进入21世纪以来，信息与通信技术取得了突破性进展。为了将控制技术融入互联网，2006年美国国家基金会（NSF）科学家Helen Gill提出了信息物理融合系统（Cyber-Physical System,简称CPS）的概念，将互联网技术的发展推向了一个新的高度。信息物理融合系统是集成计算、通信与控制于一体的下一代智能系统，是计算进程和物理进程的统一体。CPS包含了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。智能的网络世界与物理世界融合产生的CPS亦称“工业物联网”。

　　德国是高度工业化的并以制造业为导向的出口型经济技术强国。为了确保制造业世界领先地位，从实际国情出发，德国于2012年首先将CPS技术创新地应用于制造工业，提出了基于信息物理融合系统的第四次工业革命战略计划“工业4.0”。由于CPS信息物理融合系统进入制造和物流的技术集成，以及在工业流程中使用物联网及其服务，从而产生了创新的工厂系统——智能工厂（SmartFactory ）。在“工业4.0”时代，每个工厂企业都将建立“数字企业平台“，通过开放接口将虚拟环境与基础架构融为一体，从而构成信息物理融合系统（CPS）, 生产自动化系统将升级为信息物理融合生产系统（CPPS）。智能工厂系统完全不同于传统的工厂自动化系统，智能工厂采用面向服务的体系架构，具体体系架构如图1所示 。从图中可以看出，对应于传统自动化系统的现场级使用物联网技术；对应于控制级采用CPPS信息物理融合生产系统；同时，对应的监控管理级连接到安全可靠和可信的云网络主干网，采用服务互联网提供的服务。

　　基于嵌入式Internet技术、无线有组织的M2M通信网络

　　机器对机器通信（Machine-to-Machine，简称M2M）是基于特定终端行业，以公共无线网络为接入手段，为客户提供机器到机器的通信解决方案，满足客户对生产过程监控、指挥调度、远程数据采集和测量、远程诊断等方面的信息化需求。M2M不是简单的数据在机器和机器之间的传输，它是机器之间的一种智能化、交互式通信，即使人们没有实时发信号，机器也会根据既定程序主动进行通信，并根据所得到的数据智能化地做出选择，对相关设备发出正确的指令。工业控制需要实现智能化、远程化和实时化，随着无线宽带的突破，具有高数据传输速率、低占空比、IP网络支持、以及泛在移动性的M2M通信提供了更佳的承载基础。

　　CPPS信息物理融合生产系统

　　由于工业控制的可靠性要求非常高，所以生产流程控制采用靠近工厂机器设备的CPPS系统。按照Edward A. Lee教授的定义：CPS是计算过程和物理过程的集成系统，利用嵌入式计算机和网络对物理过程进行监测和控制，并通过反馈环实现计算过程和物理过程的相互影响。CPPS系统是一种网络型嵌入式系统，它将打破在PC机时代建立的传统自动化系统的体系架构，从而全面实现分布式智能。

　　安全可靠和可信的云网络

　　智能工厂的IT设施建立在云计算网络基础上，云计算的本质是一种基于互联网的服务模式，它类似于远程数据中心。控制室可以理解为私有云，考虑到控制的可靠性要求非常高，为CPPS信息物理融合生产系统提供服务的Apps平台建立在工厂企业的私有云上。但是一些营运和生产管理,例如PLM、SCM、CRM、QMS、ERP，以及MES的一些功能可以通过云计算网络提供服务，从而降低创建和优化基础架构的成本、提升生产管理的智能化水平、高效的跨地域协同、以及提高快速响应市场需求的能力等。

　　基于CPS的高级工厂辅助系统

　　由西门子公司、菲尼克斯电气公司，以及SAP公司等23家公司组成的“智能工厂创新联盟”十分重视将各种无线技术、平板电脑、智能手机、移动通信技术、新型人机互动技术，以及室内精确定位等很多IT领域成熟的最新技术，创新地引入新一代工厂系统，制成高级工厂辅助系统。这些高级工厂辅助系统可以大大提高生产效率和维护效率，降低管理成本，同时应对社会老龄化等带来的问题。利用这些高级工厂辅助系统还可以支持、帮助和培训新一代工作人员。　

　　最新技术提高资源利用率

　　智能工厂由集中控制的生产架构层级转向分散型自组织的生产方式。分散型生产流程提供一种更为有效的使用资源的方法。由M2M通信构成的分布式网络化系统，在考虑资源哪些相关参数应由管理者、组件单元和单个产品规范设置时，会根据总体情况做出决定。资源浪费成为一个单元的故障，基于详细的记录（包括判断准则），该资源浪费情况能够迅速地被诊断。这就使得材料和能源的效益达到最佳化，达到节能减排、绿色环保的目的。