描述
开 本: 16开纸 张: 胶版纸包 装: 平装-胶订是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787121412974
工业互联网技术从诞生之初,就是一类多学科交叉与综合集成技术,是一个国家基础设施重大系统工程实践的抓手。近几年,随着新一代人工智能、边缘计算、5G、区块链、数字孪生、新一代模型工程等新兴科学技术的快速发展与融合应用,以航天云网INDICS平台为代表的工业互联网平台及技术体系得到了不断完善,呈现出了更为多样的工业系统智能化特征,更大范围、更高效率、更加精准地实现了各种制造资源的优化配置,“企业有组织,资源无边界”的云制造生态正在形成。数据驱动的“智能制造、协同制造、云制造”,已成为制造业数字化转型升级的重要路径。
本书的版是在工业互联网开发实践的起步时期写成的,那时技术还不够成熟,应用的支撑案例相对较少,因此对一些发展问题的看法和技术思路的把握有一定的片面性。出版后,经过大量的实践检验,一些同行专家和很多读者提出了大量宝贵意见。基于此,我们结合近年来国际、国内工业互联网发展应用中涌现出的新技术、新实践和新趋势,从技术与实践两个方面,对本书全篇的安排进行调整,对各章内容进行全面的补充、校核、修订、完善,以期给关注工业互联网新进展的读者提供更加科学、翔实的参考。
发展工业互联网是一种全球性的产业竞争,是新一轮产业革命的战略。工业互联网的发展速度与我国的供给侧改革和产业转型升级的步骤几乎是一致的,正在有力地促进中国的产业变革进程,为企业带来难以估量的价值潜力。仅仅不到十年的时间,参与工业互联网开发、应用的企业已经推出了大量的成功案例,丰富了工业互联网的核心技术、发展模式、应用领域和产业形态等重要的要素内涵,为工业互联网的进一步发展打下坚实的基础。本书对工业互联网的发展方向、系统架构、关键技术、典型案例等进行深入研究,旨在能够与致力于工业互联网发展的各界人士分享在研究和应用中的体会,提供技术交流和发展模式探讨的渠道。
章 ? 概述
1.1 工业互联网兴起 //003
1.2 工业互联网概念 //015
1.3 工业互联网现状 //019
参考文献 //028
第二章 ? 工业互联网总体技术
2.1 工业互联网技术体系 //033
2.2 工业互联网体系架构 //034
2.3 工业互联网标准体系 //036
2.4 工业互联网产业模式 //044
参考文献 //055
第三章 ? 工业互联网基础技术
3.1 物联网技术 //059
3.2 网络通信技术 //062
3.3 云计算技术 //073
3.4 工业控制技术 //081
3.5 工业大数据技术 //089
3.6 建模仿真技术 //097
3.7 信息安全技术 //104
参考文献 //116
第四章 ? 工业互联网应用技术
4.1 网络化协同制造技术 //121
4.2 智能制造技术 //130
4.3 云制造技术 //141
参考文献 //145
第五章 ? 工业互联网与CPS、智能制造的关系
5.1 信息物理系统(CPS) //149
5.2 CPS是工业互联网的重要使能 //154
5.3 智能制造是工业互联网的关键应用 //158
参考文献 //162
第六章 ? 工业互联网应用解决方案
6.1 面向企业应用的智能云工厂解决方案 //165
6.2 面向园区应用的园区云解决方案 //177
6.3 面向行业应用的行业云解决方案 //184
6.4 面向区域应用的工业云解决方案 //191
参考文献 //198
第七章 ? 云制造
7.1 应用需求 //202
7.2 云制造的内涵 //204
7.3 云制造系统的体系架构和技术体系 //205
7.4 云制造系统的相关关键技术 //212
7.5 云制造的中国特色 //218
7.6 典型应用 //219
7.7 云制造的发展 //227
参考文献 //228
第八章 ? 国内外主流工业互联网平台分析
8.1 国内外主流工业互联网平台的趋同性 //232
8.2 国内外主流工业互联网的三类应用模式 //236
参考文献 //264
第九章 ? 航天云网
9.1 INDICS总体架构 //269
9.2 核心产品 //271
9.3 产品服务体系 //285
9.4 应用情况 //288
第十章 ? 工业互联网展望
10.1 工业互联网技术体系不断创新 //292
10.2 工业互联网加快推动产业变革 //294
参考文献 //296
致谢 ? //297
推荐序
李伯虎
中国工程院 院士
美国通用电气公司(General Electric Compary,GE公司)在2012年早提出了工业互联网的理念。目前,它已成为许多国家制造业向智能制造转型升级的一种重要的制造模式、手段与业态。针对由制造大国向制造强国发展的战略需求,我国也提出了类似的理念,如制造云和工业云等。从宏观上讲,这些理念均以互联网为基础,将人、产品、制造装备、数据、智能分析系统等智能地连接在一起,构成一个赛博空间与物理空间融合的智能制造系统,从而大大提高制造业的创新能力、制造能力和服务能力,实现工业的再次革命。当进一步深入分析各种工业互联网的模式、手段和业态时,我们将发现其各自提出并实现的系统具有各自不同的背景与特色。本书中重点论述的是由中国航天科工集团有限公司(简称“中国航天科工集团”)研制开发的制造云,它就是一种以我国学者提出的智慧云制造的模式、手段和业态为基础而构成的智能制造系统。智慧云制造的内涵是,基于泛在网络,借助新兴的制造科学技术、信息通信科学技术、智能科学技术及制造应用领域技术等四类技术深度融合的数字化、网络化、智能化技术手段,构成以用户为中心、统一经营的智慧制造资源与能力的服务云(网),使用户通过智慧终端及智慧云制造服务平台随时随地按需获取智慧制造资源与能力,对制造全系统、全生命周期活动(产业链)中的人、机、物、环境、信息进行自主智慧地感知、互联、协同、学习、分析、认知、决策、控制与执行,促进制造全系统与全生命周期活动中的人/组织、经营管理、技术/设备(三要素),以及信息流、物流、资金流、知识流、服务流(五流)的集成优化,终形成互联化、服务化、协同化、个性化(定制化)、柔性化、社会化的智慧制造新模式和“泛在互联、数据驱动、共享服务、跨界融合、自主智慧、万众创新”的新业态,进而高效、优质、节省、绿色、柔性地制造产品和服务用户,提高企业(或集团)的市场竞争能力。
中国航天科工集团开发的制造云——航天云网,是一种具有中国特色的工业互联网。它围绕提高制造企业市场竞争力的目标,以工业化与信息化融合为主线,基于中国制造业信息化工作,突出了以大国向强国迈进转型升级的需求牵引制造系统的建设,以建立智慧云制造新模式、新手段、新生态为核心,以工业2.0/3.0/4.0同步发展为途径,发挥“政、产、学、研、金、用”的团队力量,构建了“众智、众包、众扶、众筹”的“大众创业,万众创新”新局面,进而实现了高效、优质、节省、绿色、柔性地制造产品和服务用户的目的。实践表明,航天云网是实施我国“互联网 ”行动计划的一个典型范例。
航天云网中的INDICS平台是我国自主研发打造的中国首个、世界首批工业互联网平台。它集产业互联网、开放创业和生产性服务业于一体,以云制造为核心业务模式,通过国内外产业要素与优质资源的高效横向整合和共享,支持构建“线上与线下相结合、制造与服务相结合、创新与创业相结合”的新业态,适应互联网经济新业态的云端生态;它通过打造面向企业的创新平台,支持构建数字化工厂和智能制造系统。
本书作者基于他们及其团队的探索与实践,较完整地论述了工业互联网的总体技术、基础技术及应用技术,研究了工业互联网、信息物理系统、智能制造的概念及三者间的关系,介绍了相关产业、应用生态、行业的成功案例,阐明了工业互联网在推动企业转型、行业变革与生态提升方面的重要意义。本书对深入揭示工业互联网的技术本质具有重要的意义和参考价值,将为全球制造业转型升级和产业变革做出积极的贡献。
我与本书的作者及他们的团队相熟多年,并一直保持密切合作。魏毅寅教授多年从事复杂大系统工程研制工作,他作为国际宇航科学院院士,拥有深厚的理论基础和独到的观点。柴旭东教授长期从事复杂产品多学科虚拟样机工程、智慧云制造等领域的技术研究,有着丰富的行业工作经验。我见证和亲历了中国航天科工集团在工业互联网领域的开创性实践,并深为他们严谨治学的态度和只争朝夕的拼搏精神所感动。
我很高兴,也很激动地看到作者就工业互联网理论和实践以成书形式与大家分享,我期待并相信本书能够为读者更全面地了解工业互联网及为促进工业互联网更深入的研究、应用与发展提供重要的参考和全新的体验。
前 言
工业互联网的发展和我国的供给侧结构性改革、产业转型升级的进程几乎是一致的,正在有力地推动中国的产业变革,为企业带来难以估量的价值。仅仅不到十年的时间,参与工业互联网开发、应用的企业已经推出了大量的成功案例,丰富了工业互联网的核心技术、发展模式、应用领域和产业形态等重要的要素内涵,为工业互联网的进一步发展打下了坚实的基础。
美国、德国、中国、日本等主要工业国家依据各自的产业基础、技术优势,促使工业互联网沿着不同的演进路径迅速扩散,在发展重点、应用方向、产业价值等方面形成了各具特色的范式。但是在数字化、网络化、智能化、云化的时代背景下,工业互联网对产业发展作用为整体趋势向智慧互联、价值共享、开放协作的数字时代互联网经济方向发展。供给侧给企业提供了智能制造和智慧服务的丰富选择,能显著提高企业生产效率、产品质量、管理效益等内部管理价值和市场竞争力;需求侧能够直接为用户提供个性化定制和产品增值服务,符合节约资源、分享价值的绿色发展理念,有较好的经济效益和社会效益。
特别是在我国,国家各部委、各级政府密集出台加快产业数字化转型、“上云用数赋智”的政策措施,数字产业化、产业数字化发展迅猛。工业互联网作为支撑制造资源泛在连接、弹性供给、高效配置的关键载体,成为推动制造业转型、提质、升级和实体经济高质量发展的新引擎。“云经济”“线上经济”发展迅猛,企业智能化、共享经济需求开始爆发式增长。2020年中央经济工作会议指出,要大力发展数字经济,加快5G、工业互联网、数据中心、人工智能等新型基础设施建设。2021年1月13日工业和信息化部发布《工业互联网创新发展行动计划(2021—2023年)》,明确指出未来三年将深入实施工业互联网创新发展战略,推动工业化和信息化在更广范围、更深程度、更高水平上融合发展。工业互联网已成为推动我国实体经济与数字经济融合发展的重要新型基础设施,已成为政府数字化治理和企业数字化转型的重要支撑。
工业互联网作为一种全新的产业模式与产业形态,以互联网为基础融合新一代信息技术和工业系统,包含信息技术领域及工业的全系统、全要素和全过程,是一项具有前瞻性及全局性的复杂系统工程。这种实践性的理论体系在形成和发展过程中融入了鲜明的中国特色。工业互联网发展理念的丰富内涵和落地实践的理论及技术创新,不仅植根于中国完整的工业体系和制造业丰富业态,更为重要的是源自系统工程的全局观和对产业链的整体优化认知,来源于新时代中国特色的社会制度优势和工业化道路特点。
工业互联网技术从诞生之初,就是一类多学科交叉与综合集成技术,是一个国家基础设施重大系统工程实践的抓手。近几年,随着新一代人工智能、边缘计算、5G、区块链、数字孪生、新一代模型工程等新兴科学技术的快速发展与融合应用,以航天云网INDICS平台为代表的工业互联网平台及技术体系得到了不断完善,呈现出了更为多样的工业系统智能化特征,更大范围、更高效率、更加精准地实现了各种制造资源的优化配置,“企业有组织,资源无边界”的云制造生态正在形成。数据驱动的“智能制造、协同制造、云制造”,已成为制造业数字化转型升级的重要路径。
这本书的版是在工业互联网开发实践的起步时期写成的,那时技术还不够成熟,应用的支撑案例相对较少,因此对一些发展问题的看法和技术思路的把握有一定的片面性。出版后,经过大量的实践检验,一些同行专家和很多读者提出了大量宝贵意见。基于此,我们结合近年来国际、国内工业互联网发展应用中涌现出的新技术、新实践和新趋势,从技术与实践两个方面,对本书全篇的安排进行调整,对各章内容进行全面的补充、校核、修订、完善,以期给关注工业互联网新进展的读者提供更加科学、翔实的参考。
同时,工业互联网作为一项快速发展与推广中的综合性工程技术,由于我们的研究实践受应用领域和应用阶段的局限,本书内容在研究的水平、广度和深度上还很不够,其中的错误和不足之处在所难免,欢迎读者批评指正。
工业互联网时代才刚刚开启,无论是技术还是产业应用,都有巨大的发展空间,研究和应用工业互联网的企业或机构可以在现有的网络、计算、通信、制造信息化等方面发挥创造力,丰富其中的技术内涵和应用模式,为新的互联网时代的工业进步探索更有效率的发展途径。 ——李伯虎(中国工程院院士)
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