现代工业系统集成技术

本书介绍第四次工业革命背景下的工业（信息）系统集成技术，内容涵盖两大部分。靠前部分主要阐述现代工业企业信息化与自动化系统深度融合的信息化集成系统的体系结构、软件技术。重点说明工业企业信息化集成系统的层次结构及关键层次系统集成机制，特别是与制造过程和生产活动相关的系统信息集成机制。阐述系统集成的4要素：系统应用需求分析；开放的系统集成平台；接口技术以及构建基础系统的通信系统。同时介绍视频信息系统集成、地理信息系统集成和语音信息系统集成应用中的技术问题。第二部分介绍智慧城市系统集成技术、智能交通系统集成技、城市轨道交通系统集成技术及煤炭领域信息化集成系统系统集成技术的应用案例。

魏晓东，清华同方公司不错工程师，长期从事工业信息化系统特别是轨道交通系统的控制系统、信号系统等系统集成工作，具有丰富的工程实践经验。

第0章概论1
0.1工业革命与工业4.01
0.1.1第一次工业革命1
0.1.2第二次工业革命2
0.1.3第三次工业革命2
0.2第四次工业革命纲领——工业4.03
0.3工业4.0新工业革命的特点4
0.4信息物理系统（CPS）——新工业革命的基础8
0.4.1信息物理系统（CPS）释义8
0.4.2工业4.0中的CPS11
0.4.3工业4.0CPS的动态配置生产方式14
0.5企业信息化集成系统15
0.5.1我国工业信息化的发展与信息化集成系统15
0.5.2工业企业信息化集成系统总体层次架构17
0.5.3工业企业信息化集成系统组成18
0.5.4工业企业信息化集成系统也是工业企业的CPS系统19
0.6系统集成商与系统集成19
0.6.1概述19
0.6.2系统集成商与系统集成20
0.6.3系统集成的基本问题23
0.7工业4.0的系统集成技术26
0.7.1价值网络的横向集成26
0.7.2跨越整个价值链的端到端工程数字集成27
0.7.3纵向集成28
0.7.4信息化集成系统内的系统集成29
第一篇系统集成技术基础
第1章现代工业信息化集成系统及其系统集成内涵34
1.1工业企业信息化集成系统34
1.1.1控制（制造）系统35
1.1.2企业（信息化）系统38
1.2信息化集成系统体系层次结构与功能39
1.2.1信息化集成系统体系层次结构39
1.2.2信息化集成系统功能图谱41
1.3信息化集成系统关键层次的系统集成42
1.3.1第4层与第3层的信息集成内涵43
1.3.2MES层生产活动分析46
1.4生产运行管理信息集成分析47
1.4.1生产运行管理活动模型47
1.4.2生产运行管理内涵48
1.5维护运行管理信息集成分析51
1.5.1维护运行管理的活动模型52
1.5.2维护运行管理的主要活动53
1.6质量运行管理信息集成分析55
1.6.1质量测试运行的活动模型56
1.6.2质量测试运行管理主要活动57
1.7库存运行管理信息集成分析59
1.7.1库存运行管理活动模型59
1.7.2库存运行管理主要活动60
1.8制造运行中的其他管理活动62
1.9企业系统的系统集成通则与实现64
1.9.1企业系统集成通则64
1.9.2企业系统集成的实现65
第2章系统集成应用需求分析72
2.1应用需求分析的一般方法72
2.1.1应用需求分析的4个过程72
2.1.2需求分析的两个阶段78
2.1.3SRS的模板80
2.2工业信息化集成系统需求分析83
2.2.1工业信息化集成系统信息化规划与总需求84
2.2.2工业信息化系统集成系统功能需求分析85
2.2.3工业信息化系统集成系统性能需求89
2.2.4工业信息化集成系统建设要求90
2.3专业板块信息化集成系统应用需求分析92
2.3.1专业板块信息化集成应用的总需求92
2.3.2专业数据主题分析96
2.4工厂（矿）生产执行系统应用需求分析99
2.4.1厂（矿）级（H1）MES应用需求分析99
2.4.2一个数字化制造车间生产执行系统应用需求分析102
2.4.3生产（制造）执行系统在新工业革命中的意义105
2.5工业4.0时代信息化集成系统应用需求106
2.5.1关于信息化集成系统的规划106
2.5.2企业信息化和制造自动化智能化的用户需求107
2.5.3企业信息化集成系统软件工程需求107
第3章系统集成软件平台110
3.1软件集成导论110
3.1.1软件集成对象110
3.1.2软件集成面临的挑战111
3.1.3软件集成方式112
3.1.4软件集成原则112
3.1.5软件集成方法115
3.2软件集成技术115
3.2.1中间件技术115
3.2.2通信中间件技术116
3.2.3消息中间件技术121
3.2.4数据集成技术123
3.3软件集成架构125
3.3.1软件架构概述125
3.3.2软件架构模式126
3.3.3分层分布式软件架构设计131
3.3.4CORBA架构135
3.3.5J2EE架构136
3.3.6NET架构139
3.4软件集成设计案例143
3.4.1总体结构143
3.4.2总体设计145
3.4.3关键技术选用146
3.4.4功能与实现149
3.5系统集成软件平台小结153
第4章系统集成接口开发与管理154
4.1系统集成接口需求154
4.1.1接口应用要求154
4.1.2接口实施要求157
4.2系统集成接口形式158
4.2.1硬接线形式159
4.2.2串行通信159
4.2.3现场总线161
4.2.4TCP/IP通信161
4.2.5分布组件和服务162
4.2.6其他形式163
4.3系统集成接口协议163
4.3.1接口协议结构163
4.3.2接口协议示例166
4.4接口可靠性设计170
4.4.1接口失效形式170
4.4.2失效预防措施171
4.4.3失效诊断措施171
4.4.4冗余容错措施173
4.4.5差错纠正措施177
4.5接口软件开发177
4.5.1接口软件需求177
4.5.2接口软件结构178
4.5.3接口驱动程序179
4.5.4接口软件配置180
4.5.5信息集成模式181
4.6系统集成接口管理182
4.6.1生命周期模型182
4.6.2技术活动管理183
4.6.3接口质量控制184
4.6.4接口描述规范186
4.6.5用AIP描述接口188
第5章系统化集成系统的通信系统193
5.1系统集成对通信系统的功能需求193
5.2通信系统的技术方案194
5.2.1同步数字传输系列（SDH）195
5.2.2开放传输系统（OTN）196
5.2.3异步转移模式（ATM）197
5.2.4多业务传送平台（MSTP）198
5.2.5以太网传输技术199
5.2.6弹性分组环（RPR）技术200
5.2.7分组传送网（PTN）201
5.2.8MSTP+技术202
5.3通信系统的应用203
5.3.1某城市轨道交通线路传输系统MSTP应用案例203
5.3.2某城市轨道交通线路传输系统MSTP内嵌RPR应用案例205
5.3.3某能源中心工业以太网应用案例207
5.3.4某矿井工业以太网应用案例210
5.3.5某城际轨道交通OTN应用案例211
5.3.6某城市轨道交通ISCS系统网络应用案例1213
5.3.7某城市轨道交通ISCS系统网络应用案例2216
5.3.8某城市轨道交通信号系统应用案例219
5.4TD-LTE222
5.4.1概述222
5.4.2车地移动通信应用案例224
5.4.3“天眼”工程应用案例228
5.5数字集群通信系统232
5.5.1几个主要的流派232
5.5.2TETRA数字集群的应用234
第6章视频信息系统集成238
6.1视频信息技术概述238
6.1.1视频信息技术发展历程238
6.1.2视频信息核心技术239
6.2视频信息系统软件平台241
6.2.1视频信息系统架构241
6.3视频信息系统功能246
6.3.1视频智能监控246
6.3.2视频智能防控247
6.3.3视频智能分析248
6.3.4卡口数据检索249
6.3.5运维管理250
6.4视频信息系统集成技术核心——视频内容智能分析及应用251
6.4.1视频图像处理技术251
6.4.2视频辅助分析技术258
6.5视频信息系统行业集成建设263
6.5.1企业生产管理263
6.5.2智慧城市266
第7章地理信息系统集成269
7.1地理信息系统的基本概念269
7.2地理信息系统的体系结构270
7.2.1混合结构270
7.2.2分层结构272
7.2.3统一结构272
7.3云GIS的发展273
7.3.1云GIS的定义273
7.3.2云GIS的优势274
7.3.3云GIS进一步发展所需的关键技术275
7.4地理信息系统的集成与二次开发276
7.4.1组件GIS及GIS的组件化276
7.4.23S集成系统277
7.4.3地理信息系统的二次开发282
7.5地理信息系统的集成应用284
7.5.1地理信息系统在城市排水管网中的应用284
7.5.2地理信息系统在环境工程中的应用294
第8章语音信息系统集成302
8.1语音技术简介302
8.1.1语音增强302
8.1.2语音编码304
8.1.3语音合成308
8.1.4语音识别311
8.1.5声纹识别314
8.2网络语音通信（VoIP）系统317
8.2.1VoIP原理318
8.2.2VoIP的系统构成318
8.2.3VoIP关键技术319
8.2.4VoIP语音质量标准321
8.2.5展望322
8.3车载语音导航系统322
8.3.1系统介绍323
8.3.2系统部署329
8.3.3系统难点330
8.3.4展望331
8.4机器翻译系统331
8.4.1系统介绍331
8.4.2机器翻译的基本过程332
8.4.3机器翻译的理论和方法334
8.4.4展望341
8.5语音技术展望342
第9章企业信息化集成系统中的信息安全问题345
9.1企业信息化集成系统信息安全背景345
9.2企业（信息）系统信息安全解决方案346
9.2.1企业（信息）系统信息安全现状346
9.2.2企业（信息）系统全生命周期信息安全分析347
9.2.3企业（信息）系统需求分析阶段的信息安全347
9.2.4企业（信息）系统设计与开发阶段的信息安全解决方案348
9.2.5企业（信息）系统测试与验收阶段的信息安全解决方案350
9.2.6企业（信息）系统维护阶段的信息安全解决方案350
9.2.7企业（信息）系统淘汰阶段的信息安全解决方案351
9.3企业信息化集成中的信息安全设计351
9.3.1企业（信息）系统信息安全建模352
9.3.2静态防御架构设计353
9.3.3动态监控平台设计355
9.4工业控制系统信息安全解决方案356
9.5企业信息化集成中的技术与产品360
9.5.1信息安全防护类技术与产品361
9.5.2信息安全加固类技术与产品363
9.5.3信息安全检测类技术与产品367
9.5.4工业控制系统信息安全管理平台376
9.6系统集成中的信息安全管理379
9.6.1信息安全管理组织结构379
9.6.2信息安全管理制度380
9.6.3信息安全管理职责383
9.7系统集成中的信息安全运行维护384
第10章信息化集成系统的云计算与大数据387
10.1云计算的总体架构388
10.1.1云计算核心架构389
10.1.2云计算平台架构389
10.2云计算架构关键技术395
10.2.1超大规模资源调度算法395
10.2.2异构集成技术397
10.2.3与应用无关的可靠性保障技术399
10.2.4单VM及多VM的弹性伸缩技术401
10.2.5计算近端I/O性能加速技术401
10.2.6网络虚拟化技术401
10.2.7应用管理自动化技术403
10.3云计算核心架构竞争力衡量403
10.4云计算解决方案及应用场景405
10.4.1桌面云405
10.4.2存储云405
10.4.3IDC托管云406
10.4.4企业私有云407
10.4.5大数据分析云409
10.4.6数据库云410
10.5大数据平台核心技术与架构411
10.6企业级Hadoop413
10.6.1ApacheHadoop起源413
10.6.2企业级Hadoop总体框架414
10.7未来大数据应用415
10.7.1身边的大数据415
10.7.2大数据将重构新的商业思维和商业模式416
第二篇系统集成技术应用
第11章智慧城市建设中的系统集成技术420
11.1智慧城市概述420
11.1.1智慧城市概念420
11.1.2智慧城市发展历史420
11.1.3智慧城市的系统集成技术及特点421
11.2智慧城市集成共享平台架构与组成424
11.2.1集成共享平台的建设理念424
11.2.2集成共享平台的体系架构424
11.2.3集成共享平台的功能及技术特点425
11.3智慧城市的基础网络426
11.3.1智慧城市的基础网络架构426
11.3.2智慧城市基础网络的通信技术427
11.4智慧城市大数据分析429
11.4.1智慧城市的大数据来源及特征429
11.4.2智慧城市中大数据系统框架430
11.5智慧城市各领域集成应用432
11.5.1智慧城市顶层设计432
11.5.2应急系统435
11.5.3平安城市439
11.5.4智慧城管443
11.5.5智慧医疗446
11.5.6智慧旅游452
11.5.7低碳节能458
第12章智能交通的系统集成技术462
12.1城市智能交通系统ITS的组成462
12.1.1智能交通系统的分类462
12.1.2城市道路智能交通系统的信息集成架构464
12.2城市客运交通枢纽综合管理的信息集成与应用473
12.2.1城市客运交通枢纽信息化集成系统473
12.2.2交通枢纽综合管理信息系统的关键技术和设计476
12.2.3交通管理系统的关键技术和设计484
12.2.4客流管理系统的关键技术和设计489
12.2.5虹桥枢纽室内无线分布系统的集成技术494
第13章城市轨道交通综合监控系统的系统集成技术496
13.1概论496
13.1.1城市轨道交通信息化集成系统496
13.1.2城市轨道交通自动化监控系统497
13.2综合监控系统构成499
13.2.1中央级系统构成501
13.2.2车站级系统构成501
13.2.3车辆段系统构成502
13.2.4网络构成502
13.2.5软件架构503
13.3接口技术509
13.3.1综合监控系统接口技术概论509
13.3.2综合监控系统接口开发规范过程511
13.4城市线网指挥中心系统520
13.4.1城市线网指挥中心概述520
13.4.2TCC运营管理模式521
13.4.3TCC系统总体架构522
第14章煤炭领域信息化系统的信息集成技术528
14.1煤炭领域集成需求分析528
14.2煤炭领域集成架构设计532
14.3煤炭领域系统集成标准534
14.3.1服务调用集成方式535
14.4煤炭领域纵向集成案例解析537
14.5煤炭领域横向集成案例解析543
14.6煤炭领域全面集成应用效果548
14.6.1业务与IT全面集成方法548
14.6.2企业信息系统全面集成效果552
14.7煤炭领域工业4.0应用展望556
14.7.1生产执行层556
14.7.2设备监控层556
14.7.3采煤作业层557
14.8小结558
参考文献559
编后记561