線生產(chǎn)，生產(chǎn)中出現(xiàn)明確的分工(在固定工位進行重復操作)，生產(chǎn)效率獲得飛躍。
第三次工業(yè)革命：20世紀70年代，信息技術被整合進生產(chǎn)流水線，工業(yè)機器人、PLC(可編程邏輯控制器)系統(tǒng)的出現(xiàn)，實現(xiàn)了流水線的自動化運作，并進一步提高了生產(chǎn)效率。直到今天，大多數(shù)工廠都還在延續(xù)應用第三次工業(yè)革命所帶來的自動化技術。
第四次工業(yè)革命：CPS。
德國將新工業(yè)革命視為第四次工業(yè)革命，以“工業(yè)4.0”予以命名，并希望能夠以舉國之力引領這次工業(yè)革命的發(fā)展。
美國將工業(yè)“革命”稱之為“浪潮”，并認為人類歷史上已經(jīng)出現(xiàn)過兩次浪潮，第三次則就在當下。
三次工業(yè)“浪潮”分別是(參照GE-2012年的《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)白皮書》)：
第一次浪潮：18世紀末英國的工業(yè)革命。
第二次浪潮：互聯(lián)網(wǎng)革命。20世紀后半頁，在信息計算能力發(fā)展下，互聯(lián)網(wǎng)應用的蓬勃發(fā)展，帶動產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新。產(chǎn)業(yè)價值從“資源密集型”向“知識/信息密集型”轉移。
第三次浪潮：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。開放的信息系統(tǒng)(分布式信息網(wǎng)絡)、傳感設備和人工智能的高度融合，助力傳統(tǒng)行業(yè)技術，增強生產(chǎn)設備自動化的維護、管理、運營能力，提高商業(yè)組織對行業(yè)趨勢的分析預測水平。
從歷史觀中就能夠看出，美國更多關注信息系統(tǒng)的建設和完善，而德國看重的是工業(yè)生產(chǎn)流水線的整體發(fā)展。
3.各國工業(yè)革命的追求
兩國(美國、德國)提出的工業(yè)技術框架，是基于各自不同的工業(yè)現(xiàn)狀，并建立在不同的訴求之上。
(1)德國的初衷
看著美國IT企業(yè)在信息領域一騎絕塵的領先優(yōu)勢，以及新興的亞洲國家加入到了全球制造業(yè)的競爭當中，德國傳統(tǒng)制造行業(yè)感受到了前所未有的危機感。與此同時，生產(chǎn)的成本在不斷攀升：能源和人力成本亦在增加。消費者“口味”的變化(消費者的需求不僅個性化、多樣化，而且需求的轉變迅速---“市場節(jié)奏”加速)，也讓產(chǎn)品的生產(chǎn)者不知所措。
德國政府和企業(yè)都希望能夠改變固化的、傳統(tǒng)的“硬件式”的生產(chǎn)思維模式，將新一代的信息化技術手段融入工業(yè)體系，為“定制化生產(chǎn)”和“個性化服務”創(chuàng)造條件。企業(yè)可以通過提供更高附加值的產(chǎn)品，來保持國際競爭力。而原本制造業(yè)中一部分“低價+量產(chǎn)”的生產(chǎn)模式需要被無情地淘汰。
很多專家和機構認為工業(yè)4.0是德國工業(yè)巨頭們的游戲。而事實上，創(chuàng)立工業(yè)4.0的初衷并不是為了服務于那些行業(yè)大佬的。
德國的工業(yè)巨頭都具有雄厚的資金實力、專業(yè)的技術積累和經(jīng)驗、并占據(jù)著優(yōu)質的市場先機。面對新的產(chǎn)業(yè)形勢，它們完全能夠依靠自身實力進行技術創(chuàng)新，完成“自我(工業(yè))革命”。
然而，德國大量的中小企業(yè)，則不具備“數(shù)字化轉型”的能力。雖然在“B2B(企業(yè)間的商業(yè)交易)”領域中很多德國的中小企業(yè)是某些垂直行業(yè)領域內(nèi)的“隱形冠軍”，是產(chǎn)業(yè)鏈上下游技術領先的佼佼者。但信息系統(tǒng)和傳統(tǒng)技術的深度融合，需要消耗大量資本投入，轉型成本(資金、人才、技術積累)成為了中小企業(yè)發(fā)力工業(yè)革命的最大障礙。
在德國政府的牽頭下，集結德國各工業(yè)巨頭，參與“工業(yè)4.0”的研究和框架制定，不僅是為了拓展未來的新市場，更是幫助德國中小企業(yè)降低數(shù)字化轉型的成本，以及通過大企業(yè)的落地項目，帶動產(chǎn)業(yè)鏈上下游的德國中小企業(yè)優(yōu)先發(fā)展。
工業(yè)4.0的目標是促使德國大、中、小企業(yè)共同參與到新的全球化產(chǎn)業(yè)格局中。
(2)美國的追求
美國一直在航空航天、計算芯片制造等先進制造業(yè)領域領導全球，軟件工業(yè)和互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)也是遙遙領先。然而，美國現(xiàn)在卻面臨著許多領域的工業(yè)萎縮問題。
美國“產(chǎn)業(yè)的空心化”，也就是“人才的空心化”。
美國很多大型企業(yè)按照“研發(fā)在國內(nèi)，制造在國外”的思路布局全球化產(chǎn)業(yè)，雖然利潤豐厚，但也帶來了一個無法逃避的問題：各領域的人才衰落。在制造業(yè)領域，對于工程師的培養(yǎng)，即使是生產(chǎn)一些低端產(chǎn)品，也需要組建專業(yè)團隊，并安排“人”進駐到制造車間中，從生產(chǎn)實踐中掌握技術和經(jīng)驗。
當面臨產(chǎn)業(yè)變革時，不論技術含量的高低，產(chǎn)品創(chuàng)新與技術融合，都需要大量的工程師參與其中，群策群力、貢獻智慧。光有局部的高科技制造業(yè)，顯然無法面對即將到來的工業(yè)革命。雖然美國在信息技術方面遙遙領先，但通過數(shù)字化的虛擬世界并不能掌控現(xiàn)實世界的全球化產(chǎn)業(yè)。
社會整體的技術發(fā)展和服務業(yè)的繁榮，都需要一個整體健碩的工業(yè)生態(tài)作為堅實的基礎。美國在產(chǎn)業(yè)結構上存在不平衡的狀況，中低端產(chǎn)品需要依賴國外生產(chǎn)，從而導致了產(chǎn)業(yè)發(fā)展受到掣肘。所以，美國希望重新獲得工業(yè)領域全盤的掌控力。
相比較德國的工業(yè)4.0，美國的制造業(yè)實力稍顯薄弱，所以美國希望能從擅長的信息領域入手，突破現(xiàn)有的產(chǎn)業(yè)格局(從工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)初創(chuàng)的五家企業(yè)就能看出-四家IT企業(yè))。此外，后知后覺的頁巖氣革命在美國引發(fā)(能源革命)，也更堅定了美國讓制造業(yè)回歸的決心。
(3)殊途同歸的工業(yè)信息化道路
德國和美國對工業(yè)的展望，都是一條工業(yè)信息化、互聯(lián)網(wǎng)化的道路。工業(yè)4.0和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，它們架設在CPS的信息化系統(tǒng)之上，使得新的生產(chǎn)模式面向市場，更具有“柔性”：將各類“硬件”(設備、環(huán)境、物料、人機交互端)映射在信息系統(tǒng)中，并由“軟件”來發(fā)揮人和團隊的創(chuàng)造力，滿足個性化的市場需求。基于CPS的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，簡稱為“IIOT”(工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，Industrial Internet of Things)。
兩國從各自擅長的部分入手，按不同的路線走向產(chǎn)業(yè)變革。
德國的長處就在于強大的工業(yè)技術實力。因此工業(yè)4.0是以生產(chǎn)車間為核心的信息化革命，工廠的數(shù)字化和智能化是產(chǎn)業(yè)升級的核心部分，互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、(公有)云計算、以及大眾消費市場的服務，都處于體系的邊緣位置。德國工業(yè)4.0主要關注的是復雜生產(chǎn)場景中的工業(yè)自動化、軟/硬件的融合和內(nèi)部信息系統(tǒng)的智能化。正因為工業(yè)4.0更關注工廠內(nèi)部的制造環(huán)節(jié)，對大數(shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)并不特別關注，所以被理解為是“硬件式”的改革路線。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)領域沒有德國那么強勢的實力，他們從信息系統(tǒng)出發(fā)，去觸動產(chǎn)業(yè)鏈整體的智能化。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)意在通過提供互聯(lián)網(wǎng)和計算服務，提升傳統(tǒng)工業(yè)企業(yè)的IT和軟件實力，在面向工業(yè)領域企業(yè)的服務中獲取價值，并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的IT企業(yè)通常會從自身擅長的互聯(lián)網(wǎng)、云計算等信息技術領域入手，將大數(shù)據(jù)和人工智能注入進工業(yè)領域的企業(yè)系統(tǒng)中，觸發(fā)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新和升級。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的主旨是提供信息化服務，與工業(yè)結合并創(chuàng)造價值，所以也稱為“軟件化”的改革道路。
從整體來看，德國的工業(yè)4.0和美國的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)各有優(yōu)勢和短板，并且整體架構之間有一定的映射關系。工業(yè)4.0鉆研于對制造業(yè)的價值鏈重新構建，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)則聚焦在跨領域的工業(yè)互聯(lián)架構。所以，鑒于他們之間存在互通、互補的效應，合作與融合便水到渠成。其實在工業(yè)4.0提出之前，很多德國工業(yè)企業(yè)就已經(jīng)在使用美國IT企業(yè)的軟件服務，部署云計算平臺和商業(yè)系統(tǒng)了。
(4)后知后覺的日本
看到德國和美國大力發(fā)展工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，各大工業(yè)國也不甘落后、紛紛響應，著手相關標準的研究和推廣。作為現(xiàn)代工業(yè)強國，日本經(jīng)過了一段猶豫、彷徨的時期。
日本有著很強的工業(yè)實力，擁有很多高端制造業(yè)技術(世界市場份額50%的工業(yè)機器人技術)。當看到德國和美國開始著手發(fā)力工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的時候，日本以為這不過是工業(yè)自動化的一次升級。而隨著德國和美國不斷推進全球化的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)標準落地，日本終于意識到工業(yè)革命要到來了。
日本將德國4.0和美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的攜手共進，稱之為“南側路線”(即面朝太陽的一面)，對于日本獨自發(fā)展工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的路線就稱為“北側路線”(山陰一側)。在啟動工業(yè)數(shù)字化進程之前，日本工業(yè)領域原本很糾結，對于要走哪一側路線(南北兩側)，爭論一直不小。但很快日本工業(yè)整體上認識到只有融身到全球產(chǎn)業(yè)網(wǎng)絡中才能“提速奔跑”，才是最好的路線。其實這條路線就是美國和德國合作的路線。
如今，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為了新一代信息技術的重要組成部分，萬物互聯(lián)是這個信息時代一個重要的階段，萬物互聯(lián)是未來科技發(fā)展的又一目標。
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