一、三種物聯網

物聯網的概念不僅是一個逐漸形成并明確的過程，還是一個各領域相互借鑒、融合的過程。在不同的信息化領域，各行各業對“物聯網”都有自己的認知和構想。即使到今天，各領域對物聯網的理解還有很大的差異性。

在對物聯網沒有形成統一的認識之前，各領域各都有各自的稱謂，有三種定義較為明確：“M2M”、“IoT”、“CPS”。

1. M2M（machine to machine）

“M2M”的概念主要是由通信行業提出的。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絡（無線網絡）與其他設備或信息系統（IT系統）進行通信。

通信行業認為：網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，三者之間的信息互通和互動。

M2M的概念主要強調的是通信實現，網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“端到端”的可靠連接。在物與物“連接”的基礎上，實現資產集中監控、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行業內認為，IoT的概念最早可以追溯到1990年施樂公司的網絡可樂販售機（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網概念，在其定義中強調了“信息傳感設備與互聯網連接”的理念。（原RFID物聯網定義：把所有物品通過射頻識別等信息傳感設備與互聯網連接起來，實現智能化識別和管理。）

到如今，IoT是互聯網企業、軟件企業、乃至整個信息產業力推的物聯網概念。在實現了人與人的社交互聯后，互聯網企業希望物和物之間也能通過互聯網進行通信。IoT的基礎任然是互聯網，是互聯網的延伸和發展方向。

IoT的概念主要強調的是互聯網交互，互聯網的全球化、開放性、互操作性、社交性是支撐IoT理念的基礎。智能產品一旦有了“網絡身份”，便可以衍生出各種互聯網應用：產品租賃（共享智能產品）、信息服務（例如定位服務、電子支付、大數據分析）、可穿戴產品應用等等。

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、制造業中嵌入式、自動化的信息系統，所以一開始也被直觀地理解為“嵌入式物聯網”（從現在的信息行業角度來看，這種理解有些片面）。

在“Cyber Physical System”一詞中，“Cyber”指的是信息系統，“Physical”指的是物理系統（設備、環境、產生資料）。

CPS強調的是物理世界和信息世界之間實時的、動態的信息回饋、循環過程。

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）高度協同和自治，實現生產應用系統自主、智能、動態、系統化地監視并改變物理世界的性狀。

CPS的目標，就是實現信息系統和物理世界、以及各信息系統之間的深度融合：在感知、互聯互通（標準的通信、應用協議）、能力開放（互聯網服務接口、API-應用編程接口）、安全可控（身份認證、安全加密）、應用計算（數據計算、信息控制）的基礎上，構建出一個巨大的、融合的、智能化的生產服務系統。

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療系統，交通、醫療、農業、能源、國防、建筑、制造業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。

在工業領域，生產系統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），生產操控中信息的“上傳”和“下達”具有高度的實時協同性。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，被認定為工業領域的物聯網（IIOT），下一代工業體系中的基礎信息系統。

二、工業物聯網（IIOT）

在工業領域中，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是實現工業物聯網的核心技術。

雖然通信領域的M2M和互聯網領域的IoT已經先入為主，深得人心，在商業系統中和消費市場上已經呈現出了各式各樣的應用和產品。但工業領域作為全球經濟主動脈，才是未來物聯網技術（即CPS）發展的核心領域。

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網領域，只是側重不同而已。

1. 工業物聯網前期發展歷史

（1） 工業4.0

“工業4.0”的稱謂源自德國。在2011年4月漢諾威工業博覽會上，“工業4.0”第一次出現（來自《高技術戰略2020》）。在2013年4月德國正式推出了“工業4.0”，并組建了一個由政府、企業、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4.0的相關工作，明確了工業制造智能化與數字化的發展道路。

項目團隊中的合作企業包括西門子、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4.0戰略（2013年）的起草，并落實到其下屬的多項生產領域的研究中。

2015年4月，德國經濟技術部、教育研究部成為了工業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4.0就是工業領域中面向全球、并基于人工智能的信息物理系統（CPS）。

（2） 工業互聯網（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巨頭），提出了“工業互聯網”的概念。

2014年3月，美國五家頂級企業做為主要代表，發起了工業互聯網聯盟（Industrial Internet Consortium，IIC）。這五家企業分別是GE、AT&T、IBM、Intel、思科，一開始由GE主導。在此之前，后四家通信、IT公司都已經有相關的物聯網概念提出，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，其發展方向不僅是像工業4.0那樣實現制造業的信息化和智能化，更是希望實現各產業整體的數字化轉型。

IIC剛成立時和工業4.0不同，其主要成員集中在電信和IT領域，工業企業相對較少。到了2015年初，工業4.0平臺中的西門子、博世、SAP加入了工業互聯網聯盟。

IIC主要的工作目標是為物聯網制定標準，其在2015年6月4日，發布了第一版標準化的參考架構模型：美國工業互聯網參考架構（v1.7版）

（3） 平臺合作的開始

一些大型企業在跨領域的工業項目合作中，遇到了兩種工業物聯網標準因存在較大差異而產生的矛盾（工業互聯網和工業4.0），于是在2015年11月的瑞士，工業互聯網聯盟和工業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，雙方發現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4.0平臺宣布與美國工業互聯網聯盟展開合作，并隨后設立了多個聯合任務組（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，使得企業無論采用哪種技術標準，都能夠方便地與其他標準的企業系統進行對接。

2017年12月，兩個組織聯合發布了《IIRA和RAMI 4.0體系結構映射和對接白皮書》，系統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，這場即將爆發的工業產業革命，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革命。（這說明現代信息技術的突飛猛進已經能夠對“未來的歷史（周期）”進行預測了）

美國和德國都認同新技術創新周期到來，也意識到了信息技術和工業的融合會引發新的工業革命。但是在如何劃分“周期”上略有差異。

（2） 德國的歷史觀：

德國認為歷史上發生過三次工業革命，未來的是第四次工業。

這四次工業革命分別是：

第一次工業革命：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，蒸汽紡織機的發明為這一次革命的標志性事件。

第二次工業革命：20世紀初期的美國，電力作為能源實現了汽車工廠的流水線生產，生產中出現明確的分工（在固定工位進行重復操作），生產效率獲得飛躍。

第三次工業革命：20世紀70年代，信息技術被整合進生產流水線，工業機器人、PLC（可編程邏輯控制器）系統的出現，實現了流水線的自動化運作，并進一步提高了生產效率。直到今天，大多數工廠都還在延續應用第三次工業革命所帶來的自動化技術。

第四次工業革命：CPS。

德國將新工業革命視為第四次工業革命，以“工業4.0”予以命名，并希望能夠以舉國之力引領這次工業革命的發展。

（3） 美國的歷史觀：

美國將工業“革命”稱之為“浪潮”，并認為人類歷史上已經出現過兩次浪潮，第三次則就在當下。

三次工業“浪潮”分別是（參照GE-2012年的《工業互聯網白皮書》）：

第一次浪潮：18世紀末英國的工業革命。

第二次浪潮：互聯網革命。20世紀后半頁，在信息計算能力發展下，互聯網應用的蓬勃發展，帶動產業創新。產業價值從“資源密集型”向“知識/信息密集型”轉移。

第三次浪潮：工業互聯網。開放的信息系統（分布式信息網絡）、傳感設備和人工智能的高度融合，助力傳統行業技術，增強生產設備自動化的維護、管理、運營能力，提高商業組織對行業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的建設和完善，而德國看重的是工業生產流水線的整體發展。

3. 各國工業革命的追求

兩國（美國、德國）提出的工業技術框架，是基于各自不同的工業現狀，并建立在不同的訴求之上。

（1） 德國的初衷

看著美國IT企業在信息領域一騎絕塵的領先優勢，以及新興的亞洲國家加入到了全球制造業的競爭當中，德國傳統制造行業感受到了前所未有的危機感。與此同時，生產的成本在不斷攀升：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---“市場節奏”加速），也讓產品的生產者不知所措。

德國政府和企業都希望能夠改變固化的、傳統的“硬件式”的生產思維模式，將新一代的信息化技術手段融入工業體系，為“定制化生產”和“個性化服務”創造條件。企業可以通過提供更高附加值的產品，來保持國際競爭力。而原本制造業中一部分“低價+量產”的生產模式需要被無情地淘汰。

很多專家和機構認為工業4.0是德國工業巨頭們的游戲。而事實上，創立工業4.0的初衷并不是為了服務于那些行業大佬的。

德國的工業巨頭都具有雄厚的資金實力、專業的技術積累和經驗、并占據著優質的市場先機。面對新的產業形勢，它們完全能夠依靠自身實力進行技術創新，完成“自我（工業）革命”。

然而，德國大量的中小企業，則不具備“數字化轉型”的能力。雖然在“B2B（企業間的商業交易）”領域中很多德國的中小企業是某些垂直行業領域內的“隱形冠軍”，是產業鏈上下游技術領先的佼佼者。但信息系統和傳統技術的深度融合，需要消耗大量資本投入，轉型成本（資金、人才、技術積累）成為了中小企業發力工業革命的最大障礙。

在德國政府的牽頭下，集結德國各工業巨頭，參與“工業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降低數字化轉型的成本，以及通過大企業的落地項目，帶動產業鏈上下游的德國中小企業優先發展。

工業4.0的目標是促使德國大、中、小企業共同參與到新的全球化產業格局中。

（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領域領導全球，軟件工業和互聯網產業也是遙遙領先。然而，美國現在卻面臨著許多領域的工業萎縮問題。

美國“產業的空心化”，也就是“人才的空心化”。

美國很多大型企業按照“研發在國內，制造在國外”的思路布局全球化產業，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。在制造業領域，對于工程師的培養，即使是生產一些低端產品，也需要組建專業團隊，并安排“人”進駐到制造車間中，從生產實踐中掌握技術和經驗。

當面臨產業變革時，不論技術含量的高低，產品創新與技術融合，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，顯然無法面對即將到來的工業革命。雖然美國在信息技術方面遙遙領先，但通過數字化的虛擬世界并不能掌控現實世界的全球化產業。

社會整體的技術發展和服務業的繁榮，都需要一個整體健碩的工業生態作為堅實的基礎。美國在產業結構上存在不平衡的狀況，中低端產品需要依賴國外生產，從而導致了產業發展受到掣肘。所以，美國希望重新獲得工業領域全盤的掌控力。

相比較德國的工業4.0，美國的制造業實力稍顯薄弱，所以美國希望能從擅長的信息領域入手，突破現有的產業格局（從工業互聯網初創的五家企業就能看出-四家IT企業）。此外，后知后覺的頁巖氣革命在美國引發（能源革命），也更堅定了美國讓制造業回歸的決心。

（3） 殊途同歸的工業信息化道路

德國和美國對工業的展望，都是一條工業信息化、互聯網化的道路。工業4.0和工業互聯網，它們架設在CPS的信息化系統之上，使得新的生產模式面向市場，更具有“柔性”：將各類“硬件”（設備、環境、物料、人機交互端）映射在信息系統中，并由“軟件”來發揮人和團隊的創造力，滿足個性化的市場需求。基于CPS的工業物聯網，簡稱為“IIOT”（工業物聯網，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業變革。

德國的長處就在于強大的工業技術實力。因此工業4.0是以生產車間為核心的信息化革命，工廠的數字化和智能化是產業升級的核心部分，互聯網、大數據、（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4.0主要關注的是復雜生產場景中的工業自動化、軟/硬件的融合和內部信息系統的智能化。正因為工業4.0更關注工廠內部的制造環節，對大數據和互聯網并不特別關注，所以被理解為是“硬件式”的改革路線。

工業互聯網在工業領域沒有德國那么強勢的實力，他們從信息系統出發，去觸動產業鏈整體的智能化。工業互聯網意在通過提供互聯網和計算服務，提升傳統工業企業的IT和軟件實力，在面向工業領域企業的服務中獲取價值，并實現產業升級。工業互聯網中的IT企業通常會從自身擅長的互聯網、云計算等信息技術領域入手，將大數據和人工智能注入進工業領域的企業系統中，觸發產業創新和升級。工業互聯網的主旨是提供信息化服務，與工業結合并創造價值，所以也稱為“軟件化”的改革道路。

從整體來看，德國的工業4.0和美國的工業互聯網各有優勢和短板，并且整體架構之間有一定的映射關系。工業4.0鉆研于對制造業的價值鏈重新構建，工業互聯網則聚焦在跨領域的工業互聯架構。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4.0提出之前，很多德國工業企業就已經在使用美國IT企業的軟件服務，部署云計算平臺和商業系統了。

（4） 后知后覺的日本

看到德國和美國大力發展工業物聯網，各大工業國也不甘落后、紛紛響應，著手相關標準的研究和推廣。作為現代工業強國，日本經過了一段猶豫、彷徨的時期。

日本有著很強的工業實力，擁有很多高端制造業技術（世界市場份額50%的工業機器人技術）。當看到德國和美國開始著手發力工業物聯網的時候，日本以為這不過是工業自動化的一次升級。而隨著德國和美國不斷推進全球化的工業物聯網標準落地，日本終于意識到工業革命要到來了。

日本將德國4.0和美國工業互聯網的攜手共進，稱之為“南側路線”（即面朝太陽的一面），對于日本獨自發展工業物聯網的路線就稱為“北側路線”（山陰一側）。在啟動工業數字化進程之前，日本工業領域原本很糾結，對于要走哪一側路線（南北兩側），爭論一直不小。但很快日本工業整體上認識到只有融身到全球產業網絡中才能“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。

在2015年，組織成立“工業價值鏈倡議” （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。