《工業互聯網：架構、技術與應用》定義了工業互聯網的體系架構，描述了工業互聯網的關鍵技術，介紹了目前國內外幾種比較成功的工業互聯網平臺，指出了工業互聯網發展的幾大問題和應用前景。本書結合應用實例描述了應用工業互聯網的關鍵技術和實施步驟。通過本書的閱讀，讀者可以全面了解工業互聯網和其包括的關鍵技術。本書首先介紹了互聯網的發展歷史。作者將互聯網的發展分為研究互聯網、大眾互聯網、工業互聯網三個歷史階段，描述了這三個階段的特點，闡述了工業互聯網時代對人類生活方式的影響。作者提出了工業互聯網的體系架構模型，通過對工業互聯網的感官系統、神經系統、大腦平臺、四肢工具的描述，詳細介紹了工業互聯網體系架構的幾個重要組成部分。作者分4章詳細描述了工業互聯網的四大關鍵技術：萬物感知技術、信息傳輸技術、平臺構造技術、數據分析技術。通過深入淺出的敘述，使得非工程專業背景的讀者也可以了解工業互聯網關鍵技術的具體內容。作者介紹了目前國內外比較成功的幾大工業互聯網平臺的性能特點，比較了其各自的優劣。作者指出了工業互聯網發展所存在的問題，提出了實施工業互聯網的步驟，對工業互聯網發展前景進行了詳細討論。通過本書的閱讀，讀者可以對工業互聯網及其相關的云計算、物聯網、大數據技術都會有一個清晰的了解，可以著手實施工業互聯網。本書基于對工業互聯網的研究，面向希望了解工業互聯網的歷史與發展及其對我們生活方式的影響，希望了解工業互聯網關鍵技術的具體內容的讀者。本書適合作為大中院校學生和關心經濟發展的黨政人員學習工業互聯網的輔助教材，也可以作為工程技術人員實施工業互聯網的參考書籍。
互聯網的發明消除了數據和信息的傳遞障礙，互聯網的大規模推廣標志著人類跨入了信息社會。大眾互聯網時代實現了人人互聯，在經濟上主要達成了去除中間環節、降低成本的目的，即“節流”。
工業互聯網時代將實現人與智能物體的全面互聯。通過對采集的工業數據的分析，獲取新的知識，獲得機器智能，工業互聯網將大大提高生產效率，提高生產力。在經濟上，工業互聯網將起到“開源”的作用。
工業互聯網的價值可體現在：提高能源的使用效率，包括油、氣、電等；提高工業系統與設備的維修和維護效率；優化并簡化運營，提高運營效率；通過數據分析產生的機器智能，改進產品的設計，改進生產的過程，提高生產效率。
工業互聯網時代將是繼工業革命之后又一個大大提高人類生產力的時代，這將是物質產品極大豐富的時代，也將是人類取得重大進步的時代。作為生活在這個偉大時代黎明的我們，應該感到幸運和自豪。
34年前的1983年，我當時還在攻讀碩士研究生，那是一個大型計算機編程需要使用打孔機，IBM個人計算機還沒有進入中國的計算機的“石器時代”。實驗室買了一臺當時很先進的個人計算機，裝有CP/M操作系統，沒有硬盤，運算時使用兩張 500KB的8in(1in=2.54cm)大的軟盤。作為完成國家齒輪標準制定項目任務的一員，使用這臺微型計算機，我開發了一套模擬齒輪齒面動力學的計算機程序，研究了各種因素對齒輪膠合失效的影響。這是我第一次將計算機應用到工業系統中，通過運用計算機提供的計算能力來分析各種因素對齒輪系統運行的影響。當時使用的是本書描述的“確定性”思維，首先建立齒輪的動力學模型，然后研究各種因素對齒輪膠合失效的影響，再通過實驗結果來驗證模型的準確性。
第一次與互聯網“結緣”是1988年我在美國俄亥俄州立大學攻讀博士學位時。使用Telnet協議就可以連接到幾百千米外的Cray超級計算機，向它提交任務并獲得結果；使用FTP（文件傳輸協議）可從千里之外的服務器下載、上傳文件；使用Email可與太平洋彼岸的教授交流工作�；ヂ摼W技術令我嘆為觀止，沉迷其中。
20世紀90年代中期，因為Win 3.0的巨大成功與互聯網瀏覽器的普及，互聯網走入了平民百姓的家中，進入了本書所描述的“大眾互聯網”時代�；ヂ摼W技術發展的日新月異，吸引我在職業生涯中破釜沉舟，從機械行業進入了互聯網軟件行業，從事通信軟件的開發工作。我們開發的軟件產品為20世紀90年代美國大規�；ヂ摼W基礎設施建設，為大量同軸電纜和光纖通信網絡的建設提供設計與管理工具。盡管20世紀90年代美國互聯網的金融泡沫在2001年破滅，大批互聯網企業破產，但這段時間大量熱錢的融入為美國建設了完備的互聯網基礎網絡，為美國后來直至現在互聯網經濟的發展打下了良好的基礎。
20世紀90年代末我們開發的一款軟件產品，使用美國政府的人口普查數據，結合第三方提供的家庭住址及其經緯度坐標，以及通信企業擁有的用戶賬單數據，進行數據分析，研究影響用戶購買通信增值服務的因素，確定最優商業價值的新設光纖結點的位置和新建光纖線路路由。這是我第一次將數據分析工具應用到商業中。因為這個模型過于龐大、復雜，這個工具使用了本書描述的大數據分析的完備性和相關性原則，試圖發現相關性因素，獲取“商業智能”，并將“商業智能”應用到商業決策中。盡管“大數據”這個詞在媒體上被廣泛宣傳是在2007年以后，但這個項目的數據分析其實符合大數據的方法，使用了本書中描述的“不確定性思維”。
大數據分析為人類提供了解決復雜問題的方法。即使人們對許多復雜問題的機理缺乏了解，但通過大數據分析，找到強相關性因素，就可以解決相當多的復雜問題。人類并不是最近幾年才突然有如此想法，正如我個人20世紀90年代末期的嘗試以及許多更早的其他人也使用過類似的方法解決了許多實際問題。大數據突然被人們關注是因為兩個原因:一是云計算技術帶來的計算能力的飛速提高使得人們具有了對海量數據進行分析的能力；二是互聯網的普及使得系統可以記錄人們在網上的活動，從而獲得大量的數據�；诖髷祿治龆鸬娜斯ぶ悄艿母锩鼘䦶氐赘淖內祟惿鐣纳罘绞�。
越來越多的智能物體將被接入互聯網，預計這個數字會從現在的80億增加到2020年的500億。這些被連接到互聯網上的大量智能物體將會產生超過目前人類擁有數據的幾個數量級的工業數據。通過對它們的分析而獲得的知識和機器智能將會使人類的工業系統乃至整個人類社會的生產和生活方式產生革命性的變化。這也將使得人類進入一個全新的發展階段——工業互聯網時代。
本書介紹了互聯網的歷史，提出了工業互聯網的體系架構，描述了工業互聯網的四項主要技術：物體感知技術、數據傳輸技術、平臺構建技術和數據分析技術，討論了互聯網的發展和對人類的挑戰。對這個剛剛開始的工業互聯網時代提出體系架構是一個大膽而魯莽的舉動。本書的目的在于拋磚引玉，為所有對這個新的時代感興趣的人提供一個全面而通俗的介紹。
作為一個從20世紀80年代開始使用互聯網，90年代開始一直為互聯網的建設添磚加瓦的幸運兒，我見證了互聯網從只有學術圈和教育界幾千人使用的象牙塔里的工具變成今天超過30億人使用，已經連接超過80億臺智能設備，成為人們生活飛速發展中不可或缺的一部分，見證了互聯網從“學術互聯網”到“大眾互聯網”到“工業互聯網”的演變。在這個人類進入“工業互聯網”時代的黎明的時刻，我將自己身歷其中的感悟與20多年來從事計算機軟件開發、物聯網、云計算、通信技術、大數據分析等實踐獲得的對相關技術的了解呈現給讀者，期望能在人類踏入工業互聯網之路的進程中貢獻自己的一份綿薄之力。
夏志杰，
中國地質大學（武漢）學科首席教授（短期），中組部“千人計劃”國家特聘專家，東南大學、云南大學、中南民族大學、鹽城工學院兼職教授，江蘇省高檔數控機床與成套裝備制造業創新中心主任，江蘇省智能制造工業互聯網企業聯合研發創新中心主任。夏志杰博士長期從事機械設計、工業控制、機器人、移動互聯網、大數據分析、平臺軟件開發等領域的研究和實踐，具有機械學碩士，機器人博士學位，曾經在美國知名汽車企業和百強軟件企業工作逾20年，是國內工業互聯網與智能制造領域的知名專家。
前 言
第1章 互聯網的前世今生
1.1 互聯網的起源與關鍵技術突破
1.2 學術互聯網時代
1.3 大眾互聯網時代
1.4 工業互聯網時代
1.5 互聯網的本質與特點
第2章 工業互聯網的體系架構
2.1 工業互聯網的定義
2.2 工業互聯網相關技術的發展
2.3 工業互聯網的體系架構模型
2.4 工業互聯網與相關技術的關系
2.5 工業互聯網的發展
第3章 物體感知技術
3.1 物體標識技術
3.2 狀態獲取技術
3.3 場景記錄技術
3.4 位置定位技術
第4章 數據傳輸技術
4.1 互聯網的基本原理
4.2 有線傳輸技術及傳輸介質
4.3 以太網
4.4 無線通信技術
4.5 互聯網數據傳輸架構
第5章 平臺構建技術
5.1 計算機硬件技術的發展
5.2 云計算
5.3 工業互聯網平臺
5.4 工業互聯網平臺應用示例
第6章 數據分析技術
6.1 數據、信息與知識
6.2 工業數據的特征
6.3 工業大數據的處理技術
6.4 機器智能
6.5 機器智能在工業中的應用
第7章 工業互聯網時代的挑戰與發展
7.1 思維模式的變革
7.2 問題與挑戰
7.3 工業互聯網與經濟發展
參考文獻
2.2.4 大數據分析
現在廣泛應用于大數據分析的機器學習方法從20世紀70年代開始起步，在八九十年代得到緩慢但穩步的發展。進入21世紀后，由于互聯網的出現，使得可用的數據量劇增，機器學習方法的優勢性越來越明顯，最終完成了從量變到質變的飛躍。由于數據量的增加，計算機如今已經解決了很多需要類似人類智能才能完成的事情。
2.3 工業互聯網的體系架構模型
IT相關技術的發展為工業互聯網的發展打下了良好的基礎。物聯網技術的發展提供了物體感知技術，使得人們獲得了關于各類智能物體的標識、位置、狀態和場景的大量工業數據�；ヂ摼W技術的發展使得人們可以便捷地將各類智能物體連接起來，可以將獲得的大量工業數據快速地傳遞到工業互聯網平臺上。云計算技術的發展可以為人們提供低成本、無限制的計算能力。大數據分析技術的發展使得人們可以對海量工業數據進行快速分析，從中獲取機器智能。
人類社會的發展常常伴隨著科技的突破而呈現跳躍式的發展。重大的科技突破常常需要醞釀很長的時間。在這段時間里，技術進步是一個緩慢的量的積累。當這些量積累到一定程度后，量變導致質變，科技在短時間內獲得單點突破，然后新科技全面迸發，人類社會也會出現跳躍式發展。物聯網、互聯網、云計算、大數據分析等相關技術在最近十幾年的積累，導致了工業互聯網的突破，促成了工業互聯網的誕生。
工業互聯網系統將所有智能物體接入互聯網，通過互聯網連接起來。運用物體感知技術，采集智能物體的標識、位置、狀態、場景數據，并通過互聯網快速傳輸到工業互聯網平臺上，利用云計算技術提供的低成本的龐大計算能力，工業互聯網平臺上的大數據分析工具對采集到的智能物體的海量工業數據進行分析，獲取工業智能，并將其反饋到智能物體的設計、制造、使用中，達到提高工業生產率的目標，從而實現提高人類社會生產力、改善人類生活的目的。
工業互聯網系統包括四個部分：感知識別層、網絡連接層、平臺匯聚層、數據分析層。
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