随着工业互联网、工业大数据、人工智能等技术与工业制造技术的深度融合，制造业的生产制造模式、产业组织方式、商业运行机制正在发生深刻变革，推动新技术、新产品、新模式、新业态不断涌现，并形成制造业转型升级的智能制造浪潮。工业互联网作为连接工业全系统、全产业链、全价值链的关键基础设施，是支撑工业智能化发展、推动产业高质量改造升级、促进虚拟经济和实体经济深度融合的核心载体，也是我国实现以数字化、网络化、智能化为主要特征的新一轮工业革命的重要赋能技术。经过国内外学术界与工业界持续不断的理论创新和实践探索，工业互联网目前已从概念形成进入到应用实践推广新阶段，渗透到了工业的各个行业，在与制造、能源、交通、医疗、服务等行业的融合集成中，初步显现了其巨大的生命力和创造力，为进一步创造新的优质生产力和发展动能奠定了基础，也使得具备工业互联网思维的高质量智能制造人才需求越发强烈。在此背景下，由机械工业出版社策划及出版、工业互联网赋能智能制造系列教材编写委员会编写的工业互联网赋能智造系列教材，旨在工业互联网的前沿进展与最新成果，以及工业互联网技术在智能制造等重点领域的探索实践，从工业互联网的发展背景、关键技术与行业应用出发，构建涵盖基础知识、重点方向、综合实践三个模块的教材体系，形成覆盖全面、层次清晰的工业互联网知识架构，通过教材内容在先进性、系统性和教学适应性等方面的有机统一，满足培养兼具多领域基础知识和跨行业创新实践能力的复合型人才要求，促进高校中智能制造工程、物联网工程等新兴专业人才培养。本书作为工业互联网技术的导论性教材，在编写过程中强调体系性、融合性与工程导向的有机统一。围绕工业互联网在智能制造中的基础性与枢纽性作用，构建由体系架构、关键技术到融合应用逐层展开的内容框架，力图从整体视角揭示工业互联网支撑制造系统数字化、网络化与智能化演进的内在逻辑。在内容组织上，本书以工业互联网参考架构为主线，将网络、平台与安全等核心要素与边缘计算、区块链、人工智能、大数据及数字孪生等关键技术进行系统整合，突出多技术协同驱动下的工业系统演化特征，强化读者对复杂技术体系之间关联关系的理解。在方法表达上，注重从机理层面对关键技术进行概括性阐述，并结合典型工业场景，对技术实现路径与应用模式进行结构化分析，以增强理论认知与工程实践之间的衔接。本书在编写过程中兼顾知识体系的规范性与教学应用的适配性，通过图示化表达与流程化描述相结合的方式，提高内容的可读性与易理解性，使读者能够在掌握基本理论的基础上，逐步建立面向实际工程问题的问题分析能力与技术应用能力。本书力求在工业互联网相关理论、关键技术与典型应用之间建立系统联系，为读者构建较为完整的认知框架，并为进一步开展智能制造领域的学习与研究提供基础支撑。本书的出版得到了国家自然科学基金（编号：52375485、U24A20262）、国家重点研发计划（编号：2022YFB3305003）、上海市自然科学基金（编号：22ZR1403000）的资助。本书由张洁任主编，吕佑龙、汪俊亮、张朋参与编写。研究生赵博、左丽玲、朱子洵、王明、任杰、杨博等参加了部分书稿整理工作，在此对他们一并表示感谢。本书的编写参考了大量文献，已在参考文献中一一罗列，若有疏忽未标注的，敬请有关作者谅解，同时表示由衷的感谢。另外，机械工业出版社的编辑们也为本书的出版付出了大量心血，在此表示由衷感谢！工业互联网作为智能制造的重要赋能技术，正处在迅速发展与不断融合应用之中，由此形成的技术内涵与业务场景也在不断丰富，已引起越来越多的研究和应用人员的关注。由于编者的水平和能力有限，书中疏漏之处在所难免，在此欢迎广大读者批评指正。

本书基于理论与实践相结合的原则，针对智能制造的重要基础工业互联网展开介绍，注重工业互联网的系统性介绍，说明工业互联网在智能制造中的基石作用和应用情况。全书分为4篇11章，第1章作为基础知识篇，概述工业互联网的背景、概念及其与智能制造的关系；第2～5章作为功能体系篇，在概述工业互联网架构的基础上，分别从网络、平台、安全三大方面介绍工业互联网的主要内容；第6～8章作为重点技术篇，介绍工业互联网的感知、边缘计算和区块链等关键技术；第9～11章作为融合应用篇，介绍人工智能、大数据与数字孪生等的技术内容及其与工业互联网的融合应用。

本书基于理论与实践相结合的原则，针对智能制造的重要基础工业互联网展开介绍，注重工业互联网的系统性介绍，说明工业互联网在智能制造中的基石作用和应用情况。全书分为4篇11章，第1章作为基础知识篇，概述工业互联网的背景、概念及其与智能制造的关系；第2～5章作为功能体系篇，在概述工业互联网架构的基础上，分别从网络、平台、安全三大方面介绍工业互联网的主要内容；第6～8章作为重点技术篇，介绍工业互联网的感知、边缘计算和区块链等关键技术；第9～11章作为融合应用篇，介绍人工智能、大数据与数字孪生等的技术内容及其与工业互联网的融合应用。本书可作为高等院校智能制造工程、物联网工程、机械工程、自动化、计算机等专业;工业互联网相关课程教材，也可为智能制造相关科研人员、企业从业人员提供技术指导，为制造业数字化、网络化、智能化的咨询和实施人员提供参考。

前言第1篇工业互联网基础知识第1章工业互联网概述211工业互联网背景2111工业互联网发展2112工业互联网产业生态概况712工业互联网概念8121工业互联网定义8122工业互联网内涵8123工业互联网特点9124工业互联网价值1113工业互联网与智能制造12131技术维度13132系统维度14133业务维度15习题16参考文献16第2篇工业互联网功能体系第2章工业互联网架构1821工业互联网参考标准18211工业互联网标准化建设内容19212工业互联网标准化的发展方向2022工业互联网参考架构23221多维视角23222系统特性2423物联网参考体系架构24231感知层25232网络层26233应用层2724中国工业互联网体系架构2028241网络体系29242平台体系30243安全体系31244应用体系33习题34参考文献34第3章工业互联网网络3531工业互联网网络概述3532工业互联网网络组成35321工厂内部网络36322工厂外部网络3733工业互联网通信类型38331有线网络38332无线网络3934工业互联网通信技术41341工业现场总线技术41342工业以太网技术43343OPC技术44344TSN技术463455G技术47习题48参考文献49第4章工业互联网平台5041工业互联网平台概述50411工业互联网平台的定位50412工业互联网平台的作用5142工业互联网平台参考架构53421边缘层54422工业IaaS层55423工业PaaS层55424工业App层5643工业互联网平台的核心技术56431边缘层核心技术56432工业IaaS层核心技术57433工业PaaS层核心技术59434工业App层核心技术6044国内外典型工业互联网平台61441全球工业互联网平台市场整体态势61442美国典型工业互联网平台61443中国典型工业互联网平台64444其他国家典型工业互联网平台65习题66参考文献66第5章工业互联网安全6751工业互联网安全概述67511工业互联网安全威胁67512工业互联网安全发展趋势6852工业互联网安全标准69521工业互联网安全法律法规体系69522工业互联网安全政策演进70523工业互联网安全标准与核心参考框架7253工业互联网安全体系75531工业互联网安全体系结构75532物理安全防护76533信息资产安全7954工业互联网安全防御技术81541网络隔离与访问控制81542数据加密与身份认证82543入侵检测与攻击防御83544应用程序白名单84习题84参考文献84第3篇工业互联网重点技术第6章工业互联网感知技术8761工业互联网感知技术需求8762工业互联网感知关键技术87621传感器技术87622自动识别技术89623标识解析技术92624多源数据融合技术9463工业互联网感知技术应用实例97631光纤企业标识解析平台97632汽车生产线自动识别与数据融合系统97习题98参考文献98第7章工业互联网边缘计算10071工业互联网边缘计算技术特征与能力体系100711工业互联网边缘计算的技术特征100712工业互联网边缘计算的能力体系10172工业互联网边缘计算关键技术102721边缘计算网络技术102722边缘操作系统104723边缘数据处理与存储技术105724边缘安全技术10673边缘计算架构108731边缘计算架构组成108732云平台层108733边缘计算层109734终端设备层10974云边协同的智能制造系统110741云边协同智能制造系统概念模型110742云边协同智能制造系统功能架构111743智能制造系统云边协同技术应用113744智能制造云边协同调度方案114习题116参考文献116第8章工业区块链技术11781工业区块链技术概述117811区块链技术的发展阶段117812区块链的工作原理117813区块链的特点118814区块链的类型119815区块链对工业互联网的作用11982工业区块链关键技术与参考模型120821工业区块链关键技术120822工业区块链参考模型12683区块链的工业互联网应用场景129831设备管理129832供应链管理130833产业链服务132习题137参考文献137第4篇工业互联网融合应用第9章工业人工智能技术13991工业人工智能概述139911工业人工智能内涵139912工业人工智能发展140913工业互联网与工业人工智能14192工业人工智能技术内容142921计算智能142922感知智能144923认知智能147924智能机器人15293工业人工智能应用153931计算智能应用153932机器视觉应用157933知识图谱应用159934智能机器人应用162习题164参考文献164第10章工业大数据技术165101工业大数据概述1651011工业大数据定义1651012工业大数据分类1661013工业大数据特点168102工业大数据技术内容1691021工业大数据技术栈1701022工业大数据采集技术1711023工业大数据治理技术1721024工业大数据存储技术1731025工业大数据挖掘技术1751026工业大数据可视化技术177103工业大数据应用1801031晶圆加工车间数据治理1811032晶圆加工车间分布式数据存储1841033晶圆制造过程工期预测数据挖掘1851034晶圆图缺陷数据的可视化186习题188参考文献188第11章工业数字孪生技术189111工业数字孪生概述1891111工业数字孪生内涵1891112工业数字孪生发展190112工业互联网与工业数字孪生192113工业数字孪生技术内容1931131工业数字孪生体系架构1931132数字支撑技术1951133数字线程技术1961134数字建模技术1961135人机交互技术198114工业数字孪生应用1981141工业数字孪生应用架构1981142面向物流与仓储系统的数字孪生应用200习题203参考文献203附录工业互联网相关名词术语和缩略语204