邊緣計算使能工業互聯網

本書從工業視角出發，對製造業體系架構與發展過程進行回顧與總結，
並在工業互聯網的全新架構下，闡述邊緣計算給製造業帶來的改變。
首先詳細介紹了在工業互聯網+邊緣計算的背景下工業軟件的模式變革和標準化進程，
接著介紹工業邊緣計算中所需要的關鍵技術，包括確定性IP網絡、雙絞線以太網和先進物理層、
OPC UA TSN、DDS等新一代工業通信技術、工業4.0管理殼以及工業邊緣計算建模語言IEC 61499，
對工業邊緣計算的應用場景（包括參數尋優、熱備份冗餘、預測性維護以及數字孿生等）進行了系統介紹。
 

前言
第1章製造業中的控制與計算發展概貌1
1.1 綜述1
1.1.1 四次工業革命時期的製造自動化1
1.1.2 與製造業相關的控制理論的發展進程3
1.1.3 製造業控制和計算多級分層架構的發展進程4
1.2 流程工業和離散製造業的自動化發展進程8
1.2.1 流程工業的自動化發展進程8
1.2.2 離散製造業的自動化發展進程10
1.3 工業現場總線和工業以太網的發展歷程11
1.3.1 流程工業現場總線和工業以太網的發展歷程12
1.3.2 離散製造業現場總線和工業以太網的發展歷程14
第2章工業互聯網與邊緣計算發展現狀16
2.1 工業互聯網與邊緣計算16
2.1.1 邊緣計算16
2.1.2 工業環境下的邊緣計算17
2.1.3 工業邊緣的兩個視角21
2.1.4 在工業邊緣構建可靠的虛擬化和控制應用23
2.2 邊緣可編程工業控制器的發展27
2.2.1 數據共享是製造業未來的急切需要27
2.2.2 差異性是贏得市場競爭的重要手段28
2.2.3 邊緣可編程控制器是OT與IT融合的利器30
2.2.4 讓控制器具有內生的信息安全33
2.2.5 邊緣可編程控制器的軟件架構和配置36
2.2.6 小結38
第3章工業互聯網下邊緣計算體系架構39
3.1 工業邊緣計算體系架構39
3.1.1 工業系統體系架構變化39
3.1.2 工業互聯網雲平台+邊緣計算下的軟件新需求42
3.1.3 微服務架構與工業邊緣計算43
3.2 工業軟件新形態——工業App與工業應用市場46
3.2.1 工業邊緣應用新模式46
3.2.2 面向工業邊緣App的統一建模語言IEC 61499 49
3.2.3 輕量級容器化工業邊緣微服務應用的運行環境52
3.3 工業邊緣計算標準化進程53
3.3.1 IEEE P2805.1邊緣計算節點自我管理協議55
3.3.2 IEEE P2805.2邊緣計算節點數據採集、過濾與緩存管理協議55
3.3.3 IEEE P2805.3邊–雲協作機器學習協議56
第4章工業邊緣計算關鍵技術58
4.1 下一代工業邊緣通信技術58
4.1.1 工業以太網一網到底的發展58
4.1.2 單對雙絞線以太網和先進物理層65
4.1.3 OPC UA TSN 76
4.1.4 數據分發服務100
4.1.5 確定性IP網絡123
4.2 工業4.0管理殼125
4.2.1 工業4.0參考架構模型RAMI4.0和資產管理殼的概念125
4.2.2 工業4.0基本元件模型127
4.2.3 資產管理殼的基本結構130
4.2.4 工業4.0基本元件的開發實踐概述132
4.2.5 PLCopen關於AAS開發的進展142
4.3 工業邊緣計算建模語言IEC 61499 145
4.3.1 IEC 61499功能塊標準簡介145
4.3.2 IEC 61499與IEC 61131-3的區別151
4.3.3 IEC 61499應用前景153
4.4 工業邊緣計算與機器學習154
第5章工業邊緣計算潛在應用場景157
5.1 參數尋優157
5.2 熱備份冗餘159
5.3 預測性維護161
5.3.1 預測性維護的發展161
5.3.2 預測性維護的場景163
5.3.3 預測性維護的方法165
5.3.4 預測性維護的實現168
5.3.5 小結171
5.4 數字孿生171
5.4.1 數字孿生產生的背景172
5.4.2 數字孿生的特徵176
5.4.3 工業數字孿生181
5.4.4 邊緣架構中的數字孿生183
5.4.5 數字孿生應用場景分析185
結語190