過去10年，數字計算和通信的迅猛發展，使得以新型傳感器、智能控制系統、工業機器人、制動化成套設備為代表的智能製造產業得到高速發展。其中3D打印機是數字化代表，機器人是智能化代表。
互聯網的再次發展，使得未來是“產業互聯網”的時代，互聯網將改變每一個產業、組織乃至整個社會。產業互聯網所代表的跨界融合成為總的發展趨勢，從最早的零售業到如今的金融、醫療、可穿戴、在線教育、在線旅遊以及生活服務的方方面面，傳統硬件領域也將被改變。近些年來，從智能手機發展到智能手錶、智能眼鏡，以及物聯網下的智能家居，智能硬件產業格局從發端到發展，已經形成巨大的浪潮。產業互聯網與智能硬件融合，更醞釀著商業模式顛覆與生活方式的變革，從而使得智能製造、智能服務等多新型行業得以出現和發展。
智能製造，是面向產品全生命週期，實現泛在感知條件下的信息化製造，是高度網絡連接、知識驅動的製造模式。智能製造優化了製造行業的全部業務和作業流程，可實現可持續生產力增長、高經濟效益目標。並且，智能製造結合信息技術和工程技術，從根本上改變產品研發、製造、運輸和銷售過程。智能製造技術是在現代傳感技術、網絡技術、自動化技術、擬人化智能技術等先進技術的基礎上，通過智能化的感知、人機交互、決策和執行技術，實現設計過程、 製造過程和製造裝備智能化，是信息技術、智能技術與裝備製造技術的深度融合與集成。智能製造，是世界範圍內信息化與工業化深度融合的大趨勢，愈加成為衡量一個國家和地區科技創新和高端製造業水平。
智能製造的發展和智能硬件緊密結合，智能硬件是傳統設備產業基於產業互聯網發展的新階段。智能硬件技術使傳統的製造裝備和各種家電、醫療設備具有了信息的採集、分析和執行的能力，通過軟硬件結合的方式，對傳統設備進行改造，形成了智能裝備和智能產品。智能化之後，硬件具備連接的能力，實現互聯網服務的加載，通過與網絡互連、移動計算、雲計算等互聯網技術融合，將單體智能擴展到網絡智能，形成“雲+端”的典型架構，具備了大數據等附加價值，進一步拓展了智能產品的能力和範圍。智能的硬件的發展和熱捧，已經從可穿戴設備延伸到智能電視、智能家居、智能汽車、醫療健康、智能玩具、機器人等領域。
智能硬件具有以下特徵。首先，越來越多的軟件代替硬件功能，可以通過軟件控制硬件；其次，與以往單純的硬件商品銷售不同，對硬件產品附屬的服務性需求 或者基於商品解決方案的需求正在快速增加；第三，硬件製造業週期，從產品設計到生產，再到推向市場需要時間越來越短。硬件產業正在向軟性製造的方向發展，不斷用軟件定義產品的功能和性能，提高對以軟件為主導的創新的重視程度，硬件產品的真正價值從硬件轉移到了軟件。
可以看出，智能製造是由智能裝備與互聯網協同創新而來。智能裝備即是智能硬件發展而來，使傳統制造裝備擁有了諸如分析、推理、判斷、構思和決策等各種仿人類智能活動；而互聯網技術則將過去單一設備的製造加工延展到分佈式製造網絡環境中，在單體裝備智能基礎上疊加網絡群體智慧，實現了基於互聯網的全球製造網絡環境下智能製造系統。智能製造在製造的全生命週期中進行感知、分析、推理、決策與控制，實現產品需求的動態響應。
要實現一個生產系統的智能製造，關鍵智能基礎共性技術需要突破，這其中涉及到如下關鍵技術。
1 識別技術
識別功能是智能製造環節關鍵的一環，需要的識別技術主要有射頻識別(RFID)技術，基於深度三維圖像識別技術，以及物體缺陷自動識別技術。
射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）技術又稱為無線射頻識別，是一種無線通信技術，可以通過無線電信號識別特定目標並讀寫相關數據，而無需識別系統與特定目標之間進行機械或光學接觸。常用的無線射頻有低頻（125~134.2kHz）、高頻（13.56MHz）和超高頻3種，而RFID讀寫器分為移動和固定式兩種。射頻識別是一種自動識別技術，它將小型的無線設備貼在物件表面，並採用RFID閱讀器進行自動的遠距離讀取，提供了一種精確、自動、快速的記錄和收集目標的工具。
基於三維圖像物體識別的任務是識別出圖像中有什麼類型的物體,並給出物體在圖像中所反映的位置和方向，是對三維世界的感知理解。在結合了人工智能科學、計算機科學和信息科學之後，三維物體識別在智能製造系統中識別物體幾何情況的關鍵技術。
物體缺陷，無論是表面缺陷還是內部缺陷，都將會給物體材料、結構帶來嚴重的力學性能下降，其中應力集中現象會非常嚴重地影響材料的力學性能。因而，對物體進行缺陷檢測就顯得十分必要。不同材料有不同的缺陷識別方法，計算機視覺技術的發展，機器視覺的物體缺陷檢測技術愈加受到重視，該檢測系統不受惡劣環境和主觀因素影響。基於機器視覺的物體缺陷自動識別技術，在智能製造系統中隊產品的檢測與評估有著重要作用。
2 實時定位系統
在實際生產製造現場，需要對多種材料、零件、工具、設備等資產進行實時跟蹤管理；在製造的某個階段，材料、零件、工具等需要及時到位和撤離；生產過程中，需要監視在製品的位置行蹤，以及材料、零件、工具的存放位置等。這樣，在生產系統中需要建立一個實時定位網絡系統，以完成生產全程中角色的實時位置跟蹤。
實時定位系統（Real Time Location System，RTLS）由無線信號接收傳感器和標籤無線信號發射器等組成。一般地，被跟蹤目標貼上有源RFID標籤，在室內佈置3個以上閱讀器天線，使用有源RFID標籤來發現目標位置；
3個閱讀器
天線接收到標籤的廣播信號，每個信號將接收時間傳遞到一個軟件系統，使用三角測量來計算目標位置。
RTLS通常建在一個建築物內或室外識別和實時跟蹤對象的位置。RTLS通常不包括GPS、手機跟蹤或只使用被動RFID跟蹤的系統。RTLS的物理層技術通常是某種形式的射頻（RF）通信，但一些系統使用了光學（通常是紅外）或聲（通常是超聲波）技術代替了無線射頻。標籤和固定參考點可以佈置發射器和接收器，或兩者兼而有之。
目前，室內實時定位系統通常採用超聲、紅外、超寬帶（UWB）、窄頻帶等技術，在帶寬、精度、牆體穿透性、抗干擾能力等方面存在各自的特點，其技術性能各有差異。經過測試和實踐，超寬帶的綜合性能最優，所以在許多生產製造現場廣泛採用了基於超寬帶的實時定位系統。
3 無線傳感器網絡
今天的工廠佈置了越來越多的檢測點，產生了大量的數據。這些數據容易被機器自動收集處理，但是人類可以不處理它們。因此，如果機器在某個生產區域可以彼此交流的話，那是相當有用的。通過創建網絡化的檢測環境，許多處理過程可以做得更加高效、柔性和低成本。非常小的、低成本的無線傳感器分佈在生產工廠裡，允許對象註冊它們的環境和無線通信；幾種不同類型的傳感器技術，如光電、壓力、溫度和紅外傳感器共同努力創建一個整體情況描述，感受目前環境發生變化的一切。
在未來的工廠裡，產品和生產設施將成為活躍的系統組件，控制著自己的生產和物流，它們將構成一個信息物理融合系統——連接互聯網的網絡空間與現實物理世界。然而，不同於當前機電一體化系統，它們具有與環境交互的能力，可以規劃和調整自己的行為來適應環境，並且學習新的行為模式和策略，從而進行自我優化，進而實現最小批量的快速產品轉化和多品種的高效率生產。嵌入式傳感器/致動器組件、機器/機器通信交流和主動語義產品記憶催生了在工業環境中節約資源的優化方法，這將促進未來工廠以一個合理的成本實現環境保護和複雜生產。
無線傳感網絡（Wireless Sensor Network，WSN）是由許多在空間分佈的自動裝置組成的一種無線通信計算機網絡，這些裝置使用傳感器監控不同位置的物理或環境狀況（如溫度、聲音、振動、壓力、運動或汙染物等）。無線傳感網絡的每個節點除配備1個或多個傳感器之外，還裝備了1個無線電收發器和1個很小的微控制器和1個能源（通常為電池）。單個傳感器節點的尺寸可以大到像一架航天飛機，也可以小到如一粒塵埃。傳感器節點的成本也是不一樣的，從幾百美元到幾美分不等，這取決於傳感器網絡的規模及單個傳感器節點所需的複雜度。傳感器節點尺寸與複雜度的限制決定了能量、存儲、計算速度與帶寬的受限。無線傳感網絡主要包括3個方面：感應、通信、計算（硬件、軟件、算法）。其中的關鍵技術主要有無線數據庫技術，如用於無線傳感器網絡的查詢和其他傳感器通信的網絡技術，特別是多次跳躍路由協議，如摩托羅拉使用在家庭控制系統中的ZigBee無線協議。
標準的ZigBeeTM或802.15.4對於許多低功耗、低數據率無線通信服務而言，是一個不錯的選擇。然而，高數據率通信則要選擇802.11 WLAN無線局域網。需要大活動範圍和更長電池供電的應用場合，ZigBee協議能輕鬆滿足代碼空間（32~70kB），並有一個適度的範圍（10~100m）。對於工業和家庭網絡來說，應優先選擇ZigBee，它的一大優點是“網”功能。網狀網絡允許從節點到節點來傳遞信息，如果任何節點失敗，仍然可以通過選擇其他節點將信息送達目的地。下面就常用的無線局域網、藍牙、無線個域網進行比較（如下表3）。
在生產系統中，要合理利用無線網絡，根據任務的實時性、數據吞吐量大小、數據傳輸速率、可靠性等特點實施不同的無線網絡技術，如監督通信、分散過程控制、無線設備網絡、故障信息報警、實時定位可分別採用WLAN、RFID、ZigBee/Bluetooth、GPRS、UWB等網絡技術。
4 信息物理融合系統
信息物理融合系統（Cyber-Physical System，CPS）也稱為“虛擬網絡-實體物理”生產系統，它將徹底改變傳統制造業邏輯。在這樣的系統中，一個工件就能算出自己需要哪些服務。通過數字化逐步升級現有生產設施，這樣生產系統可以實現全新的體系結構。這意味著這一概念不僅可在全新的工廠得以實現，而且能在現有工廠一步步升級的過程中得到昇華。
在當前的工業製造環境中，已經可以看到將要改變的跡象，從僵化的中央工業控制轉變到分佈式智能控制。大量的傳感器以令人難以置信的精度記錄著它們的環境，並作為一個獨立於中心生產控制系統的嵌入式處理器系統作出自己的決策。現在唯一缺少的是綜合無線網絡組件，它能實現永久的交換信息，在複雜事件、臨界狀態和情景感知中綜合不同傳感器評估識別，並基於這些感知處理並制定進一步的行動計劃。
CPS是一個綜合計算、網絡和物理環境的多維複雜系統，通過3C（Computation、Communication、Control）技術的有機融合與深度協作，實現大型工程系統的實時感知、動態控制和信息服務。CPS實現計算、通信與物理系統的一體化設計，可使系統更加可靠、高效、實時協同，具有重要而廣泛的應用前景。CPS系統把計算與通信深深地嵌入實物過程，使之與實物過程密切互動，從而給實物系統添加新的能力。
在美國，智能製造提得最多的核心技術稱為“信息物理融合系統”，而在歐洲，德國提出了工業4.0的概念，並將物聯網技術作為核心技術。它們的核心技術是同根同源的，都是基於互聯網的大規模網絡嵌入式系統（智能組件），其目
標也是堅持計算和“智能”不脫離實際生產環境，最終構建一個大規模分佈式計算系統的系統。
5 網絡安全技術
數字化推動了製造業的發展，在很大程度上得益於計算機網絡技術的發展，與此同時也給工廠的網絡安全構成了威脅。以前習慣於紙質的熟練工人，現在越來越依賴於計算機網絡、自動化機器和無處不在的傳感器，而技術人員的工作就是把數字數據轉換成物理部件和組件。製造過程的數字化技術資料支撐了產品設計、製造和服務的全過程，這些信息在整個供應鏈得到了共享，但必須得以保護。工廠花費大量的精力以保護信息系統和網絡中的技術信息，並面臨一種前所未有的嚴峻挑戰。不僅需要從防範數據盜竊來保護技術資源，還必須防止網絡入侵破壞生產系統的安全，以避免造成正常生產運行的癱瘓。
面對網絡安全，生產系統採取了一系列IT安全保障技術和措施，如防火牆、入侵預防、病毒掃描器、訪問控制、黑白名單、信息加密等。例如著名的波音公司應用回程連接的安全邊界技術來實施企業內部網絡與外部IT網絡的隔離，取得了很好的效果。如何創建一個明確的責任分工及一個恰如其分的解決方案是擺在面前亟待解決的問題。製造企業對於智能製造系統的實施前提必須做好網絡安全，以避免損失和不可計量的後果。
6 先進控制與優化技術
智能製造系統生產過程中，生產產品的控制和優化是重要環節，涉及到技術很多，諸如工業過程多層次性能評估技術、基於海量數據的建模技術、大規模高性能多目標優化技術，大型複雜裝備系統仿真技術，高階導數連續運動規劃、電子傳動等精密運動控制技術。
7 系統協同技術
大型製造工程項目複雜自動化系統整體方案設計技術以及安裝調試技術，統一操作界面和工程工具的設計技術，統一事件序列和報警處理技術，一體化資產管理技術。
8 功能安全技術
多維精密加工工藝，精密成型工藝，焊接、粘接、燒結等特殊連接工藝，微機電系統技術，精確可控熱處理技術，精密鍛造技術等。
結束語
智能製造不斷的不斷創新和演變，未來仍需要使用和解決很多技術，不過需要注意的是智能製造發展方向是在實時、可靠、高效、低成本基礎上解決智能製造所需的傳感器技術、網絡技術、人工智能技術，將日常生活中已有的通信設施、互聯網資源、個人的數字化設備終端連入未來工廠中得到充分的應用。
智能製造的巨大優勢在於它是可以逐漸實現的。應用信息物理融合系統技術來逐步升級正在運行的工廠，可以根據需要集成傳感器，安裝微型服務器系統組件取代總線系統。這意味著可以從單臺機器入手，然後擴展到整個工廠。
但也應認識到，智能製造中的許多關鍵技術還不成熟，如無線網絡存在過分密集的無線規劃、缺乏更多的頻率資源、容易受到環境變化攻擊、實時傳輸性能差等問題，要滿足工業的實時、可靠、高效、安全等需求，還應在實時、高效等關鍵應用中發揮作用。另外，實時定位存在傳感系統欠穩定、精度低，沒有實時定位行業標準，無法處理敏感信息（隱私）等問題，因而要有一個可靠、高精度的室內實時定位系統iGPS，必須關注敏感的隱私問題。
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