工業互聯網導論（微課版）

王道平，畢業於清華大學計算機系，現為北京科技大學經濟管理學院管理科學與工程系教授、博士生導師，主要研究方向為智能管理系統、供應鏈與物流管理、大數據技術與應用等，承擔多項國家自然科學基金課題和省部級課題，主編了《現代物流信息技術》、《供應鏈管理》、《大數據處理》等教材，其中1部被評為北京高校優質本科教材，2部被評為北京市高等教育精品教材。

項目1　工業互聯網概述 1

【項目引入】　1

【知識目標】　1

【能力目標】　1

【素質目標】　2

【學習路徑】　2

【知識準備】　2

1.1　工業互聯網的起源和發展　2

1.1.1　工業互聯網的起源　3

1.1.2　工業互聯網的發展歷程　4

1.1.3　工業互聯網的發展動力　5

1.2　工業互聯網的內涵和特征　7

1.2.1　工業互聯網的定義　7

1.2.2　工業互聯網的內涵　7

1.2.3　工業互聯網的特征　8

1.2.4　工業互聯網的價值　11

1.2.5　工業互聯網的作用　12

1.3　工業互聯網的發展現狀和趨勢　12

1.3.1　國內工業互聯網的發展現狀　13

1.3.2　國外工業互聯網的發展現狀　15

1.3.3　工業互聯網的發展趨勢　18

【實訓演練】　20

實訓1　工業互聯網相關概念辨析　20

實訓2　工業互聯網相關政策探究　20

【項目小結】　21

【練習題】　21

【拓展演練】　23

項目2　工業互聯網架構　24

【項目引入】　24

【知識目標】　24

【能力目標】　24

【素質目標】　25

【學習路徑】　25

【知識準備】　25

2.1　工業互聯網技術架構　25

2.1.1　感知層　26

2.1.2　網絡層　28

2.1.3　平臺層　30

2.1.4　應用層　32

2.2　工業互聯網體系架構　34

2.2.1　工業互聯網網絡體系　35

2.2.2　工業互聯網安全體系　39

2.2.3　工業互聯網標準體系　43

2.3　工業互聯網參考架構　46

2.3.1　我國工業互聯網參考架構　47

2.3.2　美國工業互聯網參考架構　49

2.3.3　德國“工業4.0”參考架構　50

2.3.4　日本工業互聯網參考架構　51

【實訓演練】　51

實訓1　使用阿裏雲工業互聯網平臺的

雲服務器ECS部署並使用

Docker　51

實訓2　使用阿裏雲工業互聯網平臺的

雲防火墻防護公網流量　54

【項目小結】　58

【練習題】　58

【拓展演練】　60

項目3　工業互聯網平臺體系　61

【項目引入】　61

【知識目標】　61

【能力目標】　61

【素質目標】　62

【學習路徑】　62

【知識準備】　62

3.1　工業互聯網平臺體系架構　62

3.1.1　邊緣層　63

3.1.2　基礎設施層　64

3.1.3　平臺層　65

3.1.4　應用層　66

3.2　工業互聯網平臺應用場景

和實例　67

3.2.1　工業互聯網平臺應用場景　67

3.2.2　工業互聯網平臺實例　71

3.3　工業互聯網平臺發展趨勢　77

3.3.1　工業互聯網平臺不斷升級　77

3.3.2　工業互聯網平臺關鍵技術加速

演進　79

3.3.3　工業互聯網平臺生態日趨

形成　79

【實訓演練】　81

實訓1　使用阿裏雲工業互聯網平臺進行數據應用與可視化搭建　81

實訓2　《工業互聯網平臺 企業應用水平與績效評價》（GB/T 41870—

2022）學習　84

【項目小結】　85

【練習題】　85

【拓展演練】　86

項目4　工業互聯網基礎技術　87

【項目引入】　87

【知識目標】　87

【能力目標】　87

【素質目標】　88

【學習路徑】　88

【知識準備】　89

4.1　工業大數據技術　89

4.1.1　工業大數據的內涵與來源　89

4.1.2　工業大數據的特征　90

4.1.3　工業大數據的核心技術　92

4.1.4　工業大數據在工業互聯網中的

應用場景　96

4.2　雲計算技術　97

4.2.1　雲計算的概念與特征　97

4.2.2　雲計算的優勢　99

4.2.3　雲計算在工業互聯網中的應用

實例　101

4.3　物聯網技術　102

4.3.1　物聯網技術的內涵與特征　102

4.3.2　物聯網體系架構　103

4.3.3　物聯網在工業互聯網中的應用

場景和實例　104

4.4　網絡通信技術　107

4.4.1　網絡通信技術的內涵與分類　107

4.4.2　有線網絡通信技術　108

4.4.3　無線網絡通信技術　109

4.4.4　5G網絡在格力電器公司的

應用　109

4.5　數字孿生技術　110

4.5.1　數字孿生的起源與概念　110

4.5.2　數字孿生技術體系　112

4.5.3　數字孿生在工業互聯網中的應

用場景和實例　114

4.6　人工智能技術　116

4.6.1　人工智能的概念與發展　116

4.6.2　人工智能的關鍵技術　118

4.6.3　人工智能在工業互聯網中的應

用場景和實例　120

【實訓演練】　122

實訓1　使用華為雲工業互聯網平臺的設備接入服務實現雲端雙向

通信　122

實訓2　數字孿生實踐探究　127

【項目小結】　128

【練習題】　128

【拓展演練】　129

項目5　工業互聯網標識技術　130

【項目引入】　130

【知識目標】　130

【能力目標】　130

【素質目標】　131

【學習路徑】　131

【知識準備】　131

5.1　物體標識技術　131

5.1.1　條碼技術概述　132

5.1.2　常見的一維條碼　134

5.1.3　常見的二維條碼　135

5.1.4　射頻識別技術　137

5.2　場景記錄技術　139

5.2.1　電荷耦合器件　139

5.2.2　CMOS圖像傳感器　141

5.2.3　網絡攝像機　143

5.3　位置定位技術　145

5.3.1　全球定位系統　145

5.3.2　地理信息系統　147

5.3.3　北鬥衛星導航系統　150

5.4　工業互聯網標識技術應用場景　152

5.4.1　智能化生產　152

5.4.2　網絡化協同　154

5.4.3　服務化延伸　155

【實訓演練】　156

實訓1　使用Word軟件制作QR碼　156

實訓2　北鬥衛星導航系統相關事件

探究　159

【項目小結】　160

【練習題】　160

【拓展演練】　162

項目6　工業互聯網邊緣計算　163

【項目引入】　163

【知識目標】　163

【能力目標】　163

【素質目標】　164

【學習路徑】　164

【知識準備】　164

6.1　邊緣計算概述　164

6.1.1　邊緣計算的概念和特征　165

6.1.2　邊緣計算的發展歷程　166

6.1.3　邊緣計算與雲計算的比較　170

6.2　邊緣計算參考架構3.0　170

6.2.1　邊緣計算參考架構3.0概述　171

6.2.2　商業視圖　172

6.2.3　使用視圖　173

6.2.4　功能視圖　174

6.2.5　部署視圖　180

6.3　邊緣計算在工業互聯網中的

應用　181

6.3.1　工業互聯網對邊緣計算的

需求　181

6.3.2　邊緣計算在工業互聯網中的

應用特點　182

6.3.3　邊緣計算在工業互聯網中的

應用場景　183

【實訓演練】　184

實訓　華為Atlas 500智能小站運行環境搭建　184

【項目小結】　186

【練習題】　187

【拓展演練】　188

項目7　工業互聯網安全　189

【項目引入】　189

【知識目標】　189

【能力目標】　190

【素質目標】　190

【學習路徑】　190

【知識準備】　190

7.1　工業互聯網安全概述　190

7.1.1　工業互聯網安全的概念　191

7.1.2　網絡空間安全概述　193

7.1.3　工業互聯網安全問題分析　194

7.2　工業互聯網安全防護概述　195

7.2.1　工業互聯網安全目標　196

7.2.2　工業互聯網安全防護內容　196

7.2.3　工業互聯網安全防護措施　198

7.3　工業互聯網安全標準　200

7.3.1　我國工業互聯網安全標準

進展　200

7.3.2　國外工業互聯網安全標準

進展　201

7.3.3　工業互聯網安全標準體系　202

【實訓演練】　203

實訓1　震網病毒攻擊事件探究　203

實訓2　網絡空間安全戰略探究　204

【項目小結】　204

【練習題】　205

【拓展演練】　206

項目8　工業互聯網行業應用　207

【項目引入】　207

【知識目標】　207

【能力目標】　207

【素質目標】　208

【學習路徑】　208

【知識準備】　208

8.1　工業互聯網在重工行業的應用　208

8.1.1　相關企業簡介　208

8.1.2　數字賦能打造智慧工廠　210

8.1.3　“5G﹢工業互聯網”應用

場景　210

8.2　工業互聯網在物流行業的應用　211

8.2.1　相關企業簡介　211

8.2.2　順豐DHL“貨到人”分揀

系統　213

 

8.2.3　穿梭式自動化貨架系統　214

8.3　工業互聯網在電力行業的應用　216

8.3.1　相關企業簡介　216

8.3.2　“5G+工業互聯網”助力智能

電網　216

8.3.3　應用效果　217

8.4　工業互聯網在港口行業的應用　218

8.4.1　相關企業簡介　218

8.4.2　天津移動助力打造智慧港口　219

8.4.3　解鎖世界港口難題的“萬能

之鑰”　221

8.5　工業互聯網在鋼鐵行業的

應用　221

8.5.1　相關企業簡介　221

8.5.2　“5G+工業互聯網”開啟智能

制造　222

8.5.3　應用效果　223

【實訓演練】　224

實訓1　研讀《工業互聯網創新發展行動

計劃（2021—2023年）》　224

實訓2　工業互聯網典型應用場景

和重點行業實踐探究　224

【項目小結】　225

【練習題】　225

【拓展演練】　227

參考文獻　228