自2013年德國提出工業4.0的制造業戰略以來,在國家戰略層面，美國、中國等也分別推出先進制造業發展計劃和中國制造2025；在技術使能層面，各國都不約而同的提出了工業物聯網（Industrial Internet of Things，IIoT）的概念，并對工業物聯網如何推動業務轉型、工業物聯網平臺技術體系及應用模式進行了一定的探討。國際上領先的軟硬件企業，如Accenture埃森哲、Honeywell霍尼韋爾、Bosch博世、GE通用電氣、PTC參數技術公司等，則分別從咨詢、硬件、軟件平臺等不同角度給出了工業物聯網的解決方案。
美國工業互聯網聯盟IIC在2016年11月15日推出的《工業物聯網業務戰略及創新框架》，從實施方法論角度給出了企業推行IIoT的總體框架。作者基于該框架，結合先進企業提出的工業物聯網解決方案，將分別從業務驅動及企業戰略、業務模式創新體系、實施策略等三個層面給出詳細的工業物聯網實施體系化說明，以幫助企業確定工業物聯網的應用機遇、業務模式創新方向和具體實施方法，從而減少企業推行工業物聯網的實施風險。本文主要從業務驅動及企業戰略層面，首先對IIoT的概念、應用IIoT的挑戰進行分析，之后給出IIoT實施框架的說明，并對IIoT的業務驅動、轉型方向、實施準備分別進行了詳細闡述。
什么是工業物聯網？
TechTarget給出的工業物聯網定義為：工業物聯網IIoT是物聯網（IoT）技術在制造業的應用，它整合機器學習和大數據技術、傳感器數據收集技術、M2M通訊及自動化技術，以此提高生產效率、節約成本和支持業務智能決策，并為質量控制、可持續性和綠色工程、供應鏈追溯和整體產業鏈優化提供支撐。
Honeywell給出的定義是：IIoT是一個網絡之網絡，其利用互聯網聯接人員、流程和設備，緊密融合智能互聯設備、企業集成自動化、安全的云端數據和高級分析等能力，以實現業務優化的新模式創新。
工業物聯網IIoT與其他概念的關系：
IIoT與IoT：IoT主要側重通過物聯為用戶提供便利，以提高人的生產力；IIoT是IoT在工業領域的應用，重點是通過聯接設備和系統，提高效益、安全性和產能，由于涉及工業生產，其系統的穩定性至關重要，如設備運行監控、生產線安全監視、設備故障預測分析等。
IIoT與智能制造：智能制造是企業未來的先進制造業務體系，更偏重借助新技術、新方法后的業務模式轉變，也是企業未來要達到的一種狀態，IIoT是其基礎支撐能力。
實施工業物聯網的主要挑戰
隨著全球再工業化帶來的市場競爭壓力的不斷增大，企業根據自身發展實際需求推進工業物聯網的建設將成為未來的趨勢。根據Accenture對全球工業企業1400多位業務決策人員的調查，84%的人認為IIoT將會給企業帶來潛力無窮的價值，但是只有7%的人認為他們當前具備清晰的IIoT推行策略，目前在此方面所做的投入與產出也不匹配。
全球經濟論壇在2015年的報告《工業物聯網：釋放互聯產品和服務的潛能》中給出了實施IIoT主要挑戰的調查統計，如圖1所示。其主要挑戰包括：缺乏互操作性和標準、安全性、ROI不確定、遺留設備（缺少聯接或嵌入式傳感器）。其中，互操作性和標準、安全性等問題為實施IIoT的基礎支撐能力，ROI不確定、遺留設備等問題等則為企業實施IIoT的戰略及業務模式轉型的問題。
圖1 實施IIoT的主要挑戰
針對這些挑戰，通過單一的企業很難應對。因此，高效的IIoT戰略有必要引入不同級別的參與者或業務合作伙伴。
工業物聯網戰略與模式創新
企業是否引入IIoT，引入IIoT戰略的目標是什么，需要投入多少資金及人員并持續多長時間？這是首先擺在企業決策層面前的主要問題。企業決策層需要遵照企業的總體發展目標，從戰略上選擇適合企業自身發展的IIoT機會，并平衡IIoT的實施風險與保持市場領導地位之間的關系。
與商業互聯網的出現類似，IIoT可以轉變多個行業的現有業務模式，在業務多個層面為企業帶來新的機遇和挑戰。Alexander Osterwalder和Yves Pigneur對業務模式給出了清晰的定義：“業務模式用以定義一個組織如何創建、交付和捕獲價值的基本原理。”IIoT在業務層面的引入，將會帶來客戶傳統業務模式的轉變，但是在IIoT機會相關的業務管理方式上也需要一個結構化的框架來定位、選擇、實施IIoT，確保IIoT符合總體戰略的需求，該框架由四部分組成：
構思：該階段通過可重復的流程標識IIoT應用機會。其中，IIoT應用包括兩類：使用IIoT技術優化現有的產品、服務和業務運營；基于創新業務模式設計的IIoT新方案。
準備：細化業務決策中明確的IIoT機會，分析和聚焦問題并進行基本的假設，團隊成員分工對假設進行驗證。
評估：開發可接受的業務場景和實施風險表，該階段需要考慮第一階段IIoT應用的投資決策，隨之是第二階段及其后應用機會的投資預估。
啟動：掌握IIoT軟硬件部署及實施所需的執行能力，開展相應的IIoT項目。該階段需要考慮多專業項目團隊之間的文化差異。
當前多數企業對IIoT會為企業帶來多大的效益持謹慎態度，企業領導層不確定IIoT與以往模式的差異、以及如何定義基于IIoT的新業務戰略。不過，很多企業領導層也認識到，雖然當前不能完全理解IIoT引入后對未來競爭格局的變化，但是企業盡快了解和掌握IIoT新技能將是未來業務成功的關鍵。
為了應對企業IIoT實施層面的上述挑戰，為企業進行IIoT選擇及實施提供方法論指導，特定義了如圖2的IIoT實施框架。
圖2 IIoT實施框架
工業物聯網的驅動力
IIoT的驅動力來自業務及社會效益兩個層面，在業務層面推動業務模式變革和市場新機會；在社會效益層面則帶來新的工作機會、提升人機協同效率等。
(1) 業務和市場驅動
企業推行IIoT的驅動力主要由快速變化的、激烈的市場競爭壓力引起，企業為了保持行業內的市場領導地位，必須持續審視和優化業務戰略、規劃和運營模式，以尋找在現有市場中的特有競爭方式并創建新的市場領域。
要實現上述目標，需要實現“過去—現在—未來”的能力，即對“過去”的活動實現洞察，對“現在”的活動實現實時監控和調整，對“未來”的情景實現預測。這種“過去—現在—未來”的能力將逐漸成為企業的核心競爭優勢能力。
上述的環境給企業帶來激烈競爭壓力的同時，也將為創業公司或小型企業帶來大量新的機會，這些企業可以以更靈活的方式融入到大公司的生態系統中，并為環境帶來活力。
(2) 社會驅動
除了業務及市場的驅動外，IIoT的應用還有來自于社會的驅動，以對社會效益產生廣泛和積極的影響，并達到如下的目標：
創造新的工作機會；
較少人力和提升人機協同決策效率和準確性；
產生環境效益；
為公共健康、安全和生活質量提供服務。
在創造新的工作機會方面，IIoT實現大量設備、應用、產品、數據源的互聯，一方面需要高級的IIoT實施人員，另一方面新的應用及新的業務也需要新的角色和技能。
在提高人機協同決策效率方面，內外部數據的集成將為綜合決策提供基礎支撐，而基于數據集成基礎上的大數據分析則可以提高協同效率。例如，在醫院中互聯集成的床位醫療設備與傳統的醫院信息系統進行整合，使得醫生和病人可以關注關鍵醫療數據并對未來可能的病情進行預測。
在環境、公共安全等方面，主要利用IIoT在報告、實時分析、預測分析方面的能力，對科學研究、環境資源利用等方面的過去數據、現狀狀態和未來情景進行分析、監測、預測，從而提升環境條件、生命和體驗質量等。
基于IIoT的業務轉變方向
將IIoT引入企業后，業務轉變的方向主要包括四個方面：企業內傳統主體業務及市場模式的升級、異地組織體系的整合、提升研發及生產效率、創造客戶附加值和提升用戶體驗。下面分別進行說明：
（1） 主體業務及市場模式升級
企業當前的研發、生產、運營、市場等整體業務價值鏈是企業生存和發展的基礎，引入IIoT能力，首當其沖要與這些內部要素相結合，并從提升企業核心競爭力和為客戶創造更大價值的角度出發，改造升級現有主體業務價值鏈。如客戶高度參與產品研制過程、客戶訂單驅動的生產及運營管理、客戶體驗式營銷等。
除了業務主體流程的變化，在產品研發中加入IIoT的能力，使得產品或技術可以作為獨立系統或其他復雜系統的嵌入式部分，融入產品互聯運營體系，為客戶快速創造價值，將為企業打開產品銷售的新模式。該機會不僅僅適用于產品供應商，也適用于服務供應商。
（2） 異地組織體系的整合
隨著市場的不斷細分化，新的工廠生態系統可能是很多形式，如設備制造廠、航空公司、醫院等，而任何地點都可能產生大量的數據。IIoT將為聯接上述生態系統中不同的業務和統一數據源提供支撐，而把分散的數據源頭統一起來需要一個新模式、新組織、新流程來支持組織單元能夠一起協同運營。
企業在構建新模式進行異地組織體系整合時，需要考慮將不同層次的數據進行集成的意義，并準確定義數據分析能力需要駐留在機器層、IT/OT邊界層還是IT層，并考慮系統安全、資源/數據/業務組織/運營流程的變化應對機制。
（3） 產品研發及生產效率提升
企業產品和服務持續演變的周期將不斷加速，迫使企業引入IIoT的能力進行業務模式轉變，以提升研發和生產效率。
在企業內將聯接的設備、廣源的數據、數據分析能力整合起來，將為企業提供特定領域的洞察能力。例如，在鐵路領域，通過監控鐵軌和火車狀態信息、客戶旅行模式、燃料消耗情況等，可以為鐵路裝備制造企業和鐵路服務部門提供洞察力，以改進火車特性、提供新的服務、提高安全性、提高火車運營效率等。
在工廠制造環境中，從互聯的內部設備和系統中收集和分析數據，通過集成這些數據資源，能夠在生產和運營效率方面提供與上述類似的洞察能力。在生產執行效率方面，將聯接設備的實時數據與業務管理數據（銷售、服務、供應鏈等數據）整合，可以提供生產執行過程中的實時和問題洞察能力；在運營效率方面，可以基于前文提到的“過去—現在—未來”的方法實現運營歷史數據分析、實時運營效能監控、未來運營問題預測，以優化整體運營管理業務。
（4） 創造客戶附加值
IIoT方案除了可以提升產品研發及運營效率外，另外一個重要的價值是在產品服務模式、產品使用習慣和客戶體驗方面為客戶創造價值。企業在實施IIoT項目時要同步考慮運營優化和市場戰略價值的優化，而運營環節也需要放在整體業務和客戶應用環境中進行綜合考慮。
以拖拉機的運營為例，農業設備運營商以及拖拉機設備傳感器提供設備運營數據，再融合外部數據（如氣候、土壤數據、產量預測算法、害蟲信息、當地農場數據等），就可以使得農場主的業務運營形成一個完整的體系，并具備分析預測能力，對何時進行播種、如何進行收割、當前做了什么、環境的影響如何等進行清晰地洞察。
IT/OT融合的機會
IIoT解決方案可以實現IT業務系統、OT設備及系統、數據中心的聯接和集成。IT端的業務聚焦在業務相關功能的處理，包括工資單、數據庫、客戶訪問數據、各種業務分析、報告工具、庫存信息等。OT端則集中在那些構建、執行、控制、監控工業和服務流程的系統和設備上。目前，很多大型傳統工業企業的運營模型都包括IT和OT的資產，雖然有些已經在IT/OT方面進行了一些集成，但是不同的市場領域集成度有所不同，而且很多集成方式是人為的、松散的或者是煙囪式的。如圖3所示。
圖3 IT/OT當前狀態及未來融合趨勢
圖3中的傳統模式中，IT和OT專業之間的協同和銜接是有限的，為此形成的組織模式使得IT和OT以不同的方式、流程、系統、評價體系各自進行單獨組織和管理。這種狀態，使得OT運營環節無法有效地利用洞察力提升生產運營能力，IT業務管理環節則難以從物理世界獲得實時分析的能力，以支持業務模式的靈活調整。
IIoT的出現，使得IT/OT兩個領域的整合及數據集成成為可能，并使得這兩個領域可以繼續作為獨立的實體進行運營，但是在IT/OT之上需要構建更多的集成業務體系，以形成整體的業務整合能力，為內部的效率提升和外部的客戶價值創造提供支持。
例如，飛機航線的IT部門管理業務系統（飛機預訂、航線管理、運營規劃、庫存管理等），而OT部門則管理地面保障和飛行運營監控。在每一次飛行時，飛機將產生大量的數據，利用這些數據可以幫助飛行更安全和高效。飛行數據與地面維修數據和外部信息（如天氣數據等）進行整合，使得航線IT部門能夠更好地進行維修預測和飛行分析，預測、優化和業務分析的數據可以影響飛行員和機組的實時活動，在整體上則可以優化航線運營業務、降低成本、創造新的客戶價值和提升運營的安全性。
IIoT的目標不是簡單的實現IT/OT的銜接，而是在此基礎上，為企業級的業務和運營提供數據訪問、分析和預測的綜合信息資產。這些不僅僅適用于B2B模式，也可以應用于B2C為客戶帶來更多的價值，應用于B2B2C模式中則可以推動價值鏈的優化。
啟動IIoT的準備
IIoT項目的規劃及實施與傳統的IT或M2M項目的規劃及實施方法, 二者重要的區別是IIoT項目與企業戰略和合作伙伴體系有密切的關聯。
首先，IIoT是從根本上改變業務本質模式的關鍵能力，包括通過新的洞察方法改進運營流程；基于實時數據支持新的業務模式；通過互聯設備和服務提供新的客戶體驗和交互模式, 因此IIoT項目不能作為一個普通的IT或產品開發項目，IIoT項目應成為企業決策層重要關注點，是CxO層面推動的行動舉措。
其次，企業要回答：“IIoT熱點對我們業務的吸引力到底在哪里？這真的是未來幾年里改變我們業務的最重要力量嗎？或者這只是一些與我們業務毫不相干的變化的領域？”。在大型的、高度多元化的組織中，上述問題的答案在不同的業務單元中將有所不同。對于汽車OEM，問題可能是：“互聯的汽車對我有多重要，它什么時候會影響我的業務？”；一個工業設備公司尋求設計一種集成互聯服務能力的新產品，其問題是：“在整體服務型戰略背景下，聯接設備的具體意義是什么？”。一些企業可能會傾向于聘請管理咨詢公司來回答這些問題，另外一些企業則會根據內部業務知識和經驗，與內部管理體系一起進行決策。許多大型組織已經有了公司戰略和IIoT項目管理流程，并構建了不同類型的CoE和共享的IT平臺。
IIoT項目組合管理貫穿IIoT解決方案的整個生命周期，在不同的階段需要不同的KPI和管理手段。圖4總結了企業進行IIoT機會識別、選擇、優先排序以及根據優先組合定義價值路線圖的流程。其中，對項目組合中的現有機會進行評估和確定新的機會，是持續創新流程中的重要部分。
圖4 IIoT機會識別、選擇及管理流程（來源于2016年的Machine Research）
實現跟蹤監督能力的最佳方式是建立一個傳統的“項目辦公室PMO”，項目辦公室由企業管理層人員、技術專家和專門的業務分析師組成，其任務之一是確保IIoT舉措在遇到問題時能夠進行細化和重新安排，并對IIoT戰略進行優化支持。這些活動由統一的PMO推動，有助于企業內部知識和最佳實踐的共享重用。
結語
在再工業化的浪潮下，工業物聯網IIoT的出現為企業轉變業務模式、實現業務轉型升級、提升和擴展新的核心競爭能力提供了可能。制造業企業現在不是選擇要不要實施IIoT的問題，而是如何從戰略舉措、業務/IIoT融合、實施推進、迭代優化等層面更高效地推動IIoT的問題。
本文參照美國工業互聯網委員會IIC的報告以及其他行業相關研究報告，剖析IIoT的概念和挑戰，并試圖從業務驅動及企業戰略、業務模式創新體系、實施策略等三個層面給出詳細的IIoT實施的體系化說明，以幫助企業構建先進的IIoT實施方法論，減少實施風險，保障項目的成功。
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