边缘计算使能工业互联网

本书从工业视角出发，对制造业体系架构与发展过程进行回顾与总结，并在工业互联网的全新架构下，阐述边缘计算给制造业带来的改变。首先详细介绍了在工业互联网+边缘计算的背景下工业软件的模式变革和标准化进程，接着介绍工业边缘计算中所需要的关键技术，包括确定性IP网络、双绞线以太网和优选物理层、OPC UA TSN、DDS等新一代工业通信技术、工业4.0管理壳以及工业边缘计算建模语言IEC 61499，对工业边缘计算的应用场景（包括参数寻优、热备份冗余、预测性维护以及数字孪生等）进行了系统介绍。

前言
第1章制造业中的控制与计算发展概貌1
1.1综述1
1.1.1四次工业革命时期的制造自动化1
1.1.2与制造业相关的控制理论的发展进程3
1.1.3制造业控制和计算多级分层架构的发展进程4
1.2流程工业和离散制造业的自动化发展进程8
1.2.1流程工业的自动化发展进程8
1.2.2离散制造业的自动化发展进程10
1.3工业现场总线和工业以太网的发展历程11
1.3.1流程工业现场总线和工业以太网的发展历程12
1.3.2离散制造业现场总线和工业以太网的发展历程14
第2章工业互联网与边缘计算发展现状16
2.1工业互联网与边缘计算16
2.1.1边缘计算16
2.1.2工业环境下的边缘计算17
2.1.3工业边缘的两个视角21
2.1.4在工业边缘构建可靠的虚拟化和控制应用23
2.2边缘可编程工业控制器的发展27
2.2.1数据共享是制造业未来的急切需要27
2.2.2差异性是赢得市场竞争的重要手段28
2.2.3边缘可编程控制器是OT与IT融合的利器30
2.2.4让控制器具有内生的信息安全33
2.2.5边缘可编程控制器的软件架构和配置36
2.2.6小结38
第3章工业互联网下边缘计算体系架构39
3.1工业边缘计算体系架构39
3.1.1工业系统体系架构变化39
3.1.2工业互联网云平台+边缘计算下的软件新需求42
3.1.3微服务架构与工业边缘计算43
3.2工业软件新形态——工业App与工业应用市场46
3.2.1工业边缘应用新模式46
3.2.2面向工业边缘App的统一建模语言IEC6149949
3.2.3轻量级容器化工业边缘微服务应用的运行环境52
3.3工业边缘计算标准化进程53
3.3.1IEEEP2805.1边缘计算节点自我管理协议55
3.3.2IEEEP2805.2边缘计算节点数据采集、过滤与缓存管理协议55
3.3.3IEEEP2805.3边–云协作机器学习协议56
第4章工业边缘计算关键技术58
4.1下一代工业边缘通信技术58
4.1.1工业以太网一网到底的发展58
4.1.2单对双绞线以太网和优选物理层65
4.1.3OPCUATSN76
4.1.4数据分发服务100
4.1.5确定性IP网络123
4.2工业4.0管理壳125
4.2.1工业4.0参考架构模型RAMI4.0和资产管理壳的概念125
4.2.2工业4.0基本元件模型127
4.2.3资产管理壳的基本结构130
4.2.4工业4.0基本元件的开发实践概述132
4.2.5PLCopen关于AAS开发的进展142
4.3工业边缘计算建模语言IEC61499145
4.3.1IEC61499功能块标准简介145
4.3.2IEC61499与IEC61131-3的区别151
4.3.3IEC61499应用前景153
4.4工业边缘计算与机器学习154
第5章工业边缘计算潜在应用场景157
5.1参数寻优157
5.2热备份冗余159
5.3预测性维护161
5.3.1预测性维护的发展161
5.3.2预测性维护的场景163
5.3.3预测性维护的方法165
5.3.4预测性维护的实现168
5.3.5小结171
5.4数字孪生171
5.4.1数字孪生产生的背景172
5.4.2数字孪生的特征176
5.4.3工业数字孪生181
5.4.4边缘架构中的数字孪生183
5.4.5数字孪生应用场景分析185
结语190