工业互联网基础

工业互联网作为新一代信息通信技术与工业经济深度融合的全新工业生态、关键基础设施和新型应用模式，是加速数字化转型的基石。本书从工业互联网的发展历程、体系架构等角度切入，系统地介绍了工业互联网平台、工业大数据、工业App、边缘计算、网络互联、标识解析、安全体系等工业互联网基础知识和应用实践案例，使读者易于理解工业互联网概念，深刻把握工业互联网发展趋势，掌握其内在机理和核心技术，紧密贴合产业应用。本书知识性与实践性结合紧密，语言通俗易懂，可读性强，适合工业互联网领域的相关工程技术人员与管理人员阅读，也可作为本科、高职院校工业互联网相关专业课程的教材。

中国工业互联网研究院（简称“工联院”）子公司。工联院开展工业互联网相关的发展战略、规划、政策、标准研究，网络、平台、安全体系建设，国际交流与合作等工作。作为工业和信息化职业教育教学指导委员会工业互联网分委员会的主任委员单位，工联院积极组织开展工业互联网相关专业简介与教学标准的修制定工作，牵头研制了由人力资源和社会保障部和工业和信息化部联合颁布的《工业互联网工程技术人员国家职业技术技能标准》，开发完成“工业互联网设备数据采集”“工业互联网预测性维护”等职业技能等级证书标准，定期发布“工业互联人才白皮书”等人才领域研究报告，具备出色的工业互联网人才培养规划能力。

第 1章　工业互联网发展历程1 1.1　工业互联网产生的背景 2 1.1.1　传统制造模式变革的需求 2 1.1.2　新一代信息通信技术向工业应用演进 3 1.2　我国工业互联网发展情况 6 1.2.1　从两化融合到工业互联网 6 1.2.2　我国工业互联网应用发展成效 8 1.3　国外工业互联网发展情况 11 1.3.1　德国“工业4.0”发展情况 11 1.3.2　美国工业互联网发展情况 12 1.3.3　英国工业互联网发展情况 13 1.3.4　巴西工业互联网发展情况 14 第 2章　工业互联网体系架构 15 2.1　工业互联网定义及相关概念 16 2.1.1　工业互联网定义与内涵 16 2.1.2　工业互联网与相关概念的关联与区别 18 2.2　工业互联网体系架构介绍 20 2.2.1　工业互联网体系架构1.0 20 2.2.2　工业互联网体系架构2.0 21 2.3　工业互联网标准体系 25 2.3.1　工业互联网标准体系结构 25 2.3.2　基础共性标准 26 2.3.3　网络标准 27 2.3.4　边缘计算标准 29 2.3.5　平台标准 30 2.3.6　安全标准 33 2.3.7　应用标准 35 第3章　工业互联网平台 37 3.1　工业互联网平台概念 38 3.1.1　工业互联网平台定义 38 3.1.2　工业互联网平台类型 38 3.1.3　工业互联网平台核心作用 40 3.1.4　工业互联网平台本质 42 3.2　工业互联网平台功能架构 43 3.2.1　总体功能架构 43 3.2.2　边缘层 45 3.2.3　基础设施层 46 3.2.4　平台层 46 3.2.5　应用层 49 3.3　工业互联网平台应用场景 49 3.4　国内外工业互联网平台 51 3.4.1　国外典型工业互联网平台 51 3.4.2　国内典型工业互联网平台 54 第4章　工业大数据 61 4.1　工业大数据概念 62 4.1.1　工业大数据的定义 62 4.1.2　工业数据源 62 4.1.3　工业大数据的特点 63 4.2　工业大数据系统 64 4.2.1　工业大数据系统架构 64 4.2.2　数据采集技术 66 4.2.3　数据清洗技术 72 4.2.4　数据存储与查询技术 73 4.2.5　大数据处理技术 77 4.3　工业大数据分析 83 4.3.1　工业大数据建模路线 83 4.3.2　数据分析方法论 84 4.3.3　数据分析算法 85 4.4　工业大数据应用 95 4.4.1　应用场景 95 4.4.2　应用案例 97 4.5　工业大数据与工业互联网平台 105 4.6　工业大数据治理 106 4.6.1　工业数据分类分级 106 4.6.2　数据确权 108 4.6.3　企业数据治理 108 第5章　工业软件与工业App 113 5.1　工业软件 114 5.1.1　工业软件定义 114 5.1.2　工业软件类型 118 5.1.3　研发设计类工业软件 122 5.1.4　生产制造类工业软件 130 5.1.5　维修服务类工业软件 135 5.1.6　嵌入式软件 137 5.1.7　经营管理类工业软件 140 5.2　工业App 144 5.2.1　工业App定义与内涵 144 5.2.2　工业App的开发 150 5.2.3　工业App应用案例 157 5.3　工业App与工业软件的关系 160 5.3.1　工业App与传统工业软件的区别 161 5.3.2　工业App与传统工业软件的联系 162 5.3.3　工业App是传统工业软件新形态 163 第6章　边缘计算 165 6.1　边缘计算概念 166 6.1.1　边缘计算的定义与特点 166 6.1.2　工业互联网中的边缘计算 166 6.2　边缘计算在离散制造业中的应用 167 6.2.1　离散制造业转型发展对边缘计算能力的需求 167 6.2.2　离散制造业边缘计算架构 169 6.2.3　离散制造业边缘计算应用案例 171 6.3　边缘计算在流程制造业中的应用 174 6.3.1　流程制造业转型发展对边缘计算能力的需求 174 6.3.2　流程制造业边缘计算架构 176 6.3.3　流程制造业边缘计算应用案例 179 6.4　多接入边缘计算 180 6.4.1　多接入边缘计算概念 180 6.4.2　多接入边缘计算与5G的融合 181 6.4.3　多接入边缘计算与5G的融合应用案例 183 第7章　网络互联体系 187 7.1　网络互联架构 188 7.2　工厂内网互联 189 7.2.1　工厂内网典型架构 189 7.2.2　工厂内网常用通信技术 191 7.3　工厂外网互联 194 7.3.1　工厂外网典型架构 194 7.3.2　典型工厂外网网络技术 195 7.4　新型网络技术 201 7.4.1 5G 201 7.4.2 TSN 206 7.4.3 SDN 211 第8章　工业互联网标识解析体系 217 8.1　工业互联网标识解析的概念 218 8.2　工业互联网标识解析体系的功能架构 218 8.2.1　功能架构概述 218 8.2.2　标识编码 219 8.2.3　标识解析系统 222 8.2.4　标识载体 223 8.2.5　标识注册 224 8.2.6　标识解析 225 8.3　工业互联网标识解析体系的部署架构 226 8.4　工业互联网标识解析的工作原理 228 8.4.1 Ecode标头结构编码解析流程 228 8.4.2 Ecode通用结构编码解析流程 229 8.5　工业互联网标识解析的典型应用 230 8.5.1　工业互联网标识解析在可信数据采集行业中的应用 230 8.5.2　工业互联网标识解析在数据融合中的应用 233 第9章　工业互联网安全体系 237 9.1　工业网络安全威胁现状 238 9.1.1　工业网络攻击事件与攻击手段 238 9.1.2　安全威胁主要原因分析 240 9.2　工业互联网安全体系 241 9.2.1　工业互联网安全框架 241 9.2.2　工业设备安全防护 244 9.2.3　工业控制系统安全防护 245 9.2.4　工业互联网网络安全防护 247 9.2.5　工业互联网平台应用安全防护 248 9.2.6　工业互联网数据安全防护 251 9.3　工业互联网安全防护应用 253 9.3.1　汽车制造工厂安全防护案例 253 9.3.2　卷烟生产工厂安全防护案例 255 9.3.3　电站信息安全监管与预警平台建设案例 259 第 10章　工业互联网应用 265 10.1　工业互联网典型应用模式266 10.1.1　智能化制造 266 10.1.2　网络化协同 270 10.1.3　个性化定制 274 10.1.4　服务化延伸 277 10.1.5　数字化管理 280 10.2　工业互联网在企业的应用282 10.2.1　企业数字化转型解决方案一：装备制造企业智能工厂 282 10.2.2　企业数字化转型解决方案二：大数据技术驱动湛江钢铁 　　　 转型 286 10.2.3 企业数字化转型解决方案三：智慧水务运营管理平台打 　　　 通“信息孤岛” 290 10.3　工业互联网在产业集群的应用294 10.3.1　工业互联网在箱包皮具产业集群的应用 295 10.3.2　工业互联网在钢铁产业集群的应用 298 10.3.3　工业互联网在模具产业集群的应用 301 参考文献 304