物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IoT）是一個融合計算機、通信和控制等相關技術的復雜系統(tǒng)，因此其面臨的信息安全問題更加復雜。
物聯(lián)網(wǎng)代表了未來計算與通信技術發(fā)展的方向，被認為是繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)（Internet）之后信息產(chǎn)業(yè)領域的第3次發(fā)展浪潮。
最初，物聯(lián)網(wǎng)是指基于互聯(lián)網(wǎng)技術，利用射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）技術、產(chǎn)品電子編碼（Electronic Product Code，EPC）技術在全球范圍內(nèi)實現(xiàn)的一種網(wǎng)絡化物品實時信息共享系統(tǒng)。
后來，物聯(lián)網(wǎng)逐漸演化成了一種融合傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡、計算機網(wǎng)絡、傳感器網(wǎng)絡、點對點（Point to Point，P2P）無線網(wǎng)絡、云計算和大數(shù)據(jù)等信息與通信技術（Information and Communications Technology，ICT）的完整的信息產(chǎn)業(yè)鏈。
1、物聯(lián)網(wǎng)的概念
2007年以來，伴隨著網(wǎng)絡技術、通信技術、智能嵌入技術的迅速發(fā)展，“物聯(lián)網(wǎng)”一詞頻繁地出現(xiàn)在世人眼前。“物聯(lián)網(wǎng)”這一概念的提出，受到了學術界、工業(yè)界的廣泛關注，特別是它在刺激世界經(jīng)濟復蘇和發(fā)展方面的預期作用，幫助全世界度過了2008—2010年的經(jīng)濟危機。物聯(lián)網(wǎng)技術已經(jīng)帶來了一場新的技術革命，并推動了云計算、大數(shù)據(jù)和人工智能的發(fā)展。
盡管物聯(lián)網(wǎng)經(jīng)過了多年的發(fā)展，但其定義尚未統(tǒng)一。物聯(lián)網(wǎng)一般的英文名稱為“Internet of Things”。隨著人、機、物融合的日益深入，物聯(lián)網(wǎng)也被稱為“Internet of Everythings”（IoE）。
顧名思義，物聯(lián)網(wǎng)就是一個將所有物體連接起來而形成的物物相連的互聯(lián)網(wǎng)絡。物聯(lián)網(wǎng)作為新技術，其定義千差萬別。目前，一個被大家普遍接受的定義為：物聯(lián)網(wǎng)是通過使用射頻識別閱讀器、傳感器、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息采集設備或系統(tǒng)，按約定的協(xié)議把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行通信和信息交換，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡或系統(tǒng)。
通過以上定義可以看出，物聯(lián)網(wǎng)包含以下4部分內(nèi)容。
1）多樣化感知：感知設備多樣化，包括傳統(tǒng)的溫濕度、壓力、流量、位置傳感器，新型的智能傳感器，以支持物理世界數(shù)字化和人員位置的標定。
2）電子化身份：利用電子標簽（Tag）、二維碼、視覺和聲音進行身份標識，方便信息化系統(tǒng)的構建與使用，以支持人員、物體等的識別與跟蹤。
3）多模式通信：包括各種無線和有線通信手段，如藍牙、無線通信技術（如Wi-Fi等）和近場通信（Near Field Communication，NFC）技術等近距離無線通信技術，第4代移動通信技術（The 4th Generation Mobile Communication Technology，4G）、第5代移動通信技術（The 5th Generation Mobile Communication Technology，5G）和微波通信技術等中距離無線傳輸技術，衛(wèi)星通信技術等遠距離無線傳輸技術等。
4）智能化管理：通過對感知數(shù)據(jù)進行深度分析和可視化，對物理世界和信息世界實現(xiàn)有效監(jiān)控和管理，以增強物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的智能化。
顯然，在物聯(lián)網(wǎng)的定義中，“計算機”“傳輸與通信”“檢測與控制”被有機地融合在了一起，所以，物聯(lián)網(wǎng)是典型的3C（Computer、Communication、Control）融合新技術。
從物聯(lián)網(wǎng)的定義還可以看出，物聯(lián)網(wǎng)是對互聯(lián)網(wǎng)的延伸和擴展，其用戶端延伸到了世界上的任何物品。國際電信聯(lián)盟（International Telecommunication Union，ITU）在《ITU互聯(lián)網(wǎng)報告2005：物聯(lián)網(wǎng)》中指出，在物聯(lián)網(wǎng)中，一個牙刷、一條輪胎、一座房屋甚至是一張紙巾都可以作為網(wǎng)絡的終端，即世界上的任何物品都能連入網(wǎng)絡。物與物之間的信息交互不再需要人工干預，物與物之間可實現(xiàn)無縫、自主、智能的交互。換句話說，物聯(lián)網(wǎng)是以互聯(lián)網(wǎng)為基礎，主要解決人與人、人與物、物與物的互聯(lián)和通信問題。
除了上面的定義外，物聯(lián)網(wǎng)在國際上還有以下幾個代表性描述。
國際電信聯(lián)盟：從時-空-物三維視角看，物聯(lián)網(wǎng)是一個能夠在任何時間（Anytime）、任何地點（Anyplace）實現(xiàn)任何物體（Anything）互聯(lián)的動態(tài)網(wǎng)絡，它包括了個人計算機（Personal Computer，PC）之間、人與人之間、物與人之間、物與物之間的互聯(lián)。
歐盟委員會：物聯(lián)網(wǎng)是計算機網(wǎng)絡的擴展，是一個實現(xiàn)物物互聯(lián)的網(wǎng)絡；這些物體可以有網(wǎng)際互聯(lián)協(xié)議（Internet Protocol，IP）地址，它們被嵌入到復雜系統(tǒng)中，通過傳感器從周圍環(huán)境中獲取信息，并對獲取的信息進行響應和處理。
中國物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展藍皮書：物聯(lián)網(wǎng)是一個通過信息技術將各種物體與網(wǎng)絡相連，以幫助人們獲取所需物體相關信息的巨大網(wǎng)絡；物聯(lián)網(wǎng)通過使用射頻識別閱讀器、傳感器、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息采集設備或系統(tǒng)，通過無線傳感網(wǎng)、無線通信網(wǎng)絡把物體與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實現(xiàn)物與物、人與物的實時通信和信息交換，以達到智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的目的。
2、物聯(lián)網(wǎng)的體系結構
認識任何事物都要有一個從整體到局部的過程，尤其對于結構復雜、功能多樣的系統(tǒng)更是如此，物聯(lián)網(wǎng)也不例外。首先，需要了解物聯(lián)網(wǎng)的整體結構；然后，討論其中的細節(jié)。物聯(lián)網(wǎng)具有一個開放性體系結構，由于處于發(fā)展階段，因此不同的組織和研究群體，針對物聯(lián)網(wǎng)提出了不同的體系結構。但不管是三層體系結構還是四層體系結構，其關鍵技術都是相通和類同的。下面介紹一種物聯(lián)網(wǎng)四層體系結構，在此基礎上進行組合即可實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)三層體系結構。
目前，國內(nèi)外的研究人員在描述物聯(lián)網(wǎng)的體系結構時，多將國際電信聯(lián)盟電信標準分局（ITU-T）在2002年提出的建議中描述的泛在傳感器網(wǎng)絡（Ubiquitous Sensor Network，USN）結構作為基礎，它自下而上分為感知網(wǎng)絡層、泛在接入層、中間件層、泛在應用層4個層次，如圖1所示。
圖1物聯(lián)網(wǎng)的USN結構
USN結構的一大特點是依托下一代網(wǎng)絡（Next Generation Network，NGN）結構，各種傳感器在最靠近用戶的地方組成無所不在的網(wǎng)絡環(huán)境，用戶在此環(huán)境中使用各種服務，NGN則作為核心基礎設施為USN提供支持。
顯然，基于USN的物聯(lián)網(wǎng)體系結構主要描述了各種通信技術在物聯(lián)網(wǎng)中的作用，不能完整反映出物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)實現(xiàn)中的功能集劃分、組網(wǎng)方式、互操作接口、管理模型等，不利于物聯(lián)網(wǎng)的標準化和產(chǎn)業(yè)化。因此需要進一步探索實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的關鍵技術和方法，設計一個通用的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)結構模型。
圖2給出了一種通用的物聯(lián)網(wǎng)四層體系結構。該結構側重物聯(lián)網(wǎng)的定性描述而不是協(xié)議的具體定義。因此，物聯(lián)網(wǎng)可以定義為一個包含感知控制層、數(shù)據(jù)傳輸層、數(shù)據(jù)處理層、應用決策層的四層體系結構。
圖2物聯(lián)網(wǎng)的四層體系結構
該體系結構借鑒了ITU的物聯(lián)網(wǎng)的USN結構思想，采用了自下而上的分層結構。各層的功能描述如下。
感知控制層：感知控制層簡稱感知層，它是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展和應用的基礎，包括條形碼識別器、各種類型的傳感器（如溫濕度傳感器、視頻傳感器、紅外探測器等）、智能硬件（如電表、空調(diào)等）和網(wǎng)關等。各種傳感器通過感知目標環(huán)境的相關信息，自行組網(wǎng)以將信息傳遞到網(wǎng)關接入點，網(wǎng)關再將收集到的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳輸層提交到數(shù)據(jù)處理層進行處理。數(shù)據(jù)處理的結果可以反饋到感知控制層，作為實施動態(tài)控制的依據(jù)。
數(shù)據(jù)傳輸層：數(shù)據(jù)傳輸層負責接收感知控制層傳來的數(shù)據(jù)，并將其傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理層，隨后將數(shù)據(jù)處理結果再反饋回感知控制層。數(shù)據(jù)傳輸層包括各種網(wǎng)絡與設備，如短距離無線網(wǎng)絡、移動通信網(wǎng)絡、互聯(lián)網(wǎng)等，并可實現(xiàn)不同類型網(wǎng)絡間的融合，以及物聯(lián)網(wǎng)感知與控制數(shù)據(jù)的高效、安全和可靠傳輸。此外，數(shù)據(jù)傳輸層還提供路由、格式轉換、地址轉換等功能。
數(shù)據(jù)處理層：數(shù)據(jù)處理層可進行物聯(lián)網(wǎng)資源的初始化，監(jiān)測資源的在線運行狀況，協(xié)調(diào)多個物聯(lián)網(wǎng)資源（如計算資源、通信設備和感知設備等）之間的工作，實現(xiàn)跨域資源間的交互、共享與調(diào)度，實現(xiàn)感知數(shù)據(jù)的語義理解、推理、決策以及數(shù)據(jù)的查詢、存儲、分析與挖掘等。數(shù)據(jù)處理層利用云計算（Cloud Computing）、大數(shù)據(jù)（Big Data）和人工智能（Artificial Intelligence，AI）等技術，實現(xiàn)感知數(shù)據(jù)的高效存儲與深度分析。
應用決策層：應用決策層利用經(jīng)過分析處理的感知數(shù)據(jù)，為用戶提供多種不同類型的服務，如檢索、計算和推理等。物聯(lián)網(wǎng)的應用可分為監(jiān)控型（物流監(jiān)控、污染監(jiān)控）、控制型（智能交通、智能家居）、掃描型（手機錢包、高速公路不停車收費）等。應用決策層可針對不同類別的應用，制定與之相適應的服務內(nèi)容。
此外，物聯(lián)網(wǎng)在每一層中還應包括安全、容錯等技術，用來貫穿物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的各個層次，為用戶提供安全、可用和可靠的應用支持。在物聯(lián)網(wǎng)的四層體系結構中，數(shù)據(jù)處理層和應用決策層可以合二為一，統(tǒng)稱為應用決策層，這樣物聯(lián)網(wǎng)四層體系結構就變成了三層體系結構，即感知控制層、數(shù)據(jù)傳輸層、應用決策層。
3、物聯(lián)網(wǎng)的特征
從物聯(lián)網(wǎng)的定義和體系結構可以看出，物聯(lián)網(wǎng)的核心功能包括信息（數(shù)據(jù)）的感知、傳輸和處理。因此，為了保證能高效工作，物聯(lián)網(wǎng)應具備3個特征：全面感知、可靠傳遞、智能處理。圖3給出了物聯(lián)網(wǎng)的3大特征描述。
圖3物聯(lián)網(wǎng)的3大特征
1）全面感知。“感知”是物聯(lián)網(wǎng)的核心。物聯(lián)網(wǎng)是由具有全面感知能力的物品和人組成的。為了使物品具有感知能力，需要在物品上安裝不同類型的識別裝置，如電子標簽、條形碼、二維碼等，與此同時，可以通過溫濕度傳感器、紅外感應器、攝像頭等識別設備感知其物理屬性和個性化特征。利用這些裝置或設備，可隨時隨地獲取物品信息，實現(xiàn)全面感知。
2）可靠傳遞。數(shù)據(jù)傳遞的穩(wěn)定性和可靠性是保證物物相聯(lián)的關鍵。由于物聯(lián)網(wǎng)是一個異構網(wǎng)絡，不同實體間的協(xié)議格式（規(guī)范）可能存在差異，因此需要通過相應的軟、硬件進行協(xié)議格式轉換，保證物品之間信息的實時、準確傳遞。為了實現(xiàn)物與物之間的信息交互，將不同傳感器的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一處理，必須開發(fā)出支持多協(xié)議格式轉換的通信網(wǎng)關。通過通信網(wǎng)關，將各種傳感器的通信協(xié)議轉換成預先約定的統(tǒng)一的通信協(xié)議。
3）智能處理。物聯(lián)網(wǎng)的目的是實現(xiàn)對各種物品和人進行智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理等功能。這就需要智能信息處理平臺的支撐，通過云（海）計算、人工智能等智能計算技術，對海量數(shù)據(jù)進行存儲、分析和處理，針對不同的應用需求，對物品和人實施智能化的控制。
由此可見，物聯(lián)網(wǎng)融合了各種信息技術，突破了互聯(lián)網(wǎng)的限制，將物體接入信息網(wǎng)絡，實現(xiàn)了“物物相聯(lián)的互連網(wǎng)”。物聯(lián)網(wǎng)支撐信息網(wǎng)絡向全面感知和智能應用兩個方向拓展、延伸和突破，從而影響著國民經(jīng)濟和社會生活的方方面面。
4、物聯(lián)網(wǎng)的起源與發(fā)展
（1）物聯(lián)網(wǎng)的起源
物聯(lián)網(wǎng)概念的起源可以追溯到1995年，比爾·蓋茨（Bill Gates）在《未來之路》一書中對信息技術未來的發(fā)展進行了預測。書中描述了物品接入網(wǎng)絡后的一些應用場景，這可以說是物聯(lián)網(wǎng)概念最早的雛形。但是，由于當時無線網(wǎng)絡、硬件及傳感器設備發(fā)展水平的限制，其并未能引起足夠的重視?！段磥碇贰吠ㄋ滓锥?，充滿睿智和遠見，并成為了1996年度全球最暢銷的圖書之一。書中涉及的以下內(nèi)容與我們目前的社會生活息息相關。
1）音樂銷售將出現(xiàn)新的模式。以光盤和磁帶等耗材為存儲介質(zhì)的音樂，因為它們的存儲介質(zhì)容易磨損，所以存儲問題一直困擾著用戶，未來的音樂將被存儲在一臺服務器上，供用戶通過互聯(lián)網(wǎng)下載和播放。第一代蘋果播放器（internet Portable audio device，iPod）于2001年10月23日發(fā)布，容量為5GB。iPod為MP3播放器帶來了全新的發(fā)展思路，此后市場上類似的產(chǎn)品層出不窮，但iPod依然因為它的獨特風格而一直受到追捧。
2）未來用戶可以選擇收看自己喜歡的節(jié)目，而不是被動地等著電視臺播放。根據(jù)觀眾的要求播放節(jié)目的視頻點播系統(tǒng)（Video on Demand，VOD），可以把用戶所點擊或選擇的視頻內(nèi)容傳輸給該用戶。視頻點播業(yè)務是近年來新興的傳媒方式，是計算機技術、網(wǎng)絡通信技術、多媒體技術、電視技術和數(shù)字壓縮技術等多技術融合的產(chǎn)物。視頻點播系統(tǒng)已經(jīng)融入我們的生活，如愛奇藝、優(yōu)酷、百度視頻、騰訊視頻、暴風影音、360影視等已經(jīng)成為我們?nèi)粘蕵返囊徊糠帧?/p>
3）一對鄰居在各自家中收看同一部電視劇，然而在中間插播電視廣告的時段，兩家電視中卻出現(xiàn)完全不同的節(jié)目：中年夫妻家中的電視廣告節(jié)目是退休理財服務廣告，而年輕夫婦家中的電視廣告節(jié)目卻是假期旅行廣告。目前的家用電視已經(jīng)具備電視劇回放、插播廣告等功能。通過對觀影數(shù)據(jù)進行深度分析，對不同公眾插播不同的廣告，這不久就會成為現(xiàn)實。
4）如果您計劃購買一臺冰箱，您將不用再聽那些喋喋不休的推銷員嘮叨，因為電子公告板上有各種正式和非正式的評價信息，傳統(tǒng)的現(xiàn)場推銷模式將日益被網(wǎng)絡購物所取代。目前，在電子商務平臺上，決定用戶網(wǎng)購的核心因素是商品的“信譽”。
5）用戶遺失或遭竊的照相機將自動發(fā)回信息，告訴用戶它現(xiàn)在所處的具體位置，甚至當它已經(jīng)身處其他城市。目前，照相和錄像已經(jīng)成為手機的必備功能。手機對用戶日益重要，廠商們也一直在努力減少手機丟失后給用戶造成的間接損失。比如，蘋果公司給iPhone手機增加了找回功能，甚至可以鎖定手機，那些被撿到的手機幾乎是沒有二次利用價值的，這也大大提高了手機被找回的可能性。部分其他品牌手機現(xiàn)在也有類似的功能。
6）如果孩子需要零花錢，家長可以從電腦錢包里給孩子轉賬。此外，當我們通過機場安檢時，電腦錢包將會與機場購票系統(tǒng)進行連接，以檢驗用戶是否購買了機票。顯然，目前可以方便地通過支付寶或微信等的轉賬功能，為小孩發(fā)放零花錢，甚至可以通過手機刷碼的方式乘坐公交、高鐵和飛機。
7）未來人們在觀看電影《飄》時，可以用自己的面孔替換片中的知名演員，實實在在地體會一下當明星的感覺。目前，虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，VR）技術和增強現(xiàn)實（Augmented Reality，AR）技術，使人置身于虛擬的或真實的場景之中，已經(jīng)基本實現(xiàn)了，如虛擬實驗、虛擬3D妝容、虛擬3D試衣等。
8）人們可以親自進入地圖中，方便地找到每一條街道或每一座建筑。目前，通過地圖觀看3D街景已經(jīng)成為現(xiàn)實，但將個人融入街景還有待實現(xiàn)。
由此可見，理想是創(chuàng)新的源泉和發(fā)展的動力。有理想才能有創(chuàng)新。
（2）物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展
1998年，麻省理工學院提出了基于RFID技術的唯一編碼方案，即產(chǎn)品電子編碼（Electronic Product Code，EPC），并以EPC為基礎，研究了從網(wǎng)絡上獲取物品信息的自動識別技術。
在此基礎上，1999年，美國自動識別技術（AUTO-ID）實驗室首先提出了“物聯(lián)網(wǎng)”的概念。研究人員利用物品編碼和RFID技術對物品進行編碼標識，再通過互聯(lián)網(wǎng)把RFID裝置和激光掃描器等各種信息傳感設備連接起來，實現(xiàn)物品的智能化識別和管理。
當時對物聯(lián)網(wǎng)的定義還很簡單，主要是指把物品編碼、RFID與互聯(lián)網(wǎng)等技術結合起來，通過網(wǎng)絡實現(xiàn)物品的自動識別和信息共享。
物聯(lián)網(wǎng)概念的正式提出是在國際電信聯(lián)盟發(fā)布的《ITU互聯(lián)網(wǎng)報告2005：物聯(lián)網(wǎng)》報告中。該報告對物聯(lián)網(wǎng)的概念進行了擴展，提出物品的3A化互聯(lián)，即任何時間、任何地點、任何物體之間的互聯(lián)，這極大地豐富了物聯(lián)網(wǎng)概念所包含的內(nèi)容，涉及的技術領域也從RFID技術擴展到了傳感器技術、納米技術、智能嵌入技術、智能控制技術、泛在通信技術等。
2007年，美國率先在馬薩諸塞州的劍橋城打造了全球第一個全城無線傳感網(wǎng)。2009年1月，國際商業(yè)機器（International Business Machines，IBM）公司首席執(zhí)行官彭明盛提出了“智慧地球”的概念，強調(diào)傳感技術等感知技術的應用，并提出了建設智慧型基礎設施的建議。
1）國外計劃
2009年6月，歐盟委員會正式提出了《歐盟物聯(lián)網(wǎng)行動計劃》。該計劃強調(diào)RFID的廣泛應用，并關注物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的信息安全與隱私保護。
2009年8月，日本提出了i-Japan戰(zhàn)略，強調(diào)電子政務和社會信息服務應用。
上述計劃的共同點是：融合各種信息技術，突破互聯(lián)網(wǎng)的限制，將物體接入信息網(wǎng)絡，實現(xiàn)“物聯(lián)網(wǎng)”；在泛在網(wǎng)絡的基礎上，將信息技術應用到各個領域，從而影響國民經(jīng)濟和社會生活的方方面面；信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展正在由信息網(wǎng)絡向全面感知和智能應用兩個方向拓展、延伸和突破。
2）國內(nèi)發(fā)展
1999年，中國科學院啟動了傳感網(wǎng)的研究。2009年8月7日，“感知中國”的理念被提出。2010年，教育部設立了“物聯(lián)網(wǎng)工程”這一本科新專業(yè)。
2011年11月，《物聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》正式出臺，明確指出物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的9大領域，并提出到2015年，我國要初步完成物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)體系的構建。2014年5月，工業(yè)和信息化部印發(fā)《工業(yè)和信息化部2014年物聯(lián)網(wǎng)工作要點》，為物聯(lián)網(wǎng)的進一步發(fā)展提供了有效指引。
物聯(lián)網(wǎng)是在國際一體化、工業(yè)自動化和信息化不斷發(fā)展和相互融合的背景下產(chǎn)生的。業(yè)內(nèi)專家普遍認為，物聯(lián)網(wǎng)一方面可以提高經(jīng)濟效益，大大節(jié)約成本，另一方面可以為全球經(jīng)濟復蘇提供技術動力。
由此可見，以計算為核心的第一次信息產(chǎn)業(yè)浪潮推動了信息技術進入智能化時代，以網(wǎng)絡為核心的第二次信息產(chǎn)業(yè)浪潮推動了信息技術進入網(wǎng)絡化時代，在以感知為核心的第三次信息產(chǎn)業(yè)浪潮中，物聯(lián)網(wǎng)將推動信息技術進入社會化時代，實現(xiàn)物理世界與信息網(wǎng)絡的無縫對接。
（3）物聯(lián)網(wǎng)與四次工業(yè)革命
工業(yè)正在全球范圍內(nèi)發(fā)揮越來越重要的作用，其是推動科技創(chuàng)新、經(jīng)濟增長和社會穩(wěn)定的重要力量。2011年4月，在漢諾威工業(yè)博覽會上，德國政府正式提出了工業(yè)4.0（Industry 4.0）戰(zhàn)略，目標是建立一個高度靈活的個性化和數(shù)字化的產(chǎn)品與服務的生產(chǎn)模式，旨在支持工業(yè)領域新一代革命性技術的研發(fā)與創(chuàng)新，以提高德國工業(yè)的競爭力，并在新一輪工業(yè)革命中占領先機。
工業(yè)4.0（又稱為第四次工業(yè)革命）的核心就是物聯(lián)網(wǎng)，其目標就是實現(xiàn)虛擬生產(chǎn)與現(xiàn)實生產(chǎn)環(huán)境的有效融合，以提高企業(yè)生產(chǎn)率。作為世界工業(yè)發(fā)展的風向標，德國工業(yè)界的舉動深深影響著全球工業(yè)的發(fā)展。
從18世紀中葉以來，人類歷史上先后發(fā)生了三次工業(yè)革命，均主要發(fā)源于西方國家，并由他們的創(chuàng)新所主導。中國在第四次工業(yè)革命中第一次與世界同步，并立于浪潮前頭。
1）蒸汽機的發(fā)明開創(chuàng)了第一次工業(yè)革命
1760—1840年開創(chuàng)的“蒸汽時代”，標志著農(nóng)耕文明向工業(yè)文明的過渡，是人類發(fā)展史上的一個偉大奇跡。工業(yè)革命首先出現(xiàn)于棉紡織業(yè)。1733年，機械師約翰·凱伊（John Kay）發(fā)明了“飛梭”，大大提高了織布的速度。1765年，織工詹姆斯·哈格里夫斯（James Hargreaves）發(fā)明了“珍妮紡織機”，揭開了工業(yè)革命的序幕。從此，在棉紡織業(yè)中出現(xiàn)了螺機、水力織布機等先進機器。
不久，在采煤、冶金等許多工業(yè)部門，也都陸續(xù)引入了機器進行生產(chǎn)。隨著機器生產(chǎn)越來越多，原有的動力（如畜力、水力和風力等）已經(jīng)無法滿足需要。
1785年，詹姆斯·瓦特（James Watt）制成的改良型蒸汽機投入使用，為生產(chǎn)提供了更加便利的動力，并得到了迅速推廣，大大推動了機器的普及和發(fā)展，人類社會由此進入了“蒸汽時代”。
1807年，美國人羅伯特·富爾頓（Robert Fulton）制成的以蒸汽為動力的汽船試航成功。
1814年，英國人喬治·史蒂芬森（George Stephenson）發(fā)明了“蒸汽機車”。
1825年，史蒂芬森親自駕駛的一列托有34節(jié)小車廂的火車試車成功，從此人類的交通運輸進入了一個以蒸汽為動力的時代。
1840年前后，英國的大機器生產(chǎn)基本上取代了傳統(tǒng)的工廠手工業(yè)，工業(yè)革命基本完成。英國成為了世界上第一個工業(yè)國家。
此后，工業(yè)革命逐漸從英國向西歐大陸和北美傳播。后來，擴展到了世界其他地區(qū)。第一次工業(yè)革命是技術發(fā)展史上的一次巨大革命，它開創(chuàng)了以機器代替手工勞動的時代。
2）電力的發(fā)明開創(chuàng)了第二次工業(yè)革命
1840—1950年進入的“電氣時代”，使電力、鋼鐵、鐵路、化工、汽車等重工業(yè)得以興起，石油成為新能源，并促使交通的迅速發(fā)展，世界各國的交流更為頻繁，并逐漸形成了一個全球化的國際政治、經(jīng)濟體系。
1866年，德國工程師維爾納·馮·西門子（Werner von Siemens）發(fā)明了世界上第一臺大功率發(fā)電機，這標志著第二次工業(yè)革命的開始。隨后，電燈、電車、電影放映機相繼問世，人類進入了“電氣時代”。
以煤氣和汽油為燃料的內(nèi)燃機的發(fā)明和使用，是第二次工業(yè)革命的另一個標志。1862年，法國科學家羅沙（Rochse）對內(nèi)燃機熱力過程進行理論分析之后，提出了提高內(nèi)燃機效率的要求，這就是最早的四沖程工作循環(huán)。1876年，德國發(fā)明家奧托（Otto）運用羅沙的原理，創(chuàng)制了第一臺以煤氣為燃料的往復活塞式四沖程內(nèi)燃機。
3）計算機的發(fā)明開創(chuàng)了第三次工業(yè)革命
兩次世界大戰(zhàn)之后的第三次工業(yè)革命開創(chuàng)了“信息時代”，全球信息和資源交流變得更為迅速，大多數(shù)國家和地區(qū)都被卷入全球化進程之中，世界政治經(jīng)濟格局進一步確立，人類文明的發(fā)達程度也達到了空前的高度。如今，信息革命方興未艾，還在全球擴散和傳播。
4）物聯(lián)網(wǎng)技術的出現(xiàn)開創(chuàng)了第四次工業(yè)革命
第四次工業(yè)革命以物理信息系統(tǒng)融合技術為核心，目標是實現(xiàn)“人—機—物”的深度融合。圖4對四次工業(yè)革命的發(fā)展概況進行了總結。由圖中可以看出，從第三次工業(yè)革命到第四次工業(yè)革命的轉變只經(jīng)歷了四十來年，較之前三次工業(yè)革命的時間間隔短了很多，這也充分說明物聯(lián)網(wǎng)技術發(fā)展的速度之快，以及其對工業(yè)發(fā)展的顯著推動作用。
圖4四次工業(yè)革命的發(fā)展概況
（4）物聯(lián)網(wǎng)與智能制造
從“互聯(lián)網(wǎng)＋”到智能制造，都離不開物聯(lián)網(wǎng)的技術支撐。物聯(lián)網(wǎng)已被國務院列為我國重點規(guī)劃的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一。事實上，最近幾年，智能制造也取得了輝煌的成就。
1）中國研發(fā)了空中造樓機，挑戰(zhàn)建造超高層建筑，領先世界。使用諸多傳感器與控制器的空中造樓機，擁有四千多噸的頂升力，在千米高空開展施工作業(yè)毫無難度。而且它還能在8級大風中平穩(wěn)運行，4天建造一層樓的施工速度更是驚艷國內(nèi)外。
2）中國研發(fā)的穿隧道架橋機，令世界為之震撼。近幾年，中國高鐵的發(fā)展速度令世人矚目，逢山開路、遇水架橋，中國速度的背后，離不開一種獨一無二的機械裝備——穿隧道架橋機。穿隧道架橋機前后左右共安裝有上百個傳感器，具有轉向、防撞、測速等多種功能。根據(jù)這些傳感器數(shù)據(jù)，可以判斷穿隧道架橋機的運行情況，進而實現(xiàn)對施工作業(yè)的精準控制。
3）中國的“挖隧道神器”——隧道掘進機。2015年12月24日，我國首臺雙護盾硬巖隧道掘進機（Tunnel Boring Machine，TBM）研制成功。該機器具有掘進速度快、適合較長隧道施工的特點。每臺隧道掘進機上均配備了采用物聯(lián)網(wǎng)技術的探測系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，如激震系統(tǒng)等，使用的傳感器包括接收傳感器、破巖震源傳感器、噪聲傳感器等。
顯然，隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，我國智能制造技術的潛能不斷被激發(fā)，呈現(xiàn)出了勃勃生機。
