物聯網與智慧製造

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張晶
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具体描述

  本書共分為6章,從廣義物聯網體系架構的角度出發,闡述建構物聯網的相關關鍵技術與未來發展趨勢,進而探討基於工業物聯網實現智慧製造的技術方法與應用案例。內容包括物聯網的體系架構、感知技術、網路層技術,以及物聯網的平臺和基於工業物聯網的智慧製造系統,透過案例介紹工業物聯網在智慧製造中的應用模式與應用方法。

  本書適合從事智慧製造、物聯網相關行業的科學研究、開發人員閱讀,也適合大專院校相關科系師生使用。
深度探析:人工智能驱动的未来城市构建与运营 图书名称:《城市神经元:人工智能赋能的智慧基础设施与治理》 图书简介 随着全球城市化进程的加速和信息技术的飞速发展,城市正面临着前所未有的复杂性与挑战。交通拥堵、能源分配不均、公共安全隐患、环境污染等“城市病”日益凸显,迫切需要一种全新的、高效的、可持续的解决方案。《城市神经元:人工智能赋能的智慧基础设施与治理》一书,正是基于这一时代背景,系统性地、深入地探讨了如何利用前沿人工智能技术,重塑现代城市的规划、建设、运营及治理体系,勾勒出未来城市高效运转的蓝图。 本书并非停留在概念的阐述,而是聚焦于人工智能(AI)在城市功能模块中的具体、可落地的应用场景与底层技术逻辑。全书结构严谨,分为四大核心部分,层层递进,构建起一个完整的“城市AI生态系统”的认知框架。 --- 第一部分:智慧城市的基础架构与数据基石(The Digital Foundation) 本部分详尽分析了支撑未来智慧城市运行的物理与数字基础设施。我们首先探讨了新一代物联网(IoT)在城市环境中的部署策略,重点剖析了高密度传感器网络、边缘计算节点的优化布局,以及它们如何实现对城市要素的实时、高频数据采集。 随后,本书深入讲解了城市级数据治理的复杂性。这包括海量异构数据的融合、清洗、标准化流程,以及构建统一的“城市数据湖”(Urban Data Lake)的架构设计。特别地,书中开辟专章讨论了数据安全、隐私保护与伦理规范在城市数据生命周期中的核心地位,阐述了联邦学习(Federated Learning)和差分隐私(Differential Privacy)技术如何平衡数据效用与公民权利。 此外,我们还关注了数字孪生(Digital Twin)在城市规划中的应用。不仅仅是三维模型的构建,更侧重于如何通过AI算法驱动的实时数据注入,使数字孪生体能够准确模拟物理城市的动态变化,成为辅助决策的“沙盘”。 --- 第二部分:智能交通与流动性管理(Intelligent Mobility & Logistics) 交通是衡量城市效率的“血管系统”。本部分聚焦于AI如何彻底革新城市交通的规划、控制与服务。 书中详细分析了基于深度强化学习(DRL)的动态交通信号控制系统。不同于传统的定时或感应控制,该系统能够实时学习交通流的演化规律,预测瓶颈的出现,并以前瞻性的策略优化路口配时,实现路网级的流量均衡。我们不仅展示了算法模型的构建,更探讨了在实际城市环境(如复杂多层立交桥、潮汐车流区)中的性能验证与鲁棒性测试。 在公共交通领域,本书探讨了需求预测模型在公交线路优化、发车频率调整中的应用。利用时空图神经网络(Spatio-Temporal Graph Neural Networks),模型能够捕捉乘客出行OD(Origin-Destination)的复杂时空依赖性,实现资源的精准投放。 对于未来的物流配送挑战,书中深入研究了无人机与自动驾驶车队协同配送的调度算法,特别是如何利用路径优化和任务分配的AI模型,最小化配送时间和能耗,同时确保城市低空空域与地面交通的安全。 --- 第三部分:韧性与可持续的城市运营(Resilience and Sustainable Operations) 一个真正智慧的城市必须是绿色和有韧性的。《城市神经元》将大量篇幅投入到能源、环境与公共安全领域的AI解决方案。 在智能能源管理方面,本书阐述了如何应用时间序列预测模型(如LSTM、Transformer)来精确预测区域级的电力、水力负荷,并结合分布式能源(如太阳能、风能)的间歇性特征,通过AI优化控制器实现电网的削峰填谷和微电网的自适应平衡。这直接关系到城市运行的成本控制与碳排放目标达成。 环境监测方面,书中分析了如何利用计算机视觉与遥感图像分析技术,自动识别城市中的非法排污点、绿化覆盖率变化,以及对空气质量传感器数据的多源融合分析,提供高精度的环境污染溯源报告。 公共安全是重中之重。本书详述了异常行为检测(Anomaly Detection)在城市监控网络中的部署。这包括对人群聚集异常、遗留包裹监测,以及如何通过边缘AI加速模型推理,确保预警的实时性。同时,也探讨了在灾害响应场景中,如何利用AI快速评估基础设施的受损情况,指导应急资源的优先部署。 --- 第四部分:面向市民的智能服务与参与(Citizen-Centric AI Services) 智慧城市的最终目标是提升市民的生活质量。本部分关注AI如何实现个性化、普惠性的城市服务。 书中详细介绍了多模态对话系统(Multimodal Conversational Systems)在城市服务热线中的应用,如何超越简单的关键词匹配,实现对市民复杂诉求的深度理解和问题分流。 此外,我们探讨了个性化城市信息推送的机制。通过分析市民的通勤路线、兴趣偏好和历史行为数据,AI系统能够主动推送相关的交通管制信息、社区活动通知或公共服务预约提醒,真正实现“服务找人”。 最后,本书特别强调了AI治理的透明性与可解释性(Explainable AI, XAI)在政府服务中的重要性。决策过程(例如,资源分配、违规判定)需要被市民理解和信任。书中提供了实现决策过程可视化的技术路径,确保AI工具是赋能而非取代人类判断的可靠助手。 《城市神经元:人工智能赋能的智慧基础设施与治理》为城市规划者、工程师、数据科学家以及所有关心未来城市发展的人士,提供了一部集理论深度、技术前沿与实践指导于一体的权威著作。它揭示了AI如何作为城市的新型“神经元”,驱动城市走向更高效、更安全、更宜居的明天。

著者信息

图书目录

第1 章 緒論
1.1 物聯網的概念
1.2 物聯網的發展現狀與趨勢
1.2.1 政策環境
1.2.2 技術研究現狀
1.2.3 產業發展現狀
1.2.4 標準研究現狀
1.2.5 未來發展趨勢
1.3 基於工業物聯網的智慧製造
1.3.1 智慧製造的概念與內涵
1.3.2 實現智慧製造的基礎——工業物聯網
1.3.3 工業物聯網對實現智慧製造的意義
參考文獻

第2 章 物聯網的體系架構
2.1 概述
2.2 物聯網網路體系架構
2.2.1 系統總體架構
2.2.2 軟體體系架構
2.3 物聯網技術與標準體系
2.3.1 物聯網技術體系
2.3.2 物聯網標準體系
2.4 物聯網資源與標識體系
2.4.1 物聯網資源體系
2.4.2 物聯網標識體系
2.5 物聯網服務與安全體系
2.5.1 物聯網服務體系
2.5.2 物聯網安全體系
2.6 物聯網產業與創新體系
2.6.1 物聯網產業體系
2.6.2 物聯網創新體系
2.7 工業物聯網體系架構
2.7.1 工業物聯網系統構成
2.7.2 工業物聯網總體架構
2.7.3 工業物聯網技術體系
2.7.4 工業物聯網標準體系
2.7.5 工業物聯網標識體系
參考文獻

第3 章 感測與識别技術
3.1 自動識别技術
3.1.1 條形碼技術
3.1.2 光學符號識别技術
3.1.3 生物特徵識别技術
3.1.4 磁卡與IC 卡
3.1.5 射頻識别系統
3.1.6 自動識别系統比較
3.2 感測器
3.2.1 感測器構成
3.2.2 光資訊採集器
3.2.3 聲波資訊採集器
3.2.4 圖像資訊採集器
3.2.5 化學資訊採集器
3.2.6 生物資訊採集器
3.2.7 智慧感測器
3.3 感測網
3.3.1 節點結構
3.3.2 網路結構
3.3.3 體系結構
3.3.4 物理層
3.3.5 數據鏈路層
3.3.6 網路層
3.3.7 傳輸層
3.3.8 中間件技術
參考文獻

第4 章 接入與傳輸網路
4.1 接入網技術
4.1.1 無線個域網
4.1.2 無線局域網
4.1.3 無線城域網
4.1.4 無線廣域網
4.2 核心網技術
4.2.1 概述
4.2.2 IP 網路
4.2.3 全IP 核心網的體系結構
4.2.4 全IP 核心網的關鍵技術
4.3 網路層關鍵技術
4.3.1 泛在無線技術
4.3.2 異構網路融合與合作技術
4.3.3 無線資源管理技術
4.3.4 大量資訊處理與雲計算技術
參考文獻

第5 章 物聯網綜合服務平臺
5.1 雲計算平臺
5.1.1 概述
5.1.2 雲計算的部署模式
5.1.3 雲計算的體系結構
5.1.4 雲平臺服務模式
5.2 物聯網應用平臺
5.2.1 概述
5.2.2 物聯網應用平臺現狀
5.2.3 物聯網應用平臺架構
5.2.4 物聯網應用平臺的分類
5.2.5 工業物聯網平臺
5.3 典型工業物聯網平臺
5.3.1 Predix 平臺
5.3.2 Uniformance Suite 平臺
5.3.3 AWS IoT 平臺
參考文獻

第6 章 基於工業物聯網的智慧製造系統
6.1 離散工業環境中的智慧製造系統
6.1.1 離散製造
6.1.2 典型離散型製造行業分析
6.1.3 離散製造中的控制系統
6.2 流程工業環境中的智慧製造系統
6.2.1 流程製造
6.2.2 流程製造中的控制系統
6.3 新一代物聯網化工業環境控制平臺
參考文獻

 

图书序言

  • ISBN:9786263321090
  • 規格:平裝 / 336頁 / 17 x 23 x 1.68 cm / 普通級 / 單色印刷 / 初版
  • 出版地:台灣

图书试读



  隨著無線通訊技術和行動網路的迅速發展以及無線終端設備的廣泛應用,機器類通訊業務呈現爆發式成長,面向人-機-物實時動態資訊交互的網路——物聯網應運而生。作為融合通訊、計算、控制的新型資訊通訊技術,物聯網被稱為繼電腦、網路之後世界資訊產業的第三次浪潮,受到各國政府、企業和學術界的高度重視,美國、歐盟、日本等已經將其納入國家和區域資訊化發展戰略。

  物聯網的顛覆性在於將包括人、機、物在內的所有事物透過網路自主互聯,使得物理設備與系統具有計算、通訊、控制、遠程協調和自治五大功能,從而改變我們與物理世界的互動方式。物聯網的理念和相關技術產品已經廣泛滲透到社會經濟與民生的各個領域,小到智慧家庭網路,大到工業控制系統、智慧交通系統等國家級甚至世界級的應用,物聯網在越來越多的行業創新中發揮著關鍵作用。藉助資訊技術與感測、控制、計算等技術的深度集成和綜合應用,物聯網正在成為加速產業升級、提升政務服務、改善社會民生、促進增效節能等方面的推動力,在工業製造、交通等領域正帶來真正的「智慧」應用。

  如果說物聯網是決定未來經濟發展程度的引擎,那麼智慧製造就是實現強國之路的核心。從德國的工業4.0,到美國的CPS和工業網路,再到中國提出的「智慧製造」,全球各主要國家都在大力布局製造強國戰略,以期搶占未來經濟發展的制高點和下一代產業的領導權。智慧製造的本質是將新一代資訊網路技術與現代化的生產製造相融合,透過建設「智慧工廠」,開展「智慧生產」,實現生產要素的高效、低耗、合作以及個性化的批量訂製生產。這一概念與物聯網透過資源的高效、合作實現面向使用者的智慧化服務內涵不謀而合。因此,物聯網和智慧製造兩者具有天然的耦合關係,基於工業物聯網實現智慧製造是必然選擇。

  目前,圍繞物聯網和智慧製造的學術研究、標準制定以及產業應用正在火熱地展開中。儘管針對物聯網的技術文獻和報告很多,但絕大多數研究成果均是針對某一個技術領域或者某一個精細的技術點展開研究,有必要對當前物聯網的最新研究成果進行全面梳理與系統歸類,為相關領域的應用實踐提供指導,這是撰寫本書的第一個出發點。另一方面,作為物聯網的一個重要應用領域,中國製造業的網路化與資訊化水準仍然較低,如何整合現有資源建構新型工業物聯網,實現生產要素的資訊化與網路化問題,進而基於工業物聯網實現智慧製造,這是一個極具挑戰性的問題,也是撰寫本書的第二個出發點。

  基於上述出發點,本書編者在廣泛調查研究物聯網與智慧製造及海外研究成果的基礎上,結合自身在相關技術領域的研究積累,嘗試從廣義物聯網體系架構的角度出發,闡述建構物聯網的相關關鍵技術與未來發展趨勢,進而探討基於工業物聯網實現智慧製造的技術方法與應用案例。全書共分為6個章節:第1章介紹物聯網的概念、內涵與特點,概述物聯網的發展現狀與趨勢,闡述智慧製造的概念,並說明工業物聯網對實現智慧製造的重要意義;第2章從網路架構、技術與標準體系、資源與標識體系、服務與安全體系、產業與創新體系五個方面闡述廣義物聯網的構成要素以及要素關係;第3章介紹物聯網的感知技術,包含感測技術、識别技術以及感測網;第4章介紹物聯網的網路層技術,包括接入網、核心網以及網路資源管理相關技術;第5章介紹物聯網的平臺,包括雲計算平臺、應用平臺以及工業物聯網平臺等;第6章透過案例介紹工業物聯網在智慧製造中的應用模式與應用方法。

用户评价

评分

最近在看一些國際趨勢報告,發現「數位孿生」(Digital Twin)已經從概念走向實際應用,特別是在高價值產品的生命週期管理上。我非常期待這本《物聯網與智慧製造》能夠在這個主題上給予更深入的著墨。畢竟,如果能建立一個工廠或一條生產線的虛擬模型,不僅可以用來模擬各種情境、優化製程參數,甚至可以提前發現潛在的製程風險。請問書中是否有介紹如何將從 IoT 收集到的海量即時數據,有效地映射到數位孿生模型中?這中間涉及的數據流處理和模型計算的即時性要求非常高。此外,如果能探討「數位孿生」在台灣半導體產業或精密機械產業的具體應用場景,以及對良率提升的實際貢獻,那對我來說,就是最實務的參考資料了。畢竟,台灣的製造業競爭力,很大程度上取決於我們能否在極高精密度和複雜度上取得領先。

评分

坦白講,最近一年來,我身邊從事傳產的朋友們都在討論「數位轉型」這張船票,但普遍的感受是,理論很多,但真正能把理論轉成實戰的專家卻很稀缺。這本《物聯網與智慧製造》如果能提供一些關於「人力轉型」的觀點,我會覺得非常實用。因為技術再先進,最終還是要靠人去操作、去維護。當工廠開始高度自動化後,操作員的角色勢必會改變,他們需要具備監控、排除軟體問題的能力,而不是單純地按鈕。書中是否有探討,如何設計培訓機制,讓現有的技術人力能夠順利過渡到智慧工廠的管理角色?這牽涉到企業文化和員工技能的重塑,是比純粹的硬體採購更為複雜的軟性課題。如果能提供一些跨部門溝通的範例,或是成功推動變革的組織架構調整建議,那對我這種需要向上溝通的部門主管來說,無疑是極大的助力。

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說實話,我對這類技術書籍的興趣,主要來自於對「效率極大化」的追求。我個人是那種會把工作流程拆解到最細微,然後不斷優化的人,所以看到「智慧製造」這幾個字,眼睛馬上就會亮起來。現階段的痛點在於,很多工廠的數據雖然有收集,但大多是事後的報表分析,根本無法即時反應在當下的決策上。如果這本書能夠詳盡地剖析如何建立一個高效能的數據中台,讓營運主管可以「看見」生產線的脈動,那價值就非常高了。特別是資料安全和邊緣運算的議題,在工廠環境中處理大量即時數據,邊緣運算的重要性不言而喻,但如何確保這些分散在機台端的運算節點的安全,不被惡意入侵或干擾,這絕對是必須深入探討的環節。我期盼這本書能跳脫單純的技術介紹,而是聚焦於如何透過架構設計,真正實現從資料採集到智慧決策的閉環管理,而不是淪為紙上談兵的炫技。

评分

我對新科技的接受度是蠻高的,但對於「標準化」與「相容性」這兩個工程師最頭痛的問題,特別關注。物聯網的生態系統太過龐雜,各種協定、各種廠牌的設備,要如何讓它們有效地「對話」,一直是個大難題。我希望這本書能針對不同通訊協定(像是 MQTT, CoAP 或是專有協定)在智慧製造場域的適用性,做一個深入的比較和分析。更重要的,是關於數據模型(Data Modeling)的建立。如果每一家工廠都用自己的方式定義感測器的數據格式,那未來想要做跨廠區的數據整合或供應鏈協作,根本就是天方夜譚。所以,如果書中能針對工業數據的標準化架構,提供一些實務上的建議或最佳實踐(Best Practices),那絕對是物超所值,能幫助我們在初期設計系統架構時,就避開未來可能產生的整合黑洞。

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這本《物聯網與智慧製造》的書名,光是讀起來就讓人對工業的未來充滿想像空間,畢竟現在大家都在談數位轉型、工業 4.0,而物聯網(IoT)絕對是背後的關鍵技術。我最近在研究一些自動化設備的整合案例,發現很多傳統產業的升級瓶頸,其實都卡在數據孤島的問題上。想像一下,如果生產線上的每一台機台、每一個感測器都能即時回報狀態,並且彼此溝通協調,那生產效率提升的潛力是多麼驚人!光是預測性維護這一塊,就能省下大筆非預期的停機損失。不過,我比較好奇的是,書裡面有沒有深入探討台灣製造業在導入這些新科技時,遇到的在地化挑戰?例如,我們很多中小企業的機台設備都比較老舊,要怎麼用相對低成本的方式接入這些先進的網路架構?這不是光有技術藍圖就夠了,更需要實際可行的導入策略和案例分析,最好是能結合台灣供應鏈的特性來討論,這樣對我們這些身處產業前線的人來說,才真正有參考價值。希望這本書能提供的不只是高大上的理論,而是可以落地執行、解決實際痛點的方案。

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