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名人/編輯推薦
序
目次
商品簡介
工業4.0時代數據做為生產資料將改變傳統的生產方式，我們稱之為數字經濟或行業數字化。數字經濟時代，增加了大數據、人工智能、云計算、5G、邊緣控制、低代碼平臺、數字孿生與仿真等全新的生產要素，這就對從業者提出全新的技能要求，要求他們具備同時具備IT、OT、CT技術能力。本書正是在這個人才培養需求下編寫，核心章節包含了5G關鍵技術、5G-PLC上云通信、IOT數據中臺、低代碼平臺、圖像識別與PLC閉環控制，課程設計簡單高效地將OICT技術融合，使學員能夠快速掌握數字化技術的核心技能。
作者簡介
1.朱彥鵬 國家人力資源和社會保障部教育培訓中心黨委書記、主任。
2.孫偉 現任中國通信工業協會5G專業委員會主任。
3.武志超 任職於天津工業大學控制科學與工程學院儀器科學與技術專業，其研究方向為精密檢測技術、工業互聯網，主要研究方向是檢測技術與自動化裝置、工業互聯網。
4.呂東 任職於天津大學兩年隨後於2019年轉到天津師範大學計算機信息工程學院自動化信息管理專業擔任講師，其研究方向為邊云結合控制系統。
5.範國權 副教授，醫學博士，生物統計學博士後，中國通信工業協會5G專委會副主任委員，山西老年醫學會精準分會會長，山西省家庭教育學會監事，現在山西醫科大學微生物與免疫教研室工作，研究方向為精準醫學在臨床的應用研究；5G技術在醫學中的應用研究；航空航天醫學的研究。
2.孫偉 現任中國通信工業協會5G專業委員會主任。
3.武志超 任職於天津工業大學控制科學與工程學院儀器科學與技術專業，其研究方向為精密檢測技術、工業互聯網，主要研究方向是檢測技術與自動化裝置、工業互聯網。
4.呂東 任職於天津大學兩年隨後於2019年轉到天津師範大學計算機信息工程學院自動化信息管理專業擔任講師，其研究方向為邊云結合控制系統。
5.範國權 副教授，醫學博士，生物統計學博士後，中國通信工業協會5G專委會副主任委員，山西老年醫學會精準分會會長，山西省家庭教育學會監事，現在山西醫科大學微生物與免疫教研室工作，研究方向為精準醫學在臨床的應用研究；5G技術在醫學中的應用研究；航空航天醫學的研究。
名人/編輯推薦
本書是人社部教育培訓中心與中國通信工業協會聯合推出的“人工智能（5G技術工程）”職業培訓的教材。它有兩大特點，一是綜合性強，通過具體案例為讀者展示5G、人工智能、工業互聯等技術的融合與應用。二是實踐性強，書中為讀者開設了云帳號，讀者可以在云端進行實操，方便讀者更便捷地掌握書中知識。這是一本務實、創新的課程培訓書。
序
序言
文/中國科學院院士、天津大學教授姚建銓
發展數字經濟是“十四五"經濟轉型的重中之重。截至2022年3月，我國數字經濟規模已達到5. 35萬億美元，規模居於全球第二位，數字經濟增速居於全球位。在數字經濟發展的過程中，產業數字化達到78%的比重，一二三產業數字化進程顯著提高。
發展數字經濟，離不開人才的支撐。百年大計，教育為本。數字技術在我們所處的這個歷史階段得到了前所未有的發展，知識更新快，學科交叉性強，數字技能學習已經成為終身學習的。
數字技能的特點不可避免地造成數字人才“供需失衡”，據不完全統計，我國目前數字人才缺口達到1000萬人。數字人才培養成為一項國家戰略性工程。2021年10月，中央網絡安全和信息化委員會印發了《提升全民數字素養與技能行動綱要》，首次對提升全民數字素養與技能做出安排與部署。同年10月，人社部辦公廳印發了《專業技術人才知識更新工程數字技術工程師培育項目實施辦法》，部署實施數字工程師培育項目，加強數字人才培養。
在這樣的背景下，人社部教育培訓中心與中國通信工業協會聯合推出了 “人工智能（5G技術工程）”職業培訓，滿足了數字人才培養的需求。作為課程培訓的教材——《5G、人工智能與工業互聯》這本書有兩個特點：
一是綜合性強，編者們將“5G" “人工智能” “工業互聯網” “云一邊一端''等概念， 通過具體案例給讀者們展示“融合”與“應用”：以“工業互聯網”技術為軸，“云一邊一端” 協同控制方式為體，串聯並承載了 “5G”與“人工智能”。智能化、自動化與信息化交叉融 合是物聯網、互聯網和移動通信網的“三網融合”、工業化與信息化“兩化融合”以及“云 網融合”在智能製造、智能城市、智能農業等領域深度應用的一環。
二是實踐性強，在物聯網的學習中，書中給讀者開通了云帳號，讀者可以在云端實際了解物聯網數據中臺，掌握如何建設子帳號等知識。將實際操作融匯於書本中，這樣的教材編寫方式值得學習和推廣。
後，希望這本務實、創新的書能夠給各個領域的讀者一些新的思路，為我國數字人才的培養做出貢獻，助力我國數字經濟高質量發展。
文/中國科學院院士、天津大學教授姚建銓
發展數字經濟是“十四五"經濟轉型的重中之重。截至2022年3月，我國數字經濟規模已達到5. 35萬億美元，規模居於全球第二位，數字經濟增速居於全球位。在數字經濟發展的過程中，產業數字化達到78%的比重，一二三產業數字化進程顯著提高。
發展數字經濟，離不開人才的支撐。百年大計，教育為本。數字技術在我們所處的這個歷史階段得到了前所未有的發展，知識更新快，學科交叉性強，數字技能學習已經成為終身學習的。
數字技能的特點不可避免地造成數字人才“供需失衡”，據不完全統計，我國目前數字人才缺口達到1000萬人。數字人才培養成為一項國家戰略性工程。2021年10月，中央網絡安全和信息化委員會印發了《提升全民數字素養與技能行動綱要》，首次對提升全民數字素養與技能做出安排與部署。同年10月，人社部辦公廳印發了《專業技術人才知識更新工程數字技術工程師培育項目實施辦法》，部署實施數字工程師培育項目，加強數字人才培養。
在這樣的背景下，人社部教育培訓中心與中國通信工業協會聯合推出了 “人工智能（5G技術工程）”職業培訓，滿足了數字人才培養的需求。作為課程培訓的教材——《5G、人工智能與工業互聯》這本書有兩個特點：
一是綜合性強，編者們將“5G" “人工智能” “工業互聯網” “云一邊一端''等概念， 通過具體案例給讀者們展示“融合”與“應用”：以“工業互聯網”技術為軸，“云一邊一端” 協同控制方式為體，串聯並承載了 “5G”與“人工智能”。智能化、自動化與信息化交叉融 合是物聯網、互聯網和移動通信網的“三網融合”、工業化與信息化“兩化融合”以及“云 網融合”在智能製造、智能城市、智能農業等領域深度應用的一環。
二是實踐性強，在物聯網的學習中，書中給讀者開通了云帳號，讀者可以在云端實際了解物聯網數據中臺，掌握如何建設子帳號等知識。將實際操作融匯於書本中，這樣的教材編寫方式值得學習和推廣。
後，希望這本務實、創新的書能夠給各個領域的讀者一些新的思路，為我國數字人才的培養做出貢獻，助力我國數字經濟高質量發展。
目次
目 錄
1. 前言
1.1 5G、人工智能與工業互聯網技術之間的關係............................................... 001
1.2 培養目標.............................................................................................. 001
1.3 課程體系.............................................................................................. 002
2. 5G 通信
2.1 大規模 MIMO 的詳細介紹....................................................................... 005
2.1.1 弗裡斯傳輸公式........................................................................... 006
2.1.2 mMIMO 優點.............................................................................. 008
2.1.3 應用場合..................................................................................... 010
2.2 UPF 核心技術介紹................................................................................. 010
2.2.1 UPF 背景介紹.............................................................................. 011
2.2.2 UPF 功能簡介.............................................................................. 012
2.2.3 UPF 分流技術.............................................................................. 014
2.2.4 UPF 部署方式.............................................................................. 018
2.3 切片技術.............................................................................................. 022
2.4 移動邊緣計算（MEC）........................................................................... 029
2.4.1 云邊協同應用場景........................................................................ 029
2.4.2 云邊協同參考框架........................................................................ 030
2.4.3 MEC 的云邊協同.......................................................................... 031
2.5 5G 通信技術實踐................................................................................... 034
2.5.1 路由器配置前準備........................................................................ 034
2.5.2 登錄配置頁面............................................................................... 035
2.5.3 網絡配置..................................................................................... 036
2.5.4 SIM 卡 2/3/4/5G 方式上網............................................................. 037
2.5.5 APN 設置表................................................................................ 038
2.6 通過 5G 網絡配置 IOT 數據中臺實驗......................................................... 038
2.6.1 操作說明..................................................................................... 040
2.6.2 創建帳號、密碼........................................................................... 040
2.6.3 創建訂閱、發布話題..................................................................... 041
2.6.4 設備與話題綁定........................................................................... 042
3. 邊緣控制 5G-PLC 控制器原理及實驗
3.1 基礎繼電控制....................................................................................... 045
3.1.1 繼電器、接觸器........................................................................... 045
3.1.2 時間繼電器.................................................................................. 045
3.1.3 主令電器..................................................................................... 046
3.1.4 電氣控制線路............................................................................... 046
3.1.5 自鎖控制..................................................................................... 047
3.1.6 互鎖控制..................................................................................... 047
3.1.7 順序控制..................................................................................... 048
3.2 5G-PLC 控制器基本原理......................................................................... 048
3.2.1 工作原理..................................................................................... 049
3.2.2 輸入接口電路............................................................................... 049
3.2.3 輸出接口電路............................................................................... 050
3.3 SoMachine Basic 編程軟件.................................................................... 050
3.3.1 起始界面..................................................................................... 050
3.3.2 主界面........................................................................................ 052
3.3.3 編程操作..................................................................................... 057
3.3.4 任務管理..................................................................................... 058
3.4 PLC 控制器實踐.................................................................................... 061
3.4.1 TM200-5G 控制器硬件特性............................................................ 061
3.4.2 基本指令練習............................................................................... 063
3.4.3 計時器實驗.................................................................................. 064
3.4.4 ModBus 通信實驗........................................................................ 068
3.4.5 電機控制實驗............................................................................... 072
3.4.6 門禁系統模擬實驗........................................................................ 075
4. 云端控制 - 低代碼物聯網開發平臺原理與實驗
4.1 node-red 系統簡介............................................................................... 079
4.1.1 node-red 系統簡介....................................................................... 079
4.1.2 node-red 歷史............................................................................. 080
4.2 node-red 系統初識............................................................................... 082
4.2.1 系統界面..................................................................................... 082
4.2.2 模塊與節點.................................................................................. 084
4.3 組態與應用實踐.................................................................................... 113
4.4 數據中臺與云計算實踐........................................................................... 120
4.4.1 MQTT 通信協議原理.................................................................... 120
4.4.2 node-red 中控平臺設計................................................................ 123
5. 人工智能原理與實驗
5.1 引言：智能工廠.................................................................................... 129
5.1.1 工業大數據引領製造業轉型發展...................................................... 129
5.1.2 工業 4.0 環境下的大數據價值體系................................................... 131
5.1.3 工業大數據的典型應用領域............................................................ 132
5.2 人工智能與機器學習.............................................................................. 133
5.2.1 什麼是人工智能........................................................................... 133
5.2.2 機器學習與模式識別..................................................................... 134
5.2.3 神經網絡..................................................................................... 135
5.3 圖像處理.............................................................................................. 137
5.3.1 數字圖像的基本概念..................................................................... 138
5.3.2 常用圖像格式............................................................................... 139
5.3.3 數字圖像的分類........................................................................... 140
5.3.4 數字圖像處理系統........................................................................ 141
5.3.5 數字圖像處理的工程應用............................................................... 141
5.3.6 數字圖像處理的主要內容.............................................................. 142
5.4 人工智能模式識別實踐........................................................................... 143
5.4.1 網絡攝像頭信息采集..................................................................... 144
5.4.2 人工智能識別平臺應用.................................................................. 152
5.4.3 node-red 項目門禁系統構建.......................................................... 155
6. 綜合實踐
6.1 邊云融合控制綜合實踐........................................................................... 163
6.1.1 PLC 程序設計.............................................................................. 163
6.1.2 云端系統構建............................................................................... 164
6.2 5G 人工智能綜合實踐........................................................................... 170
6.2.1 PLC 程序設計.............................................................................. 170
6.2.2 云端程序設計............................................................................... 171
7. 參考文獻
1. 前言..................................................................................................... 181
2. 5G 通信................................................................................................. 181
3. 邊緣控制 5G-PLC 控制器原理及實驗........................................................... 183
4. 云端控制 - 低代碼物聯網開發平臺原理與實驗............................................... 183
5. 人工智能原理與實驗................................................................................ 184
1. 前言
1.1 5G、人工智能與工業互聯網技術之間的關係............................................... 001
1.2 培養目標.............................................................................................. 001
1.3 課程體系.............................................................................................. 002
2. 5G 通信
2.1 大規模 MIMO 的詳細介紹....................................................................... 005
2.1.1 弗裡斯傳輸公式........................................................................... 006
2.1.2 mMIMO 優點.............................................................................. 008
2.1.3 應用場合..................................................................................... 010
2.2 UPF 核心技術介紹................................................................................. 010
2.2.1 UPF 背景介紹.............................................................................. 011
2.2.2 UPF 功能簡介.............................................................................. 012
2.2.3 UPF 分流技術.............................................................................. 014
2.2.4 UPF 部署方式.............................................................................. 018
2.3 切片技術.............................................................................................. 022
2.4 移動邊緣計算（MEC）........................................................................... 029
2.4.1 云邊協同應用場景........................................................................ 029
2.4.2 云邊協同參考框架........................................................................ 030
2.4.3 MEC 的云邊協同.......................................................................... 031
2.5 5G 通信技術實踐................................................................................... 034
2.5.1 路由器配置前準備........................................................................ 034
2.5.2 登錄配置頁面............................................................................... 035
2.5.3 網絡配置..................................................................................... 036
2.5.4 SIM 卡 2/3/4/5G 方式上網............................................................. 037
2.5.5 APN 設置表................................................................................ 038
2.6 通過 5G 網絡配置 IOT 數據中臺實驗......................................................... 038
2.6.1 操作說明..................................................................................... 040
2.6.2 創建帳號、密碼........................................................................... 040
2.6.3 創建訂閱、發布話題..................................................................... 041
2.6.4 設備與話題綁定........................................................................... 042
3. 邊緣控制 5G-PLC 控制器原理及實驗
3.1 基礎繼電控制....................................................................................... 045
3.1.1 繼電器、接觸器........................................................................... 045
3.1.2 時間繼電器.................................................................................. 045
3.1.3 主令電器..................................................................................... 046
3.1.4 電氣控制線路............................................................................... 046
3.1.5 自鎖控制..................................................................................... 047
3.1.6 互鎖控制..................................................................................... 047
3.1.7 順序控制..................................................................................... 048
3.2 5G-PLC 控制器基本原理......................................................................... 048
3.2.1 工作原理..................................................................................... 049
3.2.2 輸入接口電路............................................................................... 049
3.2.3 輸出接口電路............................................................................... 050
3.3 SoMachine Basic 編程軟件.................................................................... 050
3.3.1 起始界面..................................................................................... 050
3.3.2 主界面........................................................................................ 052
3.3.3 編程操作..................................................................................... 057
3.3.4 任務管理..................................................................................... 058
3.4 PLC 控制器實踐.................................................................................... 061
3.4.1 TM200-5G 控制器硬件特性............................................................ 061
3.4.2 基本指令練習............................................................................... 063
3.4.3 計時器實驗.................................................................................. 064
3.4.4 ModBus 通信實驗........................................................................ 068
3.4.5 電機控制實驗............................................................................... 072
3.4.6 門禁系統模擬實驗........................................................................ 075
4. 云端控制 - 低代碼物聯網開發平臺原理與實驗
4.1 node-red 系統簡介............................................................................... 079
4.1.1 node-red 系統簡介....................................................................... 079
4.1.2 node-red 歷史............................................................................. 080
4.2 node-red 系統初識............................................................................... 082
4.2.1 系統界面..................................................................................... 082
4.2.2 模塊與節點.................................................................................. 084
4.3 組態與應用實踐.................................................................................... 113
4.4 數據中臺與云計算實踐........................................................................... 120
4.4.1 MQTT 通信協議原理.................................................................... 120
4.4.2 node-red 中控平臺設計................................................................ 123
5. 人工智能原理與實驗
5.1 引言：智能工廠.................................................................................... 129
5.1.1 工業大數據引領製造業轉型發展...................................................... 129
5.1.2 工業 4.0 環境下的大數據價值體系................................................... 131
5.1.3 工業大數據的典型應用領域............................................................ 132
5.2 人工智能與機器學習.............................................................................. 133
5.2.1 什麼是人工智能........................................................................... 133
5.2.2 機器學習與模式識別..................................................................... 134
5.2.3 神經網絡..................................................................................... 135
5.3 圖像處理.............................................................................................. 137
5.3.1 數字圖像的基本概念..................................................................... 138
5.3.2 常用圖像格式............................................................................... 139
5.3.3 數字圖像的分類........................................................................... 140
5.3.4 數字圖像處理系統........................................................................ 141
5.3.5 數字圖像處理的工程應用............................................................... 141
5.3.6 數字圖像處理的主要內容.............................................................. 142
5.4 人工智能模式識別實踐........................................................................... 143
5.4.1 網絡攝像頭信息采集..................................................................... 144
5.4.2 人工智能識別平臺應用.................................................................. 152
5.4.3 node-red 項目門禁系統構建.......................................................... 155
6. 綜合實踐
6.1 邊云融合控制綜合實踐........................................................................... 163
6.1.1 PLC 程序設計.............................................................................. 163
6.1.2 云端系統構建............................................................................... 164
6.2 5G 人工智能綜合實踐........................................................................... 170
6.2.1 PLC 程序設計.............................................................................. 170
6.2.2 云端程序設計............................................................................... 171
7. 參考文獻
1. 前言..................................................................................................... 181
2. 5G 通信................................................................................................. 181
3. 邊緣控制 5G-PLC 控制器原理及實驗........................................................... 183
4. 云端控制 - 低代碼物聯網開發平臺原理與實驗............................................... 183
5. 人工智能原理與實驗................................................................................ 184
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