工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用安徽省十四五職業(yè)教育規(guī)劃教材項(xiàng)目1

認(rèn)識(shí)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)1.1

初識(shí)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)1.1.2工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的定義1.1.1工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的起源1.1.3工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀1.1.4工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)帶來(lái)的變革1.1.5工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的前景與挑戰(zhàn)1.1.1工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的起源早在2012年，美國(guó)通用電氣（GeneralElectricCompany，GE）公司期望自己能夠轉(zhuǎn)型為軟件行業(yè)的巨頭，基于自身的“軟件夢(mèng)”提出“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的概念。2014年3月，以GE、AT&T、IBM、Intel、思科為主要代表發(fā)起了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟（IndustrialInternetConsortium，IIC），由GE主導(dǎo)。然而在此之前，AT&T、IBM、Intel、思科與部分IT公司均已提出自己的物聯(lián)網(wǎng)概念，如：AT&T倡導(dǎo)“M2M”，IBM推出“智慧地球”，思科打造了“IoE（InternetofEverything）”等。由于各家公司對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的理解不同，但有著相同的愿景，其發(fā)展方向更是希望實(shí)現(xiàn)各產(chǎn)業(yè)整體的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，不僅是像工業(yè)4.0那樣實(shí)現(xiàn)制造業(yè)的信息化和智能化。1.1.1工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的起源“M2M”的概念最初是由通信行業(yè)提出。主要是指：不具備信息化能力的機(jī)械設(shè)備通過(guò)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)（無(wú)線網(wǎng)絡(luò)）與其他設(shè)備或信息系統(tǒng)（IT系統(tǒng)）進(jìn)行通信。M2MIoTIoT即InternetofThings，字面翻譯為：物體組成的因特網(wǎng)，準(zhǔn)確的翻譯應(yīng)該為“物聯(lián)網(wǎng)（InternetofThings）”。物聯(lián)網(wǎng)又稱傳感網(wǎng)，其實(shí)就是互聯(lián)網(wǎng)從人向物的拓展。CPS的概念最先由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)的HelenGill于2006年提出。然而，CPS更側(cè)重于研究工業(yè)、制造業(yè)中嵌入式、自動(dòng)化的信息系統(tǒng)，一度被理解為“嵌入式物聯(lián)網(wǎng)”。CPS1.1.2工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的定義工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)通常指：通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)將全球工業(yè)系統(tǒng)中的智能物體、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)與人相連接的系統(tǒng)，通過(guò)工業(yè)系統(tǒng)中智能物體的全面互聯(lián)獲取數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)工業(yè)數(shù)據(jù)的分析賦予機(jī)器智能，改善智能物體的設(shè)計(jì)、制造與使用，提高工業(yè)生產(chǎn)力。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)包括5個(gè)部分：①全面互聯(lián)的工業(yè)系統(tǒng)中大量的智能物體；

②互聯(lián)網(wǎng)；

③具有知識(shí)的工作人員；

④工業(yè)數(shù)據(jù)的分析工具；

⑤工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。智能物體是指具有通信能力、可以連接到互聯(lián)網(wǎng)的物理世界中的物體和動(dòng)物，包括網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、計(jì)算機(jī)、智能手機(jī)等。智能物體通常具有的特征為：①通信能力，可以連接到互聯(lián)網(wǎng)；②可獲取關(guān)于自身、其他物體或環(huán)境的感知數(shù)據(jù)并能將其傳送到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)；③唯一標(biāo)識(shí)。

1.1.3工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀1.1.4工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)帶來(lái)的變革工業(yè)數(shù)據(jù)的變革工業(yè)分析能力的改變?cè)朴?jì)算+邊緣計(jì)算”成為工業(yè)分析能力的主要方式，云計(jì)算主要針對(duì)非實(shí)時(shí)、長(zhǎng)周期數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)分析；邊緣計(jì)算主要是支撐周期性維護(hù)以及業(yè)務(wù)決策，聚焦實(shí)時(shí)、短周期數(shù)據(jù)分析，支撐本地業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)智能化處理與執(zhí)行。產(chǎn)品供應(yīng)鏈的變革工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集與管理，基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)供需雙方精準(zhǔn)的匹配，實(shí)現(xiàn)更有效的供應(yīng)鏈動(dòng)態(tài)管控。工業(yè)價(jià)值的變化產(chǎn)品生命周期管理的變化在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)下產(chǎn)生的工業(yè)數(shù)據(jù)使得數(shù)字孿生技術(shù)成為發(fā)展的重點(diǎn)。未來(lái)產(chǎn)品從研發(fā)、生產(chǎn)到使用將從傳統(tǒng)產(chǎn)品生命周期管理轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字孿生應(yīng)用場(chǎng)景，提升全生命周期管理能力。融合各種網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，將工業(yè)設(shè)計(jì)、工藝、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等涉及企業(yè)從創(chuàng)立到結(jié)束的全生命周期串聯(lián)起來(lái)，使得整個(gè)工業(yè)系統(tǒng)擁有描述、診斷、預(yù)測(cè)等智能化功能。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)立足工業(yè)數(shù)據(jù)，將工業(yè)設(shè)備廠商的營(yíng)利點(diǎn)從“以產(chǎn)品售賣、維修保養(yǎng)為主”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙蕴峁┗跀?shù)據(jù)的多維度生產(chǎn)性服務(wù)為主”的模式。1.1.5工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的前景與挑戰(zhàn)①提高能源的使用效率，包括油、電等；工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的前景與挑戰(zhàn)②提高工業(yè)系統(tǒng)與設(shè)備的維修和維護(hù)效率；③優(yōu)化并簡(jiǎn)化運(yùn)營(yíng)，提高運(yùn)營(yíng)效率；④利用數(shù)據(jù)分析產(chǎn)生的機(jī)器智能，改進(jìn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，改進(jìn)生產(chǎn)的過(guò)程，提高生產(chǎn)效率；1.2

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)解密1.2.2工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)1.2.1工業(yè)4.0與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)1.2.3工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)1.1.4工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)帶來(lái)的變革1.1.5工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的前景與挑戰(zhàn)1.2.1工業(yè)4.0與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)工業(yè)4.0的核心內(nèi)容德國(guó)作為歐洲老牌工業(yè)強(qiáng)國(guó)，自古以來(lái)都以發(fā)達(dá)的工業(yè)科技和完備的工業(yè)體系著稱。是德國(guó)人曾率先在2013年4月的漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上正式推出工業(yè)4.0概念。主要目的是為了提高德國(guó)工業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，在新一輪工業(yè)革命中占領(lǐng)先機(jī)。工業(yè)革命必將進(jìn)行又一次全新的變革，那便是下一個(gè)工業(yè)革命時(shí)期——工業(yè)4.0。1234建設(shè)信息物理系統(tǒng)研究的兩大主題（智能工廠、智能生產(chǎn)）實(shí)現(xiàn)三大集成促進(jìn)三個(gè)轉(zhuǎn)變1.2.2工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)體系架構(gòu)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的4個(gè)部分：1)邊緣層：通過(guò)協(xié)議轉(zhuǎn)化和邊緣計(jì)算形成有效的數(shù)據(jù)采集體系，從而將物理空間的隱形數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)空間顯性化。2)IaaS層：將基礎(chǔ)的計(jì)算網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)資源虛擬化，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施資源池化。3)工業(yè)PaaS層：工業(yè)操作系統(tǒng)，向下對(duì)接海量工業(yè)裝備、儀器、產(chǎn)品，向上支撐工業(yè)智能化應(yīng)用的快速開(kāi)發(fā)和部署。4)工業(yè)SaaS層：通常以行業(yè)用戶和第三方開(kāi)發(fā)者為主，第三方開(kāi)發(fā)者主要是基于PaaS層做工業(yè)APP的開(kāi)發(fā)工作，通過(guò)調(diào)用和封裝工業(yè)PaaS平臺(tái)上的開(kāi)放工具，形成面向行業(yè)和場(chǎng)景的應(yīng)用。VMwareWorkstation虛擬網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)1.2.3工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)IaaS技術(shù)數(shù)據(jù)集成與邊緣處理技術(shù)平臺(tái)使能技術(shù)設(shè)備接入?yún)f(xié)議轉(zhuǎn)換邊緣數(shù)據(jù)處理該技術(shù)主要是基于虛擬化、分布式存儲(chǔ)、并行計(jì)算、負(fù)載調(diào)度等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、存儲(chǔ)等計(jì)算機(jī)資源的池化管理，資源調(diào)度多租戶管理應(yīng)用開(kāi)發(fā)和微服務(wù)技術(shù)數(shù)據(jù)管理技術(shù)工業(yè)數(shù)據(jù)建模與分析技術(shù)數(shù)據(jù)預(yù)處理數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理數(shù)據(jù)處理框架多語(yǔ)言與工具支持圖形化編程微服務(wù)架構(gòu)機(jī)理建模數(shù)據(jù)分析算法安全技術(shù)數(shù)據(jù)接入安全平臺(tái)安全訪問(wèn)安全1.3

項(xiàng)目實(shí)施1.3.2CentOS7安裝1.3.1VMwareWorkstation安裝1.3.1VMwareWorkstation安裝

下載VMware-workstation-full-16.1.2-17966106.exe軟件安裝包，雙擊安裝包，進(jìn)入VMwareWorkstation安裝主界面，單擊“下一步”按鈕，進(jìn)入“最終用戶許可協(xié)議”界面。本書選用VMwareWorkstation16Pro軟件進(jìn)行講解。VMwareWorkstation是一款功能強(qiáng)大的桌面虛擬化軟件，可以在單一桌面上同時(shí)運(yùn)行不同操作，并完成開(kāi)發(fā)、調(diào)試、部署等工作。VMwareWorkstation的安裝步驟如下。1.3.1VMwareWorkstation安裝

在“最終用戶許可協(xié)議”界面中，勾選“我接受許可協(xié)議中的條款”復(fù)選框，單擊“下一步”按鈕，進(jìn)入“自定義安裝”界面。在“自定義安裝”界面中，勾選其中的默認(rèn)復(fù)選框，單擊“下一步”按鈕，進(jìn)入“用戶體驗(yàn)設(shè)置”界面。單擊“下一步”按鈕，進(jìn)入“快捷方式”界面。1.3.1VMwareWorkstation安裝

在“快捷方式”界面中，保留默認(rèn)設(shè)置，單擊“下一步”按鈕，進(jìn)入“已準(zhǔn)備好安裝VMwareWorkstationPro”界面。單擊“安裝”按鈕，進(jìn)入“正在安裝VMwareWorkstationPro”界面。等待進(jìn)入“VMwareWorkstationPro安裝向?qū)б淹瓿伞苯缑妫瑔螕簟巴瓿伞卑粹o，完成安裝。至此，VMwareWorkstation的安裝完成。1.3.2CentOS7安裝從CentOS官網(wǎng)下載Linux發(fā)行版的CentOS安裝包，本書使用的安裝包為CentOS-7-x86_64-DVD-1810.iso”，當(dāng)前最新版本為7.9.2009。雙擊桌面上的“VMwareWorkstationPro”圖標(biāo)，啟動(dòng)該軟件。在虛擬機(jī)中安裝CentOS7，其操作安裝過(guò)程如下。軟件啟動(dòng)后會(huì)彈出“VMwareWorkstation”窗口。1.3.2CentOS7安裝單擊“創(chuàng)建新的虛擬機(jī)”按鈕，彈出“新建虛擬機(jī)向?qū)А睂?duì)話框，默認(rèn)選中“典型(推薦)”單選按鈕，單擊“下一步”按鈕。進(jìn)入“安裝客戶機(jī)操作系統(tǒng)”界面，本次選中“稍后安裝操作系統(tǒng)”單選按鈕，單擊“下一步”按鈕。也可以選中“安裝程序光盤”單選按鈕，或選中“安裝程序光盤映像文件(iso)”單選按鈕并瀏覽、選中相應(yīng)的ISO文件1.3.2CentOS7安裝單擊“創(chuàng)建新的虛擬機(jī)”按鈕，彈出“新建虛擬機(jī)向?qū)А睂?duì)話框，默認(rèn)選中“典型(推薦)”單選按鈕，單擊“下一步”按鈕。進(jìn)入“安裝客戶機(jī)操作系統(tǒng)”界面，本次選中“稍后安裝操作系統(tǒng)”單選按鈕，單擊“下一步”按鈕。也可以選中“安裝程序光盤”單選按鈕，或選中“安裝程序光盤映像文件(iso)”單選按鈕并瀏覽、選中相應(yīng)的ISO文件1.3.2CentOS7安裝進(jìn)入“選擇客戶機(jī)操作系統(tǒng)”界面，選擇客戶機(jī)操作系統(tǒng)和版本，創(chuàng)建的虛擬機(jī)將包含一個(gè)空白磁盤，單擊“下一步”按鈕。進(jìn)入“命名虛擬機(jī)”界面，指定虛擬機(jī)名稱并選擇系統(tǒng)文件安裝位置，單擊“下一步”按鈕。1.3.2CentOS7安裝進(jìn)入“指定磁盤容量”界面，設(shè)置磁盤大小并單擊“下一步”按鈕。進(jìn)入“已準(zhǔn)備好創(chuàng)建虛擬機(jī)”界面，單擊“自定義硬件”按鈕。1.3.2CentOS7安裝進(jìn)行虛擬機(jī)硬件相關(guān)信息配置，單擊“確定”按鈕，虛擬機(jī)初步配置完成。進(jìn)行虛擬機(jī)設(shè)置，選擇“CD/DVD(IDE)”選項(xiàng)，選中“使用ISO映像文件”，單擊“瀏覽”按鈕，選擇CentOS-7-x86_64-DVD-1810.iso文件，單擊“確定”按鈕。安裝CentOS1.3.2CentOS7安裝進(jìn)入“指定磁盤容量”界面，設(shè)置磁盤大小并單擊“下一步”按鈕。進(jìn)入“已準(zhǔn)備好創(chuàng)建虛擬機(jī)”界面，單擊“自定義硬件”按鈕。1.3.2CentOS7安裝進(jìn)行虛擬機(jī)硬件相關(guān)信息配置，單擊“關(guān)閉”按鈕，虛擬機(jī)初步配置完成。進(jìn)行虛擬機(jī)設(shè)置，選擇“CD/DVD(IDE)”選項(xiàng)，選中“使用ISO映像文件”單選按鈕，單擊“瀏覽”按鈕，選擇CentOS-7-x86_64-DVD-1810.iso文件，單擊“確定”按鈕。安裝CentOS1.3.2CentOS7安裝設(shè)置語(yǔ)言，選擇“中文”→“簡(jiǎn)體中文（中國(guó)）”選項(xiàng)，如圖所示，單擊“繼續(xù)”按鈕。進(jìn)行安裝信息摘要的配置，如圖所示，可以進(jìn)行“安裝位置”配置，自定義分區(qū)，也可以進(jìn)行“網(wǎng)絡(luò)和主機(jī)名”配置，單擊“保存”按鈕，返回安裝信息摘要的配置界面。安裝CentOS1.3.2CentOS7安裝進(jìn)行軟件選擇的配置，可以安裝桌面化CentOS，可以選擇安裝“GNOME桌面”，并選擇相關(guān)環(huán)境的附加選項(xiàng)，如圖所示。單擊“完成”按鈕，返回CentOS7安裝界面，繼續(xù)進(jìn)行安裝，配置用戶設(shè)置。1.3.2CentOS7安裝安裝CentOS7的時(shí)間較長(zhǎng)，請(qǐng)耐心等待?？梢赃x擇“ROOT密碼”選項(xiàng)，設(shè)置ROOT密碼，設(shè)置完成后單擊“完成”按鈕，返回Ce