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工業技術研究院

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工業技術與資訊月刊

出版日期:

正方形 Icon 觀念探索 Trend

物聯網

譯/以樂

自世界各個角落、數十億台具感應力和溝通力的電腦紛紛連上網路。這對企業來說代表什麼意義?

企業需適應新型態的運算
好幾十億的日常物品紛紛加入網路,企業做好準備了嗎?


科技產業摩拳擦掌地迎接物聯網的到來。物聯網是由嵌入日常物件的微型電腦所構成的運算體系,這些連網的設備可感知並傳遞所在環境的資訊,並以新方法來控制周遭環境。

早在十多年前,科技界已預言此類運算設備將無所不在。「雖然大家對於該如何稱呼此現象爭論不休,但新型態的電腦模式已經浮現,卻毫無疑問。」布勞(David Blaauw)博士說。布勞在密西根大學的實驗室研發比英文字母「o」印刷字體還小的電腦。

物聯網起飛的一大動力是矽晶片無線技術成本驟降至5美元左右。無線電的成本愈低,就有愈來愈多東西能上網,例如汙水管線和垃圾桶等。加州柏克萊大學的研究人員甚至嘗試要在人腦內植入針頭大小的電腦,並且穿越頭骨對外發送資料,希望有朝一日讓人體也能加入物聯網。

在一些殺手級應用上,「電腦搭配感應器」的功能已被加入各式裝置內。譬如,2007年起,美國上路的每輛車都在4個輪胎嵌入晶片,晶片會測量胎壓並傳輸資料至車子的中央電腦。除了輪胎外,晶片還被放入愈來愈多的配備和零件上。美國汽車研究中心(Center for Automotive Research)便估計,一輛普通的新車現在都配有60個微晶片,而電子設備已占一輛車生產成本的40%。

對販售網路設備的企業來說,物聯網所代表的意義格外重大,好比思科(Cisco Systems)。該公司預言,連結通訊網路的物件將在6年內達到500億個;現在則只有100億台連網的手機和個人電腦。另一個可能受惠的產業是產值3,000億美元的半導體業。

但每一波產業變革也總伴隨著痛苦。英特爾(Intel)等龍頭企業正被智慧型手機的快速崛起撞得暈頭轉向。英特爾的晶片運算力和功耗都強,被排除在手機之外。微軟也面臨類似困境。這兩家公司和其他許多的企業一樣,都努力摸索著結合軟體、介面和處理器的方案,期待在下一波對戰中勝出。

這一次,該緊張的不只是科技公司,因為隨著一般產品都可連網,非科技製造商也將涉入過去不熟悉的資訊領域。生產鞋子是一回事,但若要生產一雙會溝通的鞋又如何?

本期《MIT Technology Review》的商業報告把焦點放在物聯網上。我們提出一個關鍵的問題:當萬物互連時,哪些新企業將趁勢崛起?其中一顆閃亮的新星是智慧家用控溫器製造商耐斯特實驗室(Nest Labs)。該公司和電力公司合作從遠端控制家用控溫器,如在天熱時,選擇性地關掉幾台冷氣機,以減少用電量。

Nest的實驗方案的規模還不大,但光靠著網路傳送資料,他們說不定有一天能讓一兩家發電廠關門大吉。也難怪全球最大製造業者通用電氣(GE)的執行長伊梅爾特(Jeff Immelt)在今年的致股東信中寫到:「以後每一家工業製造公司都會是軟體公司。」

微軟研究員貝爾(Gordon Bell)是電腦革命的先驅,他認為現在還沒有人能確切掌握物聯網中電腦運算的真實樣貌。他說:「『物聯網』一詞只代表世界上有更多東西會變成網路的一部分。我們把所在的世界融入電腦。其實物聯網就是愈來愈多電腦的意思。」(Antonio Regalado)

「物聯網」經濟學

經濟學家說,當生活中再尋常不過的東西都能上網時,網路效應即將來襲。

長久以來,製造業為了降低產品價格而爭相打造更大的廠房。但當產品開始「溝通」時,這就涉及另一種經濟學 「網路效應」,即產品價值會隨新增用戶數而增加的一種現象。想想看一個世紀前問世的電話,當打電話的人愈來愈多時,電話對用戶的價值也就愈來愈高,進而衍生出發明人貝爾(Bell)原先未曾想過的龐大商機。

物聯網當道,新平台商機亦將湧現。這也是有些公司求助波士頓大學商學系教授艾爾斯坦(Marshall Van Alstyne)的原因。

艾爾斯坦過去研究過垃圾郵件和社群網路的經濟學,最近則關注「平台經濟學」(platform economics),包括優步(Uber)、蘋果和亞馬遜等成功的原因,以及傳統製造商該如何複製其成功經驗。本刊資深編輯瑞加拉多(Antonio Regalado)訪問了艾爾斯坦。

怎麼判斷一家公司是不是「平台」?
如果你生產價值,你只是一般的產品生產商。但若有你公司之外的新系統產生價值,那就是平台型企業,如蘋果有3成的營收來自外人在它App商店中推出的創新。我所謂的平台是具治理模式的標準,外人可藉此與之連結,並清楚每個人在其中可得到些什麼。平台型企業常扮演「媒合」的角色,如:優步幫私家司機和叫車的乘客進行配對。

把烤吐司機等生活用品連上網,有助於促成新平台的出現嗎?
當然。但光是連網還不夠,還要創造出讓別人想增加價值的理由,這通常代表原開發者必須允許他人重組產品功能。iPhone的功能就被重新排列組合成數十萬種app,遠超過蘋果單打獨鬥所能辦到的。這也是物聯網能發揮功用之處。

能舉個例子嗎?
飛利浦照明為LED燈具加入應用程式介面(API)並對外開放,讓消費者自行設計喜歡的顏色、把落日餘暉的色彩複製到光線顏色上,或打造出會隨股市漲跌更換色調的燈光。這就是物聯網的功力。

你說全球前20大公司有一半,包括谷歌都擁有平台。這些公司的致勝原因是什麼?
「產品」和「平台」相比毫無競爭力。因為產品是獨立的,有一定的創新步調。但若產品是開放的,外人便可增加價值,你也可制定整體生態體系的運作規則,就能大大加快創新。

下一個會出現平台的領域是?
我認為是需要增加互連性的區塊,包括醫療、教育、電網和城市的管理。

最大的挑戰是什麼?
通常是缺乏完善的治理。如,手機的分布情況可用以評估人口密度。這些資料在電信公司手裡,要怎麼說服他們分享資料?目前對物聯網這些面向的討論還太少。我們要有經濟誘因,否則光靠連結性絕對不夠。

小小控溫器 化身兆瓦發電廠

Nest把消費型明星產品變成賣給電力公司的服務。

谷歌在年初以32億美元收購創立於2010年的Nest,正式將物聯網納入版圖。Nest把不起眼的控溫器變成亮眼的連網裝置。分析師預估今年底前,Nest每月將售出10萬個控溫器。

以單價249美元計,這樣的銷量可望帶入大筆營收,但更值得一提的是,自去年5月起,德州奧斯汀(Austin)市的一家電力公司已經請Nest幫忙在遠端調弱用戶家的冷氣強度,以在高電價的盛夏節省電費。

對電力業者來說,這種「需量反應」機制是智慧電網的殺手級應用。若能降低用電尖峰需求,就可避免啟動高汙染又花錢的備用電廠。Nest藉由結合原本各自獨立的電力價格資訊和需量控制,成功辦到這一點。

其實電力公司常採用需量反應來調節商業用電,但直到Nest出現後,需量反應在家戶用電的管理才出現突破。需量反應專家皮耶特(Mary Ann Piette)說:「市面上很多數位化網路控溫器,但只有Nest能建立起與大眾的關連性」。

Nest控溫器在用戶家中大量收集資料。它有動態、溫濕度和光感應器,以及可學習住戶習性的演算法,並且能控管冷暖氣的設定。它還能擷取天氣資訊,讓用戶透過手機或網頁瀏覽器控制系統。
收集資料只是第一步。就像谷歌把對用戶的了解變成提升網路廣告價值的工具一樣, Nest也把客戶資訊轉化為新型態服務並販售給電力公司。「我們可以對電力公司說『你的服務區內已經有很多人在家裡裝Nest了,』」Nest能源產品主管麥格拉翰(Scott McGaraghan)說:「(你們想要的話),我們馬上就能開啟服務」。

奧斯汀能源(Austin Energy; AE)是採用Nest「尖峰回饋金」服務的5家電力公司之一。冷氣占德州夏日用電的一半,龐大的用電量常把當地的躉售電力成本從每百萬度(MWH)不到40美元推高到1,000美元以上。

一年前,AE推出新計畫,只要用戶願意讓他們用Nest或其他品牌的智慧控溫器自動調高冷氣的溫度,就能得到85美元的回饋金。每家控溫器公司可從他們登記的每一個控溫器賺到25美元,第二年後則可從每個控溫器得到15美元。

在AE已註冊的5,500台控溫器中,Nest占絕大多數。Nest表示,當他們提供客戶參與需量反應計畫的選項時,約半數的客戶都會選擇加入。

以去年夏末為例,AE工程師在登入Nest入口網站後簡單按幾個鍵,就把隔天的用電降低近5.7兆瓦。這在動輒消耗2,800兆瓦的奧斯汀主電網中只是九牛一毛,但每一瓦都彌足珍貴。以2013年9月3日來說,溫度上升到攝氏40度,當日電費曾飆高到每百萬度4,900美元。

AE也試過用單向傳輸器來開關冷氣,但由於無從得知客戶是否在家,故無法把冷氣關掉太久。反之,Nest控溫器則建立起每個屋子的熱能模式,並預測溫度多久會升高,也可猜測是否有人在家,因而可省更多電,並減低對住戶的干擾。

AE預測今年夏天還會有更多人加入需量反應計畫,進而省下超過13兆瓦的電,雖然該公司得支付200萬美元回饋金,但仍比為了增加供電容量而新建天然氣電廠來得划算。

AE目前的需量反應管理只涵蓋一年中用電量逼近電網負載極限的50小時內,倘若未來能擴大到尖峰用電的300到400小時,就可以完全削減尖峰,不必再為了補足供給缺口而向昂貴的天然氣電廠購電。依據智慧電網分析軟體業者Integral Analytics的估計, AE藉此可望省下數十億美元的成本。(Peter Fairley)

電燈泡數位大變身

高齡135歲的電燈泡終於與45歲的網際網路相遇。

為了展示網路如何改變了一個無趣的科技產業,飛利浦工程師戴利馬(Shane De Lima)拿起手機朝螢幕一點,一個訊息就被傳到鄰近的無線路由器,再經由無線基地台轉送指令到我們面前LED燈泡裡的晶片。

不一會,會議室頓時變暗。

這看似麻煩的關燈法,卻可能是飛利浦透過網路、軟體、手機應用或其他新式服務來改造照明業務的起點。

網路化照明的開端起源於LED(發光二極體)技術的崛起。LED是從半導體晶片發射光的固態設備,可輕易與感應器、無線晶片和小型電腦共用空間,讓燈具變成可連網的感應器。

例如,飛利浦去年對外開放Hue系列住宅用LED產品的管理軟體。任何人都可下載手機軟體Goldee,為家中打上巴黎餘暉的光彩,或是花2.99美元下載另一款應用程式Ambify,讓燈光隨點唱機裡的音樂閃爍。
這和飛利浦自1891年以來經營的燈泡生意相當不同。該公司室內照明部門的伯恩斯坦(Brian Bernstein)說:「照明技術數位化的趨勢才開始,我們在照明控制、與其他系統整合及資料收集上還有很大的發展空間。」

另一個例子是德勤(Deloitte)位於阿姆斯特丹、將在11月完工的14層區域總部大樓,每個燈具都將嵌入連網的LED燈,它將成為第一個採用飛利浦此類新型照明設備的用戶。

整棟大樓裝有6,500個燈具,各有IP位置和5個感應器,全都只透過乙太網路線連結,並使用「乙太網路供電」(Power over Ethernet)傳輸電力和資料到燈具上。燈具內的光感器可在白天調暗LED亮度,動態感應器則可偵測下方區域,在沒有人時自動關燈。德勤荷蘭分公司資訊長烏伯斯(Erik Ubels)說:「這套系統大大提升控制力,可望減少70%的照明用電。」另外,燈具內還有其他感應器可監控溫濕度、二氧化碳濃度、熱能,儼然把燈泡變成建築管理系統。

LED價格高但也跌得快。亮度等同單價1.25美元白熾燈泡的「傻瓜型」LED幾年前還要價40美元,現已降至9美元(但耗電量僅六分之一,且壽命更長)。飛利浦可連網的Hue LED燈泡在美國一個要價59美元,但降格會再降。飛利浦表示其LED燈泡占其照明設備營收的三分之一;新的LED燈泡中約有1.7%具連網功能。

除此以外,連網LED的新用途也不斷被開發出來。德國杜塞道夫市(Dusseldorf)的一家百貨公司利用LED燈發送的光頻率與消費者的智慧手機互動溝通。還有,飛利浦在巴塞隆納市裝設的街燈甚至能計算路過行人的人數。(David Talbot)

GE的10億美元軟體豪賭

為了守住維修服務的龐大財源,GE投向工業網際網路的懷抱。

為什麼GE要花10億美元發展軟體業務?2004年時,GE還是全球最有價值的企業,但今日的GE已落後蘋果、微軟和谷歌。在軟體當道下,GE驚覺到自己不諳軟體。

一直以來,GE自恃於噴射機引擎和醫療級掃描器的技術優勢,深信旁人無法搶食商機。不過,深諳軟體分析技術的公司,如IBM,只靠著分析振動監控器或測量儀的原始數據,就能預測渦輪機等大型機具的故障率,卻開始讓GE坐立難安。

GE工業設備的年銷售額為600億美元,但該公司最大獲利來源則是這些設備的維修服務。現在軟體公司也想來搶一杯羹,這可是非同小可的事。

2012年時,GE揭櫫「工業網際網路」計畫。在此計畫下,GE在矽谷附近設立新實驗室,雇用數百名程式設計師和資料科學家。

由於工業產業首重可靠性,採用新科技的速度常落在消費者之後。為了說服工業廠商採用工業網路,GE的論點是,只要更廣泛運用分析軟體,就算效率只提高1%,也能帶來龐大的經濟效益。就這樣,GE改變了網際網路發展的討論方向。其他公司還在談汽車、人體和烤吐司機能連網,但這些領域全比不上製造業和工業在全球GDP所占的比例。

這項計畫還有另外一群重要的利害關係人:GE的工程師。對他們來說,作業軟體和控制系統都不是新鮮事,但伊梅爾特賭的是他們有沒有本事改造這些系統。現在,在GE智慧平台部門的李斯理(Lisle)中心,工程師們聚精會神地監控從設在巴基斯坦的風力發電機和一前蘇聯國家的油井所傳來的資料。展望未來,GE打算更全面運用資料來預測設備維修的需求。

不過,GE的難題是無法取得它所出產的機器大部份的資料。目前該公司每天收集約5 TB的資料,只有臉書的百分之一。依據GE今年創立的工業網路聯盟(Industrial Internet Consortium)主席索立(Richard Soley)的講法,工業產業仍受「缺乏網路式思考」所制。一架噴射機有數百個感應器,但只在飛機起飛、著陸和飛航時各採集一次感測資料。索立說:「很不可思議吧?但以前大家就是沒往那方面想,就好像網路革命現在才遇上工業革命一樣。」

GE正努力縮短兩者間的落差。該公司利用Hadoop技術開發出巨量資料分析軟體、挹注1億美元投資雲端運算業者Pivotal,並在Kaggle眾包網上徵召網友設計可優化飛行航線並省燃油的演算法。

GE智慧平台部門總經理安格(Bernie Anger)說,GE想運用網路連結和電腦運算來為機器加入「新行為」,如讓風機隨風向改變而調整方向。他說:「我們搶進巨量資料領域,不是因為想變成谷歌,而是要全面改造製造業。」(Antonio Regalado)

人聯網(The Internet of You)

隨著穿戴式裝置的外型變得更亮眼、功能日益強大,它們將更全面控管我們的生活。

物聯網總讓人想到智慧燈泡和自動門鎖,而隨著大量的智慧手錶、行動追蹤器、頭戴電腦的上市,我們也將變成物聯網的一部分。

雖然緩慢但可確定的是,像是Fitbit和Jawbone這樣的高科技計步器已贏得消費者的心。許多研發人員和企業非常確定穿戴式電腦將成為我們的第二天性,不時從我們身上感應、記錄和發送資料給周邊的網路。

多數穿戴裝置仍缺乏廣大吸引力,妾身未明的谷歌眼鏡便是一例。IDC預測明年全球將生產1,900萬支手錶、腕帶和其他穿戴裝置,遠遠落後於2013年智慧型手機超過10億支的銷量。

穿戴裝置仍在尋求殺手級應用,而物聯網提供了一個可能的出路。如果家中裝有包括門鎖在內的智慧裝置,那麼,手錶或腕帶可能就是最方便控制或傳達我們需求的方法。

生產耳機、音響和健身追蹤腕帶的Jawbone執行長拉曼(Hosain Rahman)說:「你的車應該要知道你昨晚沒睡好,而在你開車時特別留意你的清醒程度,諸如此類 & &我認為穿戴裝置最終將『控制』所有的智慧產品,變成這類裝置的中心。」

Jawbone成立14年,是把穿戴裝置變成一種生活型態的先驅廠商。Jawbone的Up24腕帶可透過低耗電的藍牙射頻,和智慧型手機上的app分享它收集到的用戶資料,進而啟動IFTTT(If This, Then That;若這樣,就那樣)服務。現在它只能做些簡單的事,例如,早上起床時,腕帶會命令連網的暖氣啟動。

類似的概念尚在萌芽,許多公司仍苦於無法讓人有穿戴意願。另一個問題則是能耗,以谷歌眼鏡來說,每次充電只能用幾小時。最耗電的部份通常是無線晶片。其中一個可能的解答來自哥倫比亞大學的「能量採集式連網感應器」計畫(Energy-Harvesting Active Networked Tags; EnHANTs),研究團隊正在研發一種可藉由光或搖動來採集電力的小而具彈性的裝置。在他們即將發表的文章中,描述了當40位身上穿戴一片片感應器的受試者在走路、跑步或休息時,感應器可蓄集到足夠的電力,以每秒1千位元的速率持續傳送資料。這樣的電量雖然不大,但已可供電給個人身分授權或讀取設備溫度等簡單的程式。哥大電子工程教授金格特(Peter Kinget)表示,EnHANTs的連網感應器已可收集足夠電力來無線連結一個感應器和用戶身上的智慧型手機。(Rachel Metz)

矽谷將有物聯網專用的 行動網路

法國科技商專為小型低耗電設備打造無線「慢車道」。

舊金山今年年底將多一個無線行動網路,但那無法改善該市手機訊號不佳的問題,因為它只提供物聯網使用。一家名為SigFox的法國公司表示已選定舊金山灣區做為無線網路的示範區,以證明從煙霧偵測器到狗頸圈的每一種東西都能經濟實惠地連上網路。

手機網路常因通話和影片下載而塞車,若要讓物聯網成真,同樣的功能就得延伸到數十億個物件上。這些物品大多嵌入周遭環境裡、靠小型電池供電。SigFox美國分公司營運總監達西(Luke D'Arcy)指出:「若想讓數十億個物品這樣連結,就需要一個全新型態的網路。」

SigFox的網路將覆蓋舊金山半島從城區末端至矽谷區南邊40英哩的區域。SigFox把設備加在既有的手機基地台和無線電天線上,打造出這個新網路,目前只差取得主管機關的核准即可正式上路。SigFox客戶之一是法國保險公司MAAF,該公司的保戶可在家中安裝煙霧和動態偵測器,當偵測器測到異常事件或需更換電池時,就能透過手機簡訊收到警示。

此網路將利用常用於室內無線電話通訊、無須授權的915兆赫的頻率區段。連上SigFox網路的物件的耗電量必須極低,只能以每秒100位元傳送資料 傳輸速度還不到手機網路的千分之一,但這樣的速率對許多物聯網的應用來說已堪用。

同時,英特爾和博通(Broadcom)等半導體廠商亦爭相開發更便宜、更小、耗電更低的無線晶片,並已在今年的國際消費電子展(CES)上展示其在「微型電腦」研發成果。每個SigFox基地台在鄉間的服務半徑可達數10公里,在城市則有5公里。連上這個網路的設備需具單價約1到2美元的可相容無線晶片,客戶則得每年為每個裝置支付1美元的服務費。

SigFox首先希望吸引灣區的關注,之後再把服務拓展到其他地區。根據CB Insight的調查,灣區創投業者去年共挹注近10億美元投資新成立的物聯網科技公司。舊金山某一區甚至因匯聚了諸多物聯網新創公司,而贏得「物聯網鎮」(IoT Town)的雅名,其中一家企業為曾獲600萬美元創投注資的狗健身項圈製造商Whistle。

Whistle執行長傑各布斯(Ben Jacobs)表示,其項圈經由藍牙或家用Wi-Fi網路路由器與手機溝通。只要用戶能隨時隨地不中斷的連網, Whistle就能推出更多的服務,如發送走失寵物的定位訊號等,但由於透過傳統手機網路連結項圈的成本太高,目前還行不通。

SigFox急著在競爭對手出現前布署好網路。無線顧問公司Mobius Consulting首席顧問夏隆尼(Jacob Sharony)表示,大型無線網路公司也紛紛規畫布建機器專用的網路,而這些網路的傳輸速度可能會更快。高通(Qualcomm)等美國大廠已表態支持一種新的長程、低功率Wi-Fi標準,預計將在2016年問市。「即便這標準有些晚才加入戰局,但仍將極具競爭力,」夏隆尼說。(Tom Simonite)

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