2012年德國(guó)政府制定并大力推行工業(yè)4.0，強(qiáng)調(diào)工業(yè)4.0的特征是工業(yè)自動(dòng)化和信息的緊密結(jié)合，是建立在物理信息系統(tǒng)（即“Cyber Physical System”，簡(jiǎn)稱(chēng)“CPS”）的基礎(chǔ)之上的，這就為智慧工廠(chǎng)的實(shí)現(xiàn)指明了一條具有現(xiàn)實(shí)可行性的途徑。德國(guó)專(zhuān)家和教授基于制造立國(guó)和制造強(qiáng)國(guó)的理念，把CPS運(yùn)用于生產(chǎn)制造CONTROL ENGINEERING China版權(quán)所有，提出了CPPS，即信息物理生產(chǎn)系統(tǒng)，智慧工廠(chǎng)就是以CPPS為模型進(jìn)行構(gòu)建的。

　　然而完善的智慧工廠(chǎng)不可能一蹴而就，而是一個(gè)漸進(jìn)發(fā)展的過(guò)程，最早實(shí)現(xiàn)的一定是基于目前的基礎(chǔ)而又朝著這個(gè)方向發(fā)展的初始階段。那么，什么是智慧工廠(chǎng)的支撐技術(shù)？生產(chǎn)制造過(guò)程又如何采用聯(lián)網(wǎng)嵌入式系統(tǒng)？

　　技術(shù)引領(lǐng)發(fā)展

　　工業(yè)4.0的目標(biāo)是生產(chǎn)制造系統(tǒng)的數(shù)字化和虛擬化、將虛擬工廠(chǎng)與實(shí)際的對(duì)象結(jié)合起來(lái)、全面的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的信息通信、自配置和自矯正的適應(yīng)能力以及使機(jī)器能集成人的作用。西門(mén)子工業(yè)領(lǐng)域首席執(zhí)行官魯思沃教授于2014年7月10日在北京的演講中指出，工業(yè)4.0的三大支柱是MES、虛擬與現(xiàn)實(shí)的結(jié)合和CPS，這也是智慧工廠(chǎng)的支撐技術(shù)。作為智慧工廠(chǎng)三大支撐技術(shù)之一的CPS，由美國(guó)科學(xué)家于2006年提出，則相當(dāng)于物聯(lián)網(wǎng)的另一種表述。與物聯(lián)網(wǎng)相比，CPS最顯著的特點(diǎn)是強(qiáng)調(diào)物理過(guò)程與信息間的反饋。

　　智慧工廠(chǎng)要實(shí)現(xiàn)，最關(guān)鍵的是工業(yè)制造技術(shù)和工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)，這是實(shí)現(xiàn)智慧工廠(chǎng)的必要條件。在智慧工廠(chǎng)的三大支撐技術(shù)中，MES的作用更加重要。近20年來(lái)，MES系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大致經(jīng)歷了四個(gè)階段的演進(jìn)。第一代MES功能比較單一，按工業(yè)特定要求的應(yīng)用；第二代MES則集合了多種應(yīng)用軟件；第三代MES又納入了運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)OMP；而第四代MES將是基于知識(shí)、基于優(yōu)化、基于指標(biāo)、基于數(shù)據(jù)、基于約束的，且具有實(shí)時(shí)、敏捷、柔性和可組態(tài)等特性。MES的發(fā)展趨勢(shì)是對(duì)各種軟件更加高效的整合，這也是MES所面臨的新挑戰(zhàn)。

　　當(dāng)前，制造廠(chǎng)的生產(chǎn)需求超過(guò)傳統(tǒng)MES的應(yīng)用。由于各種工廠(chǎng)IT軟件的運(yùn)行環(huán)境對(duì)應(yīng)了多種不同的數(shù)據(jù)模型、循環(huán)周期以及定義，我們很難對(duì)這些實(shí)質(zhì)上針對(duì)同一生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)過(guò)程、卻又分散得出的相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總及分析，從而做出有助于提高效率的決策。首先一種高效的平臺(tái)應(yīng)該首先能夠?qū)ζ髽I(yè)決策提供可視性支持；其次，能夠涵蓋生產(chǎn)商所需的所有功能，并且將生產(chǎn)的方方面面統(tǒng)一起來(lái)，包括價(jià)值鏈、生產(chǎn)周期以及價(jià)值周期；最后，能夠?qū)蝹€(gè)或多個(gè)系統(tǒng)納入商業(yè)流程中，優(yōu)化生產(chǎn)線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)公司目標(biāo)。

　　智慧工廠(chǎng)急需開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)主要有以下六個(gè)方面：第一，滲透在生產(chǎn)制造和管理各個(gè)環(huán)節(jié)的IT技術(shù)及其集成，包括工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐技術(shù)、分布式云計(jì)算的工業(yè)實(shí)現(xiàn)、基于Web2.0的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、物理信息融合系統(tǒng)的工業(yè)實(shí)踐；第二，垂直集成和橫向集成的工業(yè)信息技術(shù)，包括基于互聯(lián)互操作的設(shè)備集成工業(yè)以太網(wǎng)整合技術(shù)、機(jī)器與機(jī)器之間的通信（M2M）、基于統(tǒng)一架構(gòu)（OPC UA）的垂直集成語(yǔ)義互操作性的實(shí)現(xiàn)技術(shù)等；第三，軟件技術(shù)，包括面向分布式自動(dòng)化的各類(lèi)高效可靠的模塊化軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)、應(yīng)用于分布式自動(dòng)化中的SOA和多智能體系統(tǒng)的軟件技術(shù)等；第四，機(jī)電功能模塊的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和實(shí)踐；第五，下一代工業(yè)輔助系統(tǒng)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)，包括基于增強(qiáng)實(shí)境技術(shù)的先進(jìn)工業(yè)輔助系統(tǒng)、機(jī)器人和操作員協(xié)同等；第六，標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)。

　　逐漸升溫的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)

　　近兩年物聯(lián)網(wǎng)在世界范圍內(nèi)逐漸升溫，歐美領(lǐng)先公司都在物聯(lián)網(wǎng)的工業(yè)應(yīng)用方向上投入了巨額資金，盡管打著各種旗號(hào)，但不論是IBM的“智慧地球”、CISCO的“萬(wàn)物網(wǎng)”（internet of Everything）、GE的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”，還是德國(guó)的工業(yè)4.0，無(wú)不將重點(diǎn)放在了開(kāi)發(fā)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的解決方案及其業(yè)務(wù)模式上。2008年，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)在中國(guó)政府主導(dǎo)下升溫，但并沒(méi)有在應(yīng)用上取得大的突破。從技術(shù)上看，物聯(lián)網(wǎng)炙手可熱，是因?yàn)樗枰募夹g(shù)基本上已經(jīng)或正在商業(yè)化，并不要求進(jìn)行實(shí)質(zhì)上的突破，且已經(jīng)建立了經(jīng)過(guò)深思熟慮的參考架構(gòu)，頗具吸引力的應(yīng)用案例正在開(kāi)發(fā)。例如，用物聯(lián)網(wǎng)把“數(shù)字操作纜”加入到現(xiàn)有的工業(yè)系統(tǒng)中的技術(shù)正在走向市場(chǎng)。

　　聯(lián)合國(guó)工業(yè)發(fā)展組織的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)是世界上工業(yè)門(mén)類(lèi)最為齊全的國(guó)家。我國(guó)有超大的制造業(yè)生產(chǎn)能力，目前制造產(chǎn)值居于世界第一位，這為我國(guó)對(duì)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)分析需求和發(fā)展?jié)摿?chuàng)造了巨大的機(jī)會(huì)。但是目前，業(yè)界對(duì)于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)還不曾形成廣泛共識(shí)，從整體上看，業(yè)界對(duì)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)與現(xiàn)實(shí)制造生產(chǎn)的距離方面存在爭(zhēng)議，沒(méi)有取得普遍的共識(shí)，業(yè)內(nèi)人士對(duì)其可行性和現(xiàn)實(shí)性也存有疑惑；同時(shí)，業(yè)界仍然在討論、探求利用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的新技術(shù)實(shí)現(xiàn)工業(yè)轉(zhuǎn)型和改造的成功途徑和方法。

　　《中國(guó)制造2015》規(guī)劃提出，我國(guó)制造業(yè)要從單純性生產(chǎn)型向服務(wù)型轉(zhuǎn)變。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)分析正是面向服務(wù)型生產(chǎn)企業(yè)強(qiáng)有力的技術(shù)工具。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和移動(dòng)通信技術(shù)在我國(guó)起步不晚，有很多的積累和應(yīng)用，許多基礎(chǔ)設(shè)施和技術(shù)都可以為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)提供便利。數(shù)據(jù)是經(jīng)過(guò)挖掘和前期處理的有用信息，而大數(shù)據(jù)又是許多小數(shù)據(jù)的集合，需要進(jìn)行全局的綜合優(yōu)化去指導(dǎo)和引領(lǐng)生產(chǎn)和市場(chǎng)活動(dòng)，其中，能否提供高效有針對(duì)性的大數(shù)據(jù)分析非常關(guān)鍵。

　　物聯(lián)網(wǎng)常被看作是一種同質(zhì)化的實(shí)體，從更高的層次上看，物聯(lián)網(wǎng)可以細(xì)分為人用物聯(lián)網(wǎng)、商用物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)集成了足夠多，且?guī)в袀鞲衅骱蛙浖奈锢頇C(jī)械裝置。在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的設(shè)備和裝置之間的通信被處理為小數(shù)據(jù)，當(dāng)小數(shù)據(jù)集結(jié)起來(lái)，他們便成為大數(shù)據(jù)的一部分。

　　現(xiàn)今物聯(lián)網(wǎng)處在一種較為無(wú)序的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，沒(méi)有一個(gè)得到各方面一致認(rèn)同的標(biāo)準(zhǔn)體系、標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)和標(biāo)準(zhǔn)接口。多種通信技術(shù)都在使用，市場(chǎng)上出現(xiàn)了許多嵌入式智能技術(shù)、傳感器和執(zhí)行元件，同時(shí)各種物聯(lián)網(wǎng)的研究和開(kāi)發(fā)活動(dòng)都還在進(jìn)行中。

　　廣泛而分散的領(lǐng)域都在按照各自特定的目標(biāo)和機(jī)會(huì)開(kāi)發(fā)物聯(lián)網(wǎng)。譬如健康關(guān)懷、智能制造、智慧城市、物流、智能家居、智能能源、零售和智能運(yùn)輸。他們都有各自的要求，不過(guò)也有著一些共同點(diǎn)和共通之處。尋找不用領(lǐng)域中物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的共同和共通之處，就是我們下一步需要探索的工作。