为支撑三大集成，技术方面也有很多方式，下面重点介绍其中的两种。

第一种是CPS，CPS是工业4.0的基础。

CPS最早由美国NASA于1992年提出，到了2013年，德国再次把CPS用到生产企业的数字化转型中。如图8所示，我国把CPS分成了三个等级，硬件＋软件的单元级、硬件＋软件＋网络组成的系统级，以及硬件＋软件＋网络＋平台构成的系统之系统（system of systems，SoS）级。也就是说，一般的装备是单元级；设备形成一个生产线，是系统级；工业4.0是SoS级，因为它是由平台下众多的系统构成的。

图7　贯穿产品全生命周期的价值链

CPS在城市交通、智慧城市、智慧地球等领域都可以得到广泛应用，对生产或工业数字化本身来说，它的作用可通过图9说明。我们需要把原来经典的自动化金字塔结构打破，将它变成现在这样的网状结构。金字塔结构与网状结构有什么区别呢？

图8　CPS的三个层级

（来源：《信息物理系统白皮书（2017）》）

图9　基于CPS的横向集成

首先，在金字塔结构中，现场层的设备间实际上都没联网，很多企业的设备跟上面的IT、OT也没有联网，而网状结构中，CPS就是希望这些装备互相联网。(www.daowen.com)

其次，在CPS中上层的这些大型软件系统也应该要打散，比如企业层的黑点代表的是ERP，金字塔结构中ERP就只有一个大型软件，网状结构中黑点就不止一个，可能有三四个，咖啡色代表的控制软件也有三四个，也就是说软件不应该采取原来大而全的、非常重的系统，而应该选择小的APP，这样一来整个系统的响应速度马上就大幅提升了，它可以用来支撑动态生产线。

将每一个工位都互相联网，上层的软件也互相联网集成，这就是CPS。在这个横向集成里面，整个生态圈的CPS通过去中心化的网状结构，就把整个产品的产业链连起来了。所以CPS关键的核心就是网状结构，大家能够互相通信、互相协作。

第二种技术是数字孪生。

数字孪生最早是在航天器的研发和运营中使用的，如在研发过程早期需要做一个物理样机，然后对其进行实验和分析，再用数字样机进行分析；在运营过程中，航天器上天后要对其进行监控并采集数据，比如它的状态参数、仰角、燃烧参数等，这些数据最后要应用到数字孪生中，并且要与物理的航天器同步。所以存在着一个现实空间和虚拟空间，现实空间的数据要传递到虚拟空间，虚拟空间又可以反作用于或用于调整现实空间。以前航天领域都是采用物理孪生，比如运载火箭，要同时造两枚，一枚不飞，一枚实际飞行。上天以后如果出现任何问题都可以通过观察地面没飞的火箭系统的状态来追溯，相比而言，数字孪生的优势就非常明显了。

图10　数字孪生的作用

从整个生产系统的智能制造、数字化转型技术支撑来说，数字孪生有这几个方面的应用：第一是产品数字孪生，就是产品进行数字化设计、仿真和验证，包括机械、多重物理量、电子和软件管理等方面；第二是生产数字孪生，也就是生产线开始建造前先要进行规划和仿真，包括物流仿真、工位安排等，再进行预测与优化。有了生产数字孪生以后，接下来得有一个真正的物理工厂，也就是我们说的真实的生产。真实生产出来的物理产品跟前面的数字孪生是一对，真实的生产跟虚拟的生产又是一对，可以看出它们之间是互相依赖的。最终是希望通过开放式的物联网操作系统将它们串起来，进而获得性能的改善和持续的改进。图11为一个完整的数字孪生过程。

图11　完整的数字孪生过程

其他重要的技术还有移动通信技术（如5G）、大数据、新一代人工智能等。