【工业互联网】从观望到行动:全球工业物联网市场生态全景观察

以下文章来源于资本实验室 ，作者齐达

目前，5G、物联网、边缘计算、人工智能、机器人、区块链、增材制造和虚拟现实/增强现实等技术正在加速融入工业物联网(IIoT)的沃土，共同推动“第四次工业革命”或“工业4.0”的到来。

在这个勇敢的新世界中，由于传感器、数据网络和关键节点的分析能力，供应链将拥有端到端的透明度，而制造、农业、采矿、能源、交通等行业将为我们提供前所未有的清晰视角，帮助我们不断提高生产、分析、预测和维护的水平。

最重要的是，在IIoT的驱动下，曾经“愚蠢”的机器、设备和整个物理世界将真正实现与数据和虚拟世界的融合。因此，我们看待世界和与世界共存的方式将被彻底改变。

近日，ZDNet发布的一份研究报告对IIoT市场生态做了非常详细的分析，涵盖了IIoT市场规模预测、企业对IIoT的部署动态、产业联盟合作、软件平台对比、企业在IIoT市场的布局、数字双胞胎对IIoT的重要价值等信息。

研究表明，在世界范围内，许多企业已经从观望走向行动。尽管许多IIoT项目仍处于概念验证或实验阶段，但有明显迹象表明，它们将在全面的生产部署中被广泛采用，相关投资将获得回报。

1.1有多大。IIoT市场？

鉴于IIoT核心技术和支撑技术的快速发展，以及各制造企业对跟上数字化浪潮的迫切需求，IIoT市场正在快速增长。那么，这个市场的规模有多大，增长速度有多快？以下是相关机构对未来几年的预测:

研究与市场(2018年5月)

根据2018年5月Research & Markets的预测，到2023年，IIoT市场将达到2140亿美元。

据预测，这个市场的主要赢家可能是能够掌控工业4.0平台的公司，即能够连接各种设备制造商和信息及服务提供商的软件层公司。在这个平台上，其他公司可以建立自己的产品或服务。

市场与市场(2018年6月)

根据Markets & Markets 2018年6月的预测，2018年IIoT市场规模为640亿美元，到2023年将增长到914亿美元，年复合增长率为7.34%。

具体细分领域方面，报告指出，2018-2023年智能信标技术相关的IIoT市场将高速增长；2018年制造业将占据IIoT市场最大份额；农业IIoT市场可能会在2018年至2023年之间以最高的复合年增长率增长；从地区角度来看，亚太地区的IIoT市场将在预测期内以最高的速度增长。

锡安市场研究(2018年7月)

根据Zion Market Research 2018年7月的统计和预测，2017年IIoT市场规模为1458亿美元，到2023年将增长到2321亿美元，复合增长率为8.06%。

根据机构分析，预计相机系统部门在预测期内将以最高的年复合增长率增长；在软件领域，由于配电系统在交通运输和物流中的应用越来越多，一段时间以来对配电系统的需求不断增加；由于先进的机器人技术和云机器人技术在制造实践中的应用，预计制造业的IIoT市场将保持适度增长。

物联网(2018年11月)

根据物联网分析2018年11月的预测，2018年IIoT市场规模将为640亿美元。到2023年，市场将增长到3100亿美元，复合增长率为37%。

预测提出了九大破坏性趋势，可能会从根本上改变现有的工业网络架构、商业模式和技术栈。九个颠覆性趋势中有三个与传统的五层自动化金字塔有关。趋势之一是I/O和PLC硬件绕过传统的自动化金字塔，直接或通过工业网关连接到云端。

IDC(2019年1月)

根据IDC的数据，2019年IIoT市场将达到3290亿美元，据预测，2019年在物联网解决方案上花费最多的行业将是离散制造业(1190亿美元)、流程制造业(780亿美元)、交通运输业(710亿美元)和公共事业(610亿美元)。

在上述机构中，IoT Analytics对全球IIoT市场规模的详细预测如下:

图表: IoT Analytics

整个IIoT市场将从2017年的470亿美元增长到2023年的3100亿美元，年复合增长率为37%。

在物联网分析绘制的12个应用场景中，先进的数字产品开发将成为市场上最大的应用场景，2018年至2023年增长最快的将是增材制造(即工业规模的3D打印)和增强操作。

图表:IoT Analytics

该报告的主要作者马修·沃帕塔(Matthew Wopata)认为:“先进的数字化产品开发将成为工业4.0技术的最大应用场景，因为企业正在使用增材制造、AR/VR和数字孪生技术来降低产品开发成本，缩短上市时间。随着制造商使用工业4.0技术改善其运营关键性能指标，如OEE(整体设备效率)，其他大规模应用场景，如数据驱动的质量控制、预测性维护和数据驱动的资产/工厂性能优化，将继续受到欢迎。工业4.0解决方案的主要供应商非常关注客户的痛点/用例，并确保从工业4.0解决方案中产生的数据驱动的洞察力带来可衡量的改进和切实的ROI。”

2.谁在部署IIoT？

根据工业物联网软件平台PTC的调查数据，美国公司的工业物联网采用率最高(45%)，其次是EMEA(33%%)和亚太地区(22%)。

从行业来看，部署IIoT解决方案的主导行业是工业产品(25%)，其次是电子和高科技(23%)，汽车行业(13%)。

图表:PTC

报告称，“这些行业正在引领物联网技术的实现，因为它们拥有复杂的制造和运营流程，以及高资本设备，并可以受益于物联网解决方案和数据驱动的见解，从而推动更可持续、更具弹性和更高效的流程。”

根据调查，大多数采用IIoT的公司是较大的公司(其中58%的公司收入超过5亿美元)，三分之一(31%)是不到1亿美元的较小公司。

根据PTC的调查，IIoT的具体应用场景包括制造/运营、服务、产品设计和IT，前10大应用场景占总数的70%。

图表:PTC

报告称:“最重要的应用场景是利用物联网形成制造运营智能和运营资产监控。这些智能连接功能可以帮助产品制造商提高产量和生产质量，降低制造成本。”

IIoT部署会产生大量数据，所以需要决定存储和分析数据的最佳位置。

PTC报告指出，工厂和医院出于安全和低延迟响应的需要，可能支持本地部署；对于智慧城市、交通或者油气行业，云的可扩展性更为重要。

根据PTC的调查数据，IIoT本地部署的数量超过了云部署的数量(62%比38%)。

总而言之，PTC说:“物联网不再是一种旁观的技术。企业必须立即行动，否则有落后的风险”，并指出在其调查中83%的IIoT采用者计划在12个月内将其部署从概念验证扩展到全面生产环境。

此外，国际海事卫星组织Inmarsat也在2018年发布了一份研究报告，主要关注IIoT在农业、能源、海事、矿业和交通运输行业的应用(其重点是卫星连接作为支撑技术的作用)。

这项研究采访了来自几个机构的750名受访者。调查数据显示，近一半(46%)的企业部署了IIoT解决方案，其中21%已全面部署，25%处于试用阶段。部署IIoT的主要驱动因素是资源效率、健康和安全的改善以及对环境变化的监控。

数据:Inmarsat /图表:ZDNet

根据调查，采用IIoT的主要障碍首先是技能，其次是缺乏交钥匙/现成的解决方案，以及高于预期的成本和安全问题。其中，缺乏IIoT相关技能的包括安全(56%)、分析/数据科学(48%)和技术支持(42%)。

在安全方面，近三分之二(65%)的受访者认为外部网络攻击、网络安全性差和员工滥用数据是最大的挑战，而他们的IIoT防御能力需要更强。

基于IIoT的转型，数据是关键。Inmarsat答复者将成本节约和效率、生产率监测以及健康和安全改进列为当前与数据有关的问题。

展望未来，受访者表示，更好的决策、更高的内部数据可见性以及对供应链的更多洞察被视为重要的潜在好处。

调查还显示，海事部门在其IIoT部署中最重视卫星通信(Inmarsat的核心业务)。在受访者使用的其他连接技术中，RFID和蓝牙LE处于领先地位。

四分之一的Inmarsat受访者希望在未来三年内将超过10%的IT预算用于IIoT解决方案。他们也期望自己的投资能有不错的回报:“预计到2023年，成本降低10%，营业额增长5%”。

 数据:Inmarsat /图表:ZDNet

为了评估IIoT解决方案的准备程度，Inmarsat就六个关键领域（采用，安全性，连接性，技能，数据和投资/ROI）对受访者进行了评分，并将其划分为不同类别（落后者，初学者，进步者和领导者）。结果显示，海运和运输部门在IIoT应用准备方面处于领先地位，能源部门次之。

数据:Inmarsat /图表:ZDNet

最近，Inmarsat宣布与微软达成合作协议，将前者的卫星通信网络与后者基于云的Azure物联网中心平台相结合。无论在哪里，IIoT基础设施生成的数据都会通过卫星传输到Azure IoT Central进行分析。Inmarsat表示，此次合作将首先聚焦于农业、矿业、交通和物流行业的IIoT解决方案。

3.技术的融合和两大联盟的结合

目前，为了推动IIoT的发展和应用，许多企业成立了与IIoT相关的行业组织。其中，最著名的是工业互联网联盟(IIC)和OpenFog联盟。

工业互联网联盟(IIC)的目标是在五个方面加快工业互联网的发展:(1)利用现有和新创建的用例及测试平台进行实际应用；(2)提供最佳实践、参考架构、案例研究和标准要求；(3)影响互联网和工业系统全球标准的制定；(4)通过公开论坛促进分享和交流想法、做法、经验教训和见解；(5)围绕新的和创新的安全方法建立信心。

开放雾联盟(Open Fog Alliance)的成立旨在推动雾计算，解决物联网、5G和AI应用相关的带宽、延迟和通信挑战。其目标是:“我们的努力将定义分布式计算、网络、存储、控制和资源的架构，以支持物联网边缘的智能，包括自主和自我感知的机器、设备和智能实体。联盟成员还将确定和开发新的运营模式。最终，我们的工作将有助于实现和推动下一代物联网。”

2019年1月31日，上述两家联盟宣布合并。

根据该联盟的合并声明，“该组织将在IIC框架下共同努力推动工业互联网的发展，包括制定和推广行业指南以及fog和边缘计算的最佳实践。”

可以说，两个联盟的合并标志着IIoT领域多项技术的融合和共同发展。

物联网分析(IoT Anaytics)还列出了其他与物联网相关的重要机构，包括Plattform Industrie 4.0、Labs Network Industrie 4.0、OPC基金会、工业数据空间协会、巴登符腾堡CyberValley、物联网技术开发和应用中心、美国制造。

4.也就是强者4。IIoT软件平台？

IIoT代表了运营技术(oT)和企业IT系统的集成，其潜在的好处是改善资产管理和运营可视化。IIoT软件平台需要与企业系统连接才能实现这些优势，同时需要保证运行的安全性。

那么，IIoT软件平台的竞争格局是怎样的，各厂商各自的优势是什么？

在2018年5月Gartner发布的第一份IIoT魔力象限中，提出了“该产品必须同时部署为云IIoT平台和本地”的要求。这引起了人们的注意，因为几家拥有“与IIoT相关的重要品牌资产”的公司，包括博世、通用电气数字、微软、施耐德电气和西门子，由于缺乏本地部署的组件而被排除在考虑范围之外。

Gartner解释说:“IIoT平台的本地部署是信任形成的起源。”此外，Gartner在这份报告中还提出了一个战略规划设想:到2020年，结合边缘计算的本地物联网(IoT)平台将占到工业物联网(IIoT)分析技术的60%之多，而今天还不到10%。

正因为如此，在这个魔力象限中，仍然缺少“挑战者”和“领导者”，PTC、SAP、日立被归为“远见者”，IBM、Software AG等8家供应商被归为“小众企业”。

图表:Gartner

Gartner认为，PTC的优势在于其在生命周期管理(PLM)、计算机辅助设计(CAD)和服务生命周期管理(SLM)方面的核心应用。SAP的Leonardo最适合希望将IT/OT与SAP的物联网应用、资产智能网络和传统行业应用相结合的SAP客户；日立Vantara的Lumada平台最适合涉及日立设备的工业环境。

另一家研究机构Forrester 2018年第三季度的研究报告与上述研究有所不同。

Forrester认为IIoT软件平台必须做好五件事:(1)建立工业机械和数字系统之间的连接；(2)保护物联网设备和数据免受攻击；(3)控制物联网设备的配置、维护和运行；(4)将数据转化为及时且相关的见解和行动；(5)创建应用程序并将其与企业系统集成。

Forrester还表示，IIOT的未来是公共云:“关于提供与远程位置的连接的实际考虑，以及对初创云计算提供商的安全性、功能和可信度的普遍怀疑，导致工业物联网的早期进入者投资建设自己的数据中心网络。那些日子已经过去了。所有接受评估的供应商都保留了在私有数据中心部署的能力，但未来的方向是明确的:他们和他们的客户都将转向云。”

自2016年Forrester首次评估物联网平台以来的其他变化包括:现代API支持的用户界面；分析，加上机器学习和人工智能，作为核心组成部分；其他企业系统(ERP、CRM、服务台)的数据流增加；数字结对，结合增强现实；专注于预测性维护等用例的解决方案。

Forrester评估了15家供应商，包括亚马逊网络服务、Atos、博世、C3物联网、思科、GE Digital、日立、IBM、微软、甲骨文、PTC、SAP、施耐德电气、西门子和Software AG。

根据上述公司提供的产品、战略和市场份额，Forrester将IBM、C3物联网、微软、SAP和PTC列为工业物联网软件平台的领导者。

图表：Forrester

根据Forrester的分析，IBM的Watson物联网平台可以提供“广泛的分析，具有特定行业和服务的专业知识”；C3物联把事务管理留给合作伙伴，和分析区分开来；微软的Azure IoT提供云基础设施支持，以及开发工具、高级分析、增强现实(HoloLens)和边缘计算等更多功能；SAP的莱昂纳多围绕物联网，兼顾机器学习、区块链、大数据等其他数字创新技术；PTC将设备连接强度与增强现实视觉相结合。

5.竞争群体的生态

基于广阔的应用场景和强劲的增长潜力，IIoT自然成为一个竞争激烈的市场。同时，许多公司通过竞争和合作参与整个IIoT生态系统的建设。

在IoT Analytics发布的《工业4.0与智能制造2018-2023》报告中，该机构梳理了300多家工业物联网领域的产品和服务公司。

报告将这些公司分为两类:“连接工业建筑模块”供应商和“其他工业4.0支撑技术”供应商。

图表:IoT Analytics

其中，分析和连接硬件公司在“构建模块”类别中的数量最大，分别为50家和44家；而增材制造（工业3D打印）和AR/VR技术服务商数量则在“支持技术”类别中数量领先。

数据: IoT Analytics / 图表:ZDNet

在每个细分领域，代表公司包括:微软(托管)；微软、通用电气、PTC、西门子(IIoT平台)；摄取(分析)；英伟达(微芯片)；Festo(传感器)；HMS(连接硬件)；Claroty(网络安全)；埃森哲(系统集成)；通用电气(增材制造)；Upskill(增强现实和虚拟现实)；ABB(协作机器人)；Cog(连接机器视觉)；PINC(无人机)；Clearpath机器人(自动驾驶[物资运输]车辆)。

6.数字结对:一项重要的新兴技术

如前所述，包括5G、边缘计算、人工智能和分析、机器人、区块链、增材制造和VR/AR在内的许多新兴技术正在为采用IIoT解决方案创造合适的条件。

除了上述技术之外，特别值得一提的是，数字结对可以定义为真实世界实体或过程的虚拟表示。在数字孪生的帮助下，通过在软件中对实际“事物”进行建模，并提供实时传感器数据，工程师可以避免潜在的问题，并使用模拟技术来优化性能。

近年来，业界和媒体对数字双胞胎的关注度越来越高。在Gartner的2018新兴技术炒作周期曲线中，数字双胞胎已经处于预期扩张期的顶峰。

英国创新组织Catapult通过对150名工程师的调查，发表了一份关于数字孪生技术的报告，探讨了沉浸式数字孪生的可行性和可能的价值。

根据调查结果，受访工程师认为数字结对的前几个关键组成部分是实物资产、实时和离线数据集、3D表示和实时模拟。

数据:Catapult-Reboot Online / 图表:ZDNet

谈到数字孪生在产品生命周期中的价值，工程师们认为该技术在维护、修理、操作和制造过程中的应用价值最重要，其次是仿真和质量控制。

 数据:Catapult-Reboot Online / 图表:ZDNet

Reboot Online进一步分析了该报告的数据，其董事总经理娜奥米·阿哈尼(Naomi Aharony)表示，“我们正处于一个技术快速发展的时代，处于前沿的是数字双胞胎的崛起和发展。”

Aharony还补充道:“由于这项技术可以覆盖物理系统、流程或产品的整个生命周期，因此它为企业提供了一个强大的分析工具，可以全面评估关键绩效指标，并提供关于可以在哪些方面进行增强的见解。从长远来看，从数字结对中获得的经验和建议将为创新和增长带来各种机遇。”

未来智能实验室的主要任务包括:建立AI智能系统的智商测评体系，开展国际人工智能的智商测评；开展互联网(城市)云脑研究计划，建设互联网(城市)云脑技术和企业图谱，服务于提升企业、行业、城市的智能化水平。