1.4 工业4.0的核心技术

工业4.0依托若干关键工业数字化基础技术，并将这些技术整合到一起成为完整的生产流程，以提升效率并改变供应商、制造商和消费者的关系，以及人与机器之间的关系。这些基础技术包括物联网、云计算、大数据、机器人、3D打印、自动化、软件、网络安全、虚拟现实和人工智能等。

1.4.1 物联网

工业物联网代表全球工业系统与智能传感技术、高级计算、大数据分析以及互联网技术的连接和融合，其核心三要素包括智能设备、先进的数据分析工具、人与设备交互接口。

工业物联网是智能制造体系和智能服务体系的深度融合，是工业系统产业链和价值链的整合和外延。

工业物联网与物、物与物通过与芯片、传感器和制动器互连，能够感知、捕获、交流并主动响应所有类型数据的数十亿个智能设备。

1.4.2 云计算

在互联网虚拟大脑的架构中，其中枢神经系统将互联网的核心硬件层、核心软件层和互联网信息层统一起来为互联网各虚拟神经系统提供支持和服务，而云计算就是互联网虚拟大脑的中枢神经系统。

1.4.3 大数据

工业大数据是掌控未来工业的关键。工业大数据以新兴技术的发展为前景，通过工业传感器、无线射频识别、条形码、工业自动控制系统、企业资源计划、计算机辅助设计等技术来扩充工业数据量。大数据在工业中的生产线上高速运转，是机器所产生的一种非结构化数据。

1.4.4 机器人

工业机器人是工业4.0的最佳助手。工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由角度的机器装置，能自动执行工作，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。

工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成，具有可编程、拟人化、通用性的特点。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则行动。

据国际机器人联盟估计，机器人装机量在2014年增加了15%，并且有望到2017年以每年12%的幅度持续增长，如图1-6所示。

1.4.5 3D打印

传统的机械加工方法是“减材制造”，锻造或铸造方法是“等材制造”。3D打印是未来技术发展的新锐力量，其通过数字化增加材料的方式进行制造，能够实现线下设计与线上生产的高度融合、创业生产的轻量化、生产分包形式的多样化等。3D打印的综合效益如表1-1所示。

1.4.6 自动化

工业时代需要自动化。自动化在智能产业、智能制造以及工业4.0当中起核心作用。实现自动化的主要方法和技术包括智能控制、人工智能、机器学习、人机接口、基于大数据的管理。工业4.0要实现从物理过程的自动化到虚拟空间的自动化。

1.4.7 软件

软件变得至关重要。在工业4.0中，软件将决定几乎所有产品和服务的功能。产品和企业战略也越来越依赖于软件的开发。软件不仅可以用来测试，尝试设计顾客可能会喜欢的物品和服务，建造可以用来实验的虚拟原型，还能够将产品和产品生命周期中每一个环节整合起来，对价值创造的每个环节起到重要的提升作用。对于所有行业的企业来说，拥有强大的工业软件是取得竞争主动权的重要因素。

1.4.8 网络安全

工业4.0时代，产业互联网接入的设备数量极为庞大，并且这些设备接入的复杂程度和管理难度因为分布式和跨行业的特点将远远大于消费互联网，所以产业互联网的安全风险和安全压力将远远大于消费互联网。

1.4.9 虚拟现实

虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，通过多源信息融合交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真，使用户沉浸到该环境中。虚拟现实是多种技术的综合，包括实时三维计算机图形技术，广角立体显示技术，对观察者头、眼和手的跟踪技术，以及触觉与力觉反馈、立体声、网络传输、语音输入输出技术等。

1.4.10 人工智能

人工智能是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术以及应用系统的一门新的技术科学。人工智能是计算机科学的一个分支，它探索智能的实质，并生产出一种新的、能用与人类智能相似的方式做出反应的智能机器，该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。人工智能在未来能够实现极度自动化，从而替代人工技能。人工智能获得最大收益的地方在于大数据处理方面，包括语言处理和图像处理。