前言

第1章制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制造自動化1
1.1.2與制造業相關的控制理論的發展進程3
1.1.3制造業控制和計算多級分層架構的發展進程4
1.2流程工業和離散制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離散制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離散制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數據共享是制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繫架構39
3.1工業邊緣計算體繫架構39
3.1.1工業繫統體繫架構變化39
3.1.2工業互聯網雲平臺 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 6149949
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
3.3.1IEEE P2805.1邊緣計算節點自我管理協議55
3.3.2IEEE P2805.2邊緣計算節點數據采集、過濾與緩存管理協議55
3.3.3IEEE 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
4.1.3OPC UA TSN76
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.件模型127
4.2.3資產管理殼的基本結構130
4.2.4工業4.件的開發實踐概述132
4.2.5PLCopen關於AAS開發的進展142
4.3工業邊緣計算建模語言IEC 61499145
4.3.1IEC 61499功能塊標準簡介145
4.3.2IEC 61499與IEC 61131-3的區別151
4.3.3IEC 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數字孿生的特征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

隨著工業互聯網時代的來臨，制造業正在經歷著一場前所未有的變革。工業互聯網、智能制造、工業4.0等新概念層出不窮，推動制造業的信息化與智能化快速發展。另外，隨著芯片、通信與儲存技術的不斷提升，工業現場設備的綜合性能獲得了極大的提高。為充分利用現場設備資源，邊緣計算應運而生，從而使得過去不可能實現的智能變成可能。在工業互聯網的推進過程中，OT與IT融合難的問題越發明顯，一邊是以IT企業領銜的工業互聯網平臺大規模挺進，另一邊是以OT企業領銜的制造繫統信息化水平不斷提升，但工業互聯網平臺始終無法與制造繫統完全雙向互通，實現智能算法與模型的真正落地。邊緣計算將成為OT與IT融合的紐帶，它是工業互聯網的實際載體，同時也是兩化融合的重要一環。
本書從制造業的控制與計算發展開始，分別以離散制造業和流程工業為例，回顧工業繫統中控制與通信的發展歷史，進而介紹工業互聯網與邊緣計算的起源與發展，以及一些國外現有的邊緣計算架構及案例；接著，解析工業互聯網 邊緣計算的新體繫架構及其對工業軟件的影響，並且進一步介紹基於微服務的工業邊緣App以及應用市場將對工業項目開發模式的改變；然後，介紹一些邊緣計算中時間敏感網絡（TSN）、OPC UA與管理殼、繫統級建模語言IEC 61499和下一代IP等新技術，以及這些技術對工業的影響；後，對一些潛在的工業邊緣計算應用場景進行介紹，並對需求以及挑戰進行分析。
本書從OT從業者的角度出發，對工業互聯網 邊緣計算架構做出了新的詮釋，詳細講解了OT與IT融合的關鍵問題以及技術路徑，為工業互聯網應用落地指明了方向，同時也為工業自動化、信息化、智能化的實施提供了有效的路徑。希望本書能為OT與IT從業者提供聯繫的橋梁和紐帶。