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出版者:人民邮电出版社

作者:顾洪军

出品人:

页数:423

译者:

出版时间:2002-4

价格:43.0

装帧:平装

isbn号码:9787115102126

丛书系列:

图书标签:

• 工业网络
• 现场总线
• 工业自动化
• PLC
• DCS
• 通信协议
• 数据采集
• 过程控制
• 智能制造
• 工业互联网

《现代制造业的数字化转型：基于物联网与边缘计算的深度融合》 图书简介 在当今全球制造业加速迈向工业4.0的浪潮中，传统的生产模式正经历着前所未有的深刻变革。这场变革的核心驱动力，在于新一代信息通信技术与传统工业流程的深度融合。本书《现代制造业的数字化转型：基于物联网与边缘计算的深度融合》，正是聚焦于这一前沿领域，旨在为工程技术人员、系统架构师以及关注智能制造发展的研究学者，提供一套系统、深入且实用的理论框架与实践指导。 本书并非简单地罗列技术概念，而是立足于工业生产的实际需求，剖析如何通过先进的数字化手段，实现生产效率的飞跃、运营成本的优化以及产品质量的提升。我们明确，本书的核心关注点在于物联网（IoT）在工业环境中的应用架构（IIoT），以及边缘计算（Edge Computing）如何作为实现低延迟、高可靠性实时控制与决策的关键技术支撑。 第一部分：数字化转型的宏观视野与基础架构 本部分首先为读者构建一个清晰的数字化转型蓝图。我们从战略层面探讨了“智能工厂”的内涵与外延，解析了数字化转型不仅仅是设备联网，更是数据驱动的决策体系的重塑。 智能工厂的层次化模型重构： 详细阐述了从现场层（感知与执行）、控制层（数据采集与协调）到运营管理层（MES/ERP集成）的整体架构。我们重点分析了如何打破传统的“信息孤岛”，建立起垂直与水平双向贯通的数据流。 工业物联网（IIoT）的关键要素： 深入剖析了IIoT在数据采集、传输、存储和分析中的核心作用。内容涵盖了工业级传感器、执行器、数据预处理单元的选型标准，以及面向工业环境的通信协议标准（如MQTT的工业优化配置、OPC UA的互操作性机制）。 数据治理与安全基石： 强调在高度互联的环境下，数据的质量和安全性是转型的生命线。本章详述了工业数据的生命周期管理，从数据源的认证、传输加密到存储合规性，构建起面向工业控制系统的安全防护体系。 第二部分：边缘计算：实现实时决策的引擎 在工业场景中，云端处理虽然强大，但其固有的网络延迟难以满足高精度、高频率的控制需求。本书将大量篇幅用于探讨边缘计算如何弥补这一短板，成为工业智能的“神经末梢”。 边缘计算在工业中的必要性与部署模型： 明确了边缘计算在满足毫秒级响应时间、保障数据主权与隐私、以及应对网络不确定性等方面的核心价值。我们对比分析了集中式云架构、分布式边缘架构以及混合云边缘部署的优劣，并提供了针对不同生产场景（如高速装配线、重型机械远程监控）的最佳实践部署模型。 资源受限环境下的计算优化： 工业边缘设备往往面临功耗、散热和计算能力的严格限制。本章细致讲解了轻量化容器技术（如Docker在嵌入式系统中的应用）、模型压缩与剪枝技术，确保复杂的AI算法能够在资源受限的边缘侧高效运行。 实时数据处理与本地闭环控制： 重点介绍如何利用边缘计算能力，实现数据在现场的清洗、聚合和实时分析。这包括基于时间序列数据库（TSDB）的快速查询、基于流处理框架的异常检测，以及如何构建快速响应的本地控制回路，避免对云端网络的过度依赖。 第三部分：前沿应用与技术融合实践 本部分将理论与前沿技术相结合，展示数字化转型在具体业务场景中的落地效果。 基于边缘智能的预测性维护（PdM）： 详细阐述了如何通过在边缘侧部署振动分析、电流特征识别等机器学习模型，实现对关键设备的早期故障预警。内容包括特征工程的工业化处理、模型训练与边缘部署的持续集成/持续部署（CI/CD）流程。 增强现实（AR）与数字孪生（Digital Twin）的边缘赋能： 探讨了如何利用边缘计算的低延迟特性，支撑复杂的数字孪生模型的实时渲染和交互。特别关注AR辅助维修和操作指导，如何通过边缘MEC（Multi-access Edge Computing）加速高清视频流处理和空间定位，提升一线人员的工作效率和准确性。 柔性制造与动态调度： 面对小批量、多品种的生产需求，系统必须具备快速重构能力。本章分析了如何通过IIoT采集的实时状态数据和边缘计算的快速任务分配，实现生产资源的动态调度和工艺参数的自适应调整，支撑柔性制造线的快速切换。 面向读者 本书适合于： 1. 工业自动化、控制工程、计算机科学与技术等相关专业的在校高年级本科生及研究生。 2. 从事智能制造系统集成、工厂自动化升级改造的工程师和技术顾问。 3. 企业中负责信息化与运营技术（IT/OT）融合的高级管理人员和架构师。 本书力求以严谨的学术深度和高度的工程实用性相结合，帮助读者全面掌握构建新一代智能制造体系所需的核心技术栈。通过本书的学习，读者将能够清晰地规划和实施符合未来趋势的数字化工厂战略。

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这本书，**《工业企业网与现场总线技术及应用》**，我得说，它真的抓住了工业自动化领域的核心脉搏。从我个人的阅读体验来看，这本书在系统架构的讲解上达到了一个非常高的水准。它不仅仅是简单地罗列各种总线协议，而是深入剖析了不同网络层级在现代智能工厂中的功能定位和相互协作机制。比如，对于ISA-95模型中不同层级的数据流转和信息集成，作者构建了一套清晰的理论框架，这对于我们理解ERP、MES与控制系统之间如何无缝对接至关重要。我印象特别深刻的是它对实时以太网（如Profinet, EtherCAT）的对比分析，作者没有止步于速度和带宽的比较，而是着重探讨了它们在确定性、抖动控制以及功能安全集成方面的差异化优势。书中对OPC UA这种跨平台、面向服务的架构的阐述，更是体现了其前瞻性，它清晰地展示了如何构建一个面向未来的、可互操作的工业信息物理系统（CPS）。这本书的深度足以让一个有经验的工程师对现有系统有一个更宏观、更本质的认识，同时，它严谨的逻辑推导也为初学者铺设了一条扎实的理论基石，避免了陷入具体协议的碎片化学习泥潭。

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从一个经常需要处理遗留系统升级和新系统规划的工程师角度来看，这本书的实用价值体现在其对“兼容性”和“演进性”的深刻洞察。它非常细致地分析了如何将传统的串行通信（如Modbus RTU）平滑地过渡到基于TCP/IP的现代网络架构中，尤其是在边缘计算和云连接日益紧密的今天，数据采集网关的设计原则和协议转换层的实现细节被阐述得非常透彻。书中提供的协议栈对比图谱，简洁明了地展示了从底层到应用层协议的映射关系，这极大地简化了我进行不同协议栈选型和评估的工作量。更值得称赞的是，作者对工业协议的标准化工作（如IEC和ISO的推动）的介绍，让我们明白技术背后的商业和规范力量，这对于制定长期的技术路线图至关重要。这本书提供的不仅仅是技术细节，更是一种系统性的、面向长期运营的思维框架。

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读完这本书，我感觉就像是经历了一次对现代制造执行系统（MES）和车间控制网络的全景式扫描。这本书的价值在于它的实用性和前瞻性达到了一个完美的平衡点。它对网络拓扑结构的选择和优化策略的讨论，非常贴合实际生产线的痛点，尤其是在高密度传感器网络和大量设备互联的场景下，如何进行有效的QoS保障和故障诊断，书中提供了详尽的案例分析和技术路线图。最让我耳目一新的是关于工业信息安全的章节，这在很多同类教材中往往是泛泛而谈的。而本书则系统地介绍了从物理层加密到应用层认证的全方位安全体系构建方法，结合了IEC 62443标准的要求，使得读者能够真正掌握如何为工业控制系统（ICS）构建一道坚不可摧的数字防线。这种将“控制”与“信息安全”紧密结合的视角，是当前工业4.0时代背景下，任何技术人员都无法回避的关键议题。全书的图表设计精良，复杂的数据流和网络结构被清晰地可视化，极大地提升了阅读效率和理解深度。

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这本书的知识密度令人称奇，但组织结构却出乎意料地流畅。它并没有将所有技术堆砌在一起，而是遵循着从基础通信理论到企业级数据集成，再到新兴物联网（IIoT）应用的逻辑递进关系。对我个人而言，受益最大的是关于时间敏感网络（TSN）的介绍部分。TSN作为未来工业以太网的终极形态，书中不仅解释了其基于IEEE 802.1Qbv/Qbv等标准的技术内涵，更重要的是，它模拟了TSN在超大规模分布式控制系统中的部署挑战，例如节点的同步、边界时钟的配置以及与传统设备的互操作性问题。作者没有回避这些现实中的技术难题，反而将其作为深化学习的契机，引导读者思考解决方案。这种务实而不失学术深度的写作方式，让这本书超越了普通的技术教程，更像是一份面向未来十年工业网络架构的白皮书，为我们规划了技术演进的路径图。

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这本书的行文风格非常沉稳、严谨，带着一种老派工科教科书特有的求真精神，但又不失对新兴技术的敏感度。我特别欣赏它在阐述现场总线技术时，那种对底层物理层、数据链路层细节的深度挖掘。例如，对于CAN总线的仲裁机制和CSMA/CD协议在不同负载下的性能表现，作者用了大量的篇幅进行数学建模和仿真验证，这使得我对总线冲突的根源和应对措施有了更深刻的理解，而不仅仅是停留在“知道有冲突”的层面。此外，书中对于不同行业标准（如汽车电子中的FlexRay、过程控制中的HART/Fieldbus Foundation）的适用场景和技术壁垒进行了细致的比较，这对于从事跨行业系统集成的工程师来说，是极为宝贵的参考资料。它不是一本单纯的“如何配置”的手册，而是深入到“为什么这样做”的底层原理之中，这种探究精神，是区分优秀技术著作和平庸参考书的关键所在。

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