工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 鄔賀銓 于海斌 楊善林
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- 作者:鄔賀銓 于海斌 楊善林
- 出版時間:2025/4/1
- ISBN:9787111776352
- 出 版 社:機械工業(yè)出版社
- 中圖法分類:F403-39
- 頁碼:
- 紙張:膠版紙
- 版次:
- 開本:16開
本書將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)理論知識、關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用進行了全面的剖析和深入的解讀。全書共七章:首先,簡要介紹了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展背景以及國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀;其次,從工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)、平臺、安全、智能決策四個維度展開,詳細闡述了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心原理與關(guān)鍵技術(shù);最后,以航空航天裝備制造、石油生產(chǎn)、鐵礦采選等行業(yè)為背景,深入講解了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實際應(yīng)用及成效。本書內(nèi)容凝練,重點突出,適合作為高等院?刂、自動化、計算機、通信等專業(yè)的高年級本科生和研究生的教學(xué)用書,也可以作為從事工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)開發(fā)的工程師和研究者的參考用書。
簡要介紹了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展背景以及國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀;其次,從工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)、平臺、安全、智能決策四個維度展開,詳細闡述了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心原理與關(guān)鍵技術(shù);最后,以航空航天裝備制造、石油生產(chǎn)、鐵礦采選等行業(yè)為背景,深入講解了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實際應(yīng)用及成效。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是新一代信息通信技術(shù)與工業(yè)制造技術(shù)深度融合的全新工業(yè)生態(tài)、關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施和新型應(yīng)用模式,通過人、機、物的安全可靠互聯(lián),實現(xiàn)全生產(chǎn)要素、全產(chǎn)業(yè)鏈、全價值鏈的全面連接,顯著提升制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展水平,形成全新的工業(yè)生產(chǎn)制造和服務(wù)體系,推動制造業(yè)生產(chǎn)方式和企業(yè)形態(tài)的根本性變革。為了加強卓越工程師培養(yǎng),組織編寫了戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域“十四五”高等教育系列教材,本書是該系列教材的重要組成部分,圍繞工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展背景、體系架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)以及實際應(yīng)用展開了全面深刻的剖析,幫助讀者清晰認識工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)如何不斷顛覆傳統(tǒng)制造模式、生產(chǎn)組織方式和產(chǎn)業(yè)形態(tài)。在發(fā)展背景方面,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)作為第四次工業(yè)革命的重要基石和關(guān)鍵支撐,已成為國家綜合實力的重要標志。在體系架構(gòu)方面,世界各國競相發(fā)布參考架構(gòu),旨在明確工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展方向、技術(shù)路徑和實施策略,從而在新一輪工業(yè)革命中搶占有利地位。我國先后發(fā)布了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu)1.0 和2.0,為我國的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展指明了方向。在關(guān)鍵技術(shù)方面,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系涵蓋了網(wǎng)絡(luò)、平臺、安全、數(shù)據(jù)等重要方面。其中,網(wǎng)絡(luò)是基礎(chǔ),平臺是核心,安全是保障,數(shù)據(jù)是支撐。在實際應(yīng)用方面,面向不同行業(yè),可對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)進行定制化設(shè)計和應(yīng)用,包括以航空航天為代表的離散制造業(yè)和以石油礦山為代表的流程工業(yè)。隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展,它已成為發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力、促進新型工業(yè)化建設(shè)、構(gòu)建現(xiàn)代化經(jīng)濟體系、實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展和塑造全球競爭力的重要載體。本書在大量參考國內(nèi)外論著、標準、白皮書等文獻的基礎(chǔ)上,結(jié)合編者在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的理論研究、技術(shù)攻關(guān)和工程實踐等成果編著而成。全書共七章:第1 章介紹了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的基本概念,著重從工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展歷程、本質(zhì)特征以及應(yīng)用前景等方面探討了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的重要意義;第2 章介紹了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu),詳細闡述了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的國內(nèi)外參考架構(gòu)、技術(shù)體系和標準體系;第3 章介紹了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù),從工廠內(nèi)網(wǎng)、外網(wǎng)角度講述了現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)、工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)等主流工業(yè)通信技術(shù),以及標識解析、軟件定義網(wǎng)絡(luò)、集成互操作等新技術(shù);第4 章介紹了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺技術(shù),從工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺架構(gòu)開始,詳細講述了邊緣層、IaaS 層、PaaS 層和SaaS 層的關(guān)鍵技術(shù);第5 章介紹了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全技術(shù),著重從設(shè)備安全、控制安全、網(wǎng)絡(luò)安全、平臺安全和數(shù)據(jù)安全五方面展開了詳細介紹,并展示了部分工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全專用設(shè)備;第6 章介紹了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)智能決策技術(shù),以智能制造生態(tài)系統(tǒng)模型為基礎(chǔ),介紹了產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)以及供應(yīng)鏈管理過程中的智能決策技術(shù);第7 章介紹了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)賦能智能制造的典型案例,以航空航天、石油、礦山等實體經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)為背景,展現(xiàn)了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的典型應(yīng)用模式以及在企業(yè)和產(chǎn)業(yè)集群中的應(yīng)用成效。本書由鄔賀銓院士、于海斌院士、楊善林院士主編。鄔賀銓院士對全書的體系框架進行了梳理和指導(dǎo),于海斌院士對全書的知識圖譜構(gòu)建和具體內(nèi)容撰寫進行了詳細指導(dǎo),楊善林院士對全書的課程建設(shè)進行了系統(tǒng)規(guī)劃。第1 章和第2 章由許馳撰寫,第3 章由鄭萌撰寫,第4 章由王挺、邵帥撰寫,第5 章由梁煒撰寫,第6 章由曾鵬撰寫,第7 章由王軍義、程海波、潘福成、李歆撰寫。于海斌和許馳對全書進行統(tǒng)稿和精修。本書的編寫得到了諸多指導(dǎo)和幫助!感謝中國科學(xué)院沈陽自動化研究所相關(guān)科研團隊為本書提供了大量工程實踐素材,使得本書獨具一格,易于理解。感謝本書參考文獻的所有作者,他們對本書的撰寫起到了重要啟發(fā)作用。感謝機械工業(yè)出版社領(lǐng)導(dǎo)和編輯團隊對本書出版的大力支持。感謝國家自然科學(xué)基金“未來工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)”重大研究計劃項目(編號:92267108) 的支持,它為本書提供了重要的研究成果支撐。本書可以作為高等院校控制、電氣、通信、計算機相關(guān)專業(yè)本科生、研究生的教材,也可以作為從事工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域相關(guān)工作的研究人員和工程技術(shù)人員的參考書。由于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的概念新穎,技術(shù)體系具有前瞻性,產(chǎn)業(yè)架構(gòu)的擴展性、融合性較強,本書在撰寫時難免會出現(xiàn)錯誤或者紕漏,懇請廣大讀者批評指正,為我們提出寶貴意見,給予幫助指導(dǎo)!
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目 錄序前言第1 章 緒論 11.1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的提出與發(fā)展 11.1.1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的提出 11.1.2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展 31.1.3 國內(nèi)外政策與發(fā)展現(xiàn)狀 61.2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的概念與特征 101.2.1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的定義 101.2.2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵 111.2.3 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的特征 121.3 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)賦能智能制造 131.3.1 智能制造對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的需求 131.3.2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)支撐智能制造的應(yīng)用成效 14參考文獻 16第2 章 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu) 192.1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu) 192.1.1 中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu) 192.1.2 美國IIRA 242.1.3 德國RAMI 4.0 262.1.4 國內(nèi)外參考架構(gòu)的區(qū)別與聯(lián)系 292.2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系 302.2.1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 302.2.2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺技術(shù) 342.2.3 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全技術(shù) 382.3 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的標準體系 452.3.1 基礎(chǔ)共性標準 452.3.2 網(wǎng)絡(luò)標準 462.3.3 邊緣計算標準 492.3.4 平臺標準 502.3.5 安全標準 522.3.6 應(yīng)用標準 54參考文獻 55第3 章 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 593.1 工廠內(nèi)網(wǎng)技術(shù) 593.1.1 Modbus 593.1.2 PROFINET 613.1.3 EtherCAT 633.1.4 TSN 663.1.5 PON 703.1.6 WIA-PA 743.1.7 ISA100.11a 783.2 工廠外網(wǎng)技術(shù) 793.2.1 DetNet 803.2.2 DIP 843.2.3 NB-IoT 873.2.4 LoR 893.2.5 5 913.3 標識解析技術(shù) 943.3.1 互聯(lián)網(wǎng)標識解析 943.3.2 物聯(lián)網(wǎng)標識解析 953.3.3 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標識解析 963.4 軟件定義與集成技術(shù) 983.4.1 SDN 993.4.2 OPC 102參考文獻 105第4 章 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺技術(shù) 1084.1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺架構(gòu) 1084.1.1 邊緣層 1084.1.2 IaaS 層 1094.1.3 PaaS 層 1104.1.4 SaaS 層 1114.2 邊緣層:邊云協(xié)同 1124.2.1 設(shè)備接入 1124.2.2 協(xié)議解析 1134.2.3 數(shù)據(jù)存儲 1134.2.4 數(shù)據(jù)發(fā)布 1144.3 IaaS 層:基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù) 1154.3.1 計算虛擬化技術(shù) 1164.3.2 存儲虛擬化技術(shù) 1194.3.3 網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù) 1214.3.4 基礎(chǔ)設(shè)施管理平臺 1224.4 PaaS 層:平臺即服務(wù) 1244.4.1 容器管理與編排服務(wù) 1244.4.2 數(shù)據(jù)湖倉 1254.4.3 服務(wù)總線 1274.4.4 平臺開發(fā)組件 1284.4.5 平臺運行部署管理組件 1354.5 SaaS 層:軟件即服務(wù) 1364.5.1 研發(fā)設(shè)計類APP 1364.5.2 生產(chǎn)制造類APP 1404.5.3 運維服務(wù)類APP 1454.5.4 經(jīng)營管理類APP 149參考文獻 154第5 章 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全技術(shù) 1565.1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全框架 1565.1.1 典型工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全防護框架 1575.1.2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全防護內(nèi)容 1595.2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備安全 1615.2.1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備管理安全 1625.2.2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備硬件安全 1635.2.3 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備軟件安全 1655.3 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)控制安全 1665.3.1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)控制安全風(fēng)險 1665.3.2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)控制安全防護 1705.3.3 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)控制安全評估 1745.4 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)安全 1765.4.1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)域間安全 1765.4.2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)域內(nèi)安全 1795.5 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺安全 1815.5.1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺接入安全 1825.5.2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺組件安全 1845.5.3 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)安全 1865.6 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)安全 1875.6.1 工業(yè)數(shù)據(jù)采集安全 1885.6.2 工業(yè)數(shù)據(jù)存儲安全 1905.6.3 工業(yè)數(shù)據(jù)處理安全 1935.6.4 工業(yè)數(shù)據(jù)共享安全 1945.6.5 工業(yè)數(shù)據(jù)銷毀安全 1955.7 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全專用設(shè)備 1965.7.1 態(tài)勢感知類專用設(shè)備 1965.7.2 主動防護類專用設(shè)備 1995.7.3 被動監(jiān)測類專用設(shè)備 2005.7.4 數(shù)據(jù)安全類專用設(shè)備 2015.7.5 安全管理類專用設(shè)備 202參考文獻 203第6 章 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)智能決策技術(shù) 2076.1 智能制造生態(tài)系統(tǒng)模型 2076.1.1 產(chǎn)品生命周期 2076.1.2 生產(chǎn)系統(tǒng)生命周期 2106.1.3 供應(yīng)鏈管理業(yè)務(wù)周期 2126.2 產(chǎn)品設(shè)計過程中的決策 2156.2.1 產(chǎn)品設(shè)計決策的需求分析 2156.2.2 產(chǎn)品設(shè)計決策的關(guān)鍵技術(shù) 2176.3 生產(chǎn)過程中的決策 2216.3.1 生產(chǎn)過程決策的需求分析 2216.3.2 生產(chǎn)過程決策的關(guān)鍵技術(shù) 2236.4 供應(yīng)鏈管理中的決策 2306.4.1 供應(yīng)鏈決策的需求分析 2316.4.2 供應(yīng)鏈決策的關(guān)鍵技術(shù) 233參考文獻 240第7 章 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)賦能制造業(yè)經(jīng)典案例 2427.1 航空航天裝備定制化制造 2427.1.1 需求與挑戰(zhàn) 2427.1.2 基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的柔性可重構(gòu)制造系統(tǒng) 2447.1.3 建設(shè)和應(yīng)用成效 2587.2 油田網(wǎng)絡(luò)化廣域協(xié)同生產(chǎn) 2597.2.1 需求與挑戰(zhàn) 2597.2.2 基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的采注協(xié)同生產(chǎn)系統(tǒng) 2657.2.3 建設(shè)和應(yīng)用成效 2737.3 鐵礦采選全流程工藝優(yōu)化 2787.3.1 需求與挑戰(zhàn) 2787.3.2 基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的鐵礦采選全流程優(yōu)化管控系統(tǒng) 2867.3.3 建設(shè)和應(yīng)用成效 299參考文獻 302總結(jié)與展望 305附錄 縮略語表 308