3.2 技术融合与交汇
3.2.1 应用层
智能制造与物联网的结合可以催生出许多应用，其中工业互联网技术、大数据、CPS等是其核心应用。
1. 工业互联网技术
工业互联网网络是构建工业环境下人、机、物全面互联的关键基础设施。通过工业互联网网络可以实现工业研发、设计、生产、销售、管理、服务等产业全要素的泛在互联，对于促进工业数据的开放流动与深度融合、推动工业资源的优化集成与高效配置、支撑工业应用的创新升级与推广普及具有重要意义。
工业互联网技术是智能制造的核心支撑技术，工业互联网操作系统与云平台是实现两化融合（工业化和信息化）的自主可控的核心平台技术。基于工业物联网和CPS技术，承载大数据和人工智能，实现对工业流程软件定义，在自主可控和安全可信的保障下，实现技术超越和换道超车，构建中国自己的工业控制体系。
2. 大数据
近年来“物联网”和“大数据”是两个备受瞩目的话题。在物联网的概念中，有关任何开和关切换到网络的设备皆会彼此连接，这包括了手机、咖啡机、洗衣机、耳机、台灯及可穿戴的设备，很多物品都属于这个范畴。大数据是指大量的数据，它是非结构化和没有组织性的，指的是不断增加的数据，且需要收集、储存、管理和分析的技术。这是一个复杂的和多层面的现象，影响到人员、流程和技术。从技术的角度来看，大数据整合了组织、管理、分析和显示数据。基于物联网的新大数据结构弥补了传统系统中的不足之处，但也增加了整体的复杂性。这种技术使公司能够分配数据的储存与数据的分析，并分析有效性以及辨识模式、趋势等。公司不仅能够进行历史分析和回馈导向的报告，同时也期待着，预测商业的见解，从而积极支持未来的决策。多数专业系统需要处理不同的需求和方法。特别是对于物联网而言，M2M和传感器的数据，因为数据的实时处理和分析是必要的，而且传统系统无法提供其所需，所以内存和流动式数据库的应用程序是不可少的。大数据的技术结构以专业技术为主轴可以分为6个不同的重点领域：数据储存、数据存取、数据整合、分析处理、视觉和数据管理。
3. 信息物理系统
信息物理系统（Cyber-Physical Systems，CPS）通过集成先进的感知、计算、通信、控制等信息技术和自动控制技术，构建了物理空间与信息空间中人、机、物、环境、信息等要素相互映射、适时交互、高效协同的复杂系统，实现系统内资源配置和运行的按需响应、快速迭代、动态优化。
信息物理系统是一个综合计算、网络和物理环境的多维复杂系统，通过3C（Computer、Communication、Control）技术的有机融合与深度协作，实现大型工程系统的实时感知、动态控制和信息服务。CPS实现计算、通信与物理系统的一体化设计，可使系统更加可靠、高效、实时协同，具有重要而广泛的应用前景。2013年德国《工业4.0实施建议》将CPS作为工业4.0的核心技术，并在标准制定、技术研发、验证测试平台建设等方面做出了一系列战略部署。CPS因控制技术而起、信息技术而兴，随着制造业与互联网融合迅速发展壮大，正成为支撑和引领全球新一轮产业变革的核心技术体系。作为计算进程和物理进程的统一体，CPS是集成计算、通信与控制为一体的下一代智能系统。CPS通过人机交互接口实现与物理进程的交互，使用网络化空间以远程的、可靠的、实时的、安全的、协作的方式操控一个物理实体。CPS包含了将来无处不在的环境感知、嵌入式计算、网络通信和网络控制等系统工程，使物理系统具有计算、通信、精确控制、远程协作和自治功能。它注重计算资源与物理资源的紧密结合与协调，主要用于一些智能系统上，如设备互联、物联传感、智能家居、机器人、智能导航等。
3.2.2 网络层
目前，数据采集技术主要受两个方面的制约：一是部分机器没有数据接口；二是存在大量异构的通信规范。与此同时，还要考虑工业发展的惯性，不能完全采用新旧技术彻底更替的办法来解决这两方面的问题。所以，工业社会必须要有这样的技术，在没有数据接口的机器上能够增加数据接口（包括传感器），在异构通信规范之间采用全兼容的数据采集技术。
工业互联网是实现设备、产品、人等互联互通的多种异构网络的集中组网，是网络的网络。工业互联网中的异构网络既包括RFID、蓝牙、ZigBee、Wi-Fi、蜂窝网等适用于不同通信距离、具有不同通信协议的无线通信网络，也包括基于TCP/IP协议的互联网和专用协议局域网等有线网络。不同异构网络间在网络架构、参考框架、数据结构、应答机制、寻址方式等通信协议内容方面具有较大差异。如果异构网络间的融合问题解决不了，那么工业大数据的交互、存储和挖掘等都将受到限制，产品全生命周期的增值服务也会受到影响。因此，需要明确异构网络间网关的转接机制，建立一个能够融合不同异构网络的、统一的工业互联网架构体系。
在智能制造的应用中，利用工业互联网技术实现的通用网关是提供这种全兼容技术的产品。在工业互联网技术体系中，通用网关属于边缘计算的一部分，这是与传统互联网明显不同的地方。每一种通信协议都对应着通用网关中的一种通信驱动。一项新的技术是把通信数据包交给通用网关中边缘计算来处理，以便分解出有效的信息。这将极大地降低通用网关的通信处理开发成本，提高通用网关数据采集的灵活性。边缘计算的另一个用途是对采集的数据进行必要的处理，以减轻云平台的计算压力。同时，多个边缘计算构成的雾计算，也是工业互联网的重要组成部分。
考虑到互联网通信的不确定性，还需要在通用网关中增加断网续传的功能，以保持数据的完整性。除此之外，还需要关注数据的实时性和同步性问题。这些特性一般能够通过调整通信的请求周期和标记数据的时间戳来确定。显而易见，通用网关是数据采集的重要设备，它在整个工业互联网中构成了一个庞大的通信节点系统，对于整个工业互联网的运行有着非常重要的影响。为此，需要一种有效的网络工具，用于管理这样的通信节点系统，对它们的运行状态、采集数据更新、采集周期等状态进行监控，同时也能对相应的软件维护、节点参数、接口配置等进行动态的调整。
云控制是工业互联网很重要的一项功能。但是，目前工业互联网的关注点主要集中在数据的处理和信息的管理方面。事实上，由于工业互联网中的云平台能够综合更多的数据，因此它不仅可以对企业的管理过程提供重要的决策，而且可以对机器的控制过程提供更优的指令。云机器人和能源互联网都属于云控制的典型应用。人工智能的技术需要强大的计算资源支持，而这只有在云计算环境中才能得到满足。只有当强大的云控制功能和强大的数据采集功能结合在一起时，工业互联网才能具有真正强大的支配机器的能力。一般情况下，工业互联网的云平台是按照PaaS架构进行设计的。云控制可以利用这方面的计算资源进行智能控制、资源调度、优化决策，以及多个生产过程的协同作业等方面的计算处理，从而为机器的先进控制提供最优的设定值。云控制需要解决的关键技术问题是互联网通信的不确定性造成的数据通信延迟补偿，如何让复杂算法的编辑、编译和基于工业互联网的动态调试过程变得更加简单和直观。工业App提供的可视化能力，也为云控制技术的工程应用提供了有力支撑。另外，云控制需要边缘计算的协同。边缘计算一方面为云控制提供数据通信的通道，另一方面也为云控制过程提供安全保障。随着工业互联网技术的快速发展，云控制将逐步成为工业领域中最重要的一种生产技术。
3.2.3 感知层
智能制造旨在将专家的知识和经验融入感知、决策、执行等制造活动中，赋予产品制造在线学习和知识进化的能力，实现高品质制造。在感知层，目前关键技术包括RFID、智能传感器及二维码识别等。
1. RFID技术
射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）技术是一种非接触类型的自动识别技术，其主要是利用无线电磁信号传输特性和空间耦合（包括电磁或电感耦合）原理，来完成对目标物体的自动识别过程。
RFID是一种先进的非接触式射频自动识别技术，识别距离远、速度快、抗干扰能力强，具备多目标同时识别等优点。另外，RFID标签具有条形码所不具备的优点，如防水、防磁、耐高温、寿命长、读取远，数据可更改、可加密、存储量大等。在智能制造的物联网系统中，通过建立产品与设备、设备与设备、人与设备之间的连接，实现和加强产品、设备和人的自主性和自优化性，从而显著提高生产效率和生产柔性。同时，工业4.0生产制造的智能产品，通过物联网技术，将产品联接到互联网上，应用大数据和其他IT技术，可以将企业的商业模式从产品驱动转变为数据驱动，从销售产品转变为销售服务，提升并改善用户体验，从而实现业务模式的革新。借助RFID技术在识别、感知、联网、定位等方面的强大功能，将其应用于复杂零件制造过程管理，可以提升产品智能化形象，提高产品设计、生产、销售、售后、维修全程的质量和服务水平，实现产品全生命周期，有效提升其制造效率和品质。利用RFID电子标签实时数据采集，传输至管理系统挖掘关键信息，对企业整体业务流程进行全程记录。
2. 传感器技术
传感器处于物联网的感知层，是物联网的一个基础层面，也将是物联网设备数量最多的构件。追溯全球传感器产业的起源，都是从工业自动化开始的。从20世纪70年代开始，为了提高工业生产和制造效率，人们开始尝试通过中央控制室控制各个生产节点上的参量，包括流量、物位、温度和压力4个参数，从而催生了传感器这一科学仪器。在传感器概念出现之前，早期的传感器是以整套仪器中一个部件的形式出现的；或者可以认为，传感器概念的出现其实是测量仪器逐步走向模块化的结果。
目前国内的传感器技术研发还面临着两个瓶颈。其一，因为传感器属于基础部件，存在着一个特性，即本身技术含量很高，但是售价却比较低廉，更大的作用是作为一种产业铺垫，需要和其他部件配套使用，才能最终形成价值，这在客观上减少了企业研发的热情；其二，国内对于传感器的技术保护并不到位，很多时候企业投入了巨资研发的产品，很容易被其他企业“借用”，这从客观条件上也不利于中国传感器产业的形成。当前，在全球范围内，新材料的运用和成本的不断降低，给中国企业发展传感器产业实现迎头赶超提供了最好的契机。原子材料、纳米材料等使传感器在电器、机械及物理性能方面表现更为突出，展现出更强的灵敏性。集成化、小型化使更多的功能被集成在一起，应用更宽广，通用性更强。传感器技术及工艺的不断成熟与发展，使生产成本降低，这些都在客观上促进了全球传感器产业的飞速发展。未来，传感器必将在更多的领域获得新的应用，从而彻底改变人类的生产生活方式。在工业制造业的任何环节，测控技术必将起到至关重要的提升作用。为了尽快拉近与国外半导体巨头之间的差距，中国的传感器科研单位及生产厂家需要做的工作还有很多。在以工业控制、汽车、通信、环保为重点的服务领域，需要发展具有自主知识产权的传感器技术和产品，从而适应日益扩大的生产需求。今后的传感器技术将会朝着小型化、集成化、网络化、智能化方向发展，加强制造工艺和新型传感器的开发，使主导产品达到和接近国外同类产品水平，中国制造正当其时。
3. 二维码识别技术
智能化数字信息技术充分运用于工业生产制造的各个方面，各类工业制造相关的信息录入及读取全部由中央处理器处理完成，而二维码（QR Code）就是目前这些数字信息的有效载体之一。
二维码又称为二维条码，它是用特定的几何图形按一定规律在平面（二维方向）上分布的黑白相间的图形，是所有信息数据的一把钥匙。二维码可以存储各种信息，具有高密度编码、信息容量大、编码范围广；容错、纠错能力强；译码可靠性高；可引入加密措施；成本低，易制作，持久耐用的特点。在现代工业和商业活动中，二维码可实现的应用十分广泛，如产品防伪/溯源、广告推送、网站链接、数据下载、商品交易、定位/导航、电子凭证、车辆管理、信息传递、名片交流、Wi-Fi共享等。