本書面向智能控制技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)需求，緊貼產(chǎn)業(yè)和企業(yè)應(yīng)用
實際，遵循工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟制定的《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)（版本
2.0）》《工業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)架構(gòu)白皮書》《工業(yè)大數(shù)據(jù)分析指南》等技
術(shù)框架，從工業(yè)大數(shù)據(jù)采集、預(yù)處理、存儲、查詢、對象建模、分析、
預(yù)測、可視化以及應(yīng)用等方面介紹了工業(yè)大數(shù)據(jù)的采集、處理與應(yīng)用方
法。通過學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)掌握工業(yè)大數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的構(gòu)建與維護、預(yù)處理
與存取、分析與可視化工具的使用方法，理解工業(yè)大數(shù)據(jù)在設(shè)備狀態(tài)評
估、設(shè)備故障預(yù)警和產(chǎn)品質(zhì)量分析等方面的應(yīng)用場景和方法。本書在內(nèi)
容編排形式上采用項目牽引、任務(wù)驅(qū)動方式，邏輯上分成理論教學(xué)和實
踐教學(xué)兩條主線。根據(jù)不同的需求，理論與實踐部分可以合并使用，也
可以單獨使用。
本書可作為高等職業(yè)院校自動化類和計算機類相關(guān)專業(yè)的教材，也
可以作為職工大學(xué)、成人教育和中等職業(yè)院校相關(guān)專業(yè)的試用教材以及
工程技術(shù)人員的參考用書。
本書配有微課視頻，讀者可掃描書中的二維碼觀看。本書配有電
子課件，凡使用本書作為教材的教師可登錄機械工業(yè)出版社教育服務(wù)網(wǎng)
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前言
二維碼索引
緒論 1
項目1　了解工業(yè)大數(shù)據(jù) 4
【知識目標(biāo)】 4
【技能目標(biāo)】 4
【項目背景】 4
任務(wù)1-1　認(rèn)識工業(yè)大數(shù)據(jù) 4
【任務(wù)描述】 4
【相關(guān)知識】 5
一、大數(shù)據(jù)的概念和特征 5
二、大數(shù)據(jù)的分類 6
三、數(shù)據(jù)規(guī)模的度量 7
【任務(wù)實施】 7
一、認(rèn)識工業(yè)大數(shù)據(jù)的來源 7
二、認(rèn)識工業(yè)大數(shù)據(jù)的特征 10
三、工業(yè)大數(shù)據(jù)實例 11
任務(wù)1-2　 對工業(yè)大數(shù)據(jù)及其應(yīng)用
進行分類 14
【任務(wù)描述】 14
【相關(guān)知識】 14
一、工業(yè)企業(yè)的運行流程 14
二、工業(yè)大數(shù)據(jù)的分類 15
三、工業(yè)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用場景 17
【任務(wù)實施】 19
一、認(rèn)識工業(yè)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用類型 19
二、工業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用實例 20
任務(wù)1-3　了解工業(yè)大數(shù)據(jù)系統(tǒng)架構(gòu) 23
【任務(wù)描述】 23
【相關(guān)知識】 24
一、靜態(tài)數(shù)據(jù)和流數(shù)據(jù) 24
二、批量計算和流式計算 24
【任務(wù)實施】 26
一、認(rèn)識工業(yè)大數(shù)據(jù)的架構(gòu) 26
二、認(rèn)識Hadoop 28
三、認(rèn)識Hadoop分布式文件系統(tǒng) 28
四、認(rèn)識并行計算框架MapReduce 29
五、安裝Linux操作系統(tǒng) 30
六、安裝Hadoop 30
拓展知識　大數(shù)據(jù)技術(shù)框架 32
項目2　工業(yè)大數(shù)據(jù)采集 36
【知識目標(biāo)】 36
【技能目標(biāo)】 36
【項目背景】 36
任務(wù)2-1　了解工業(yè)數(shù)據(jù)采集 36
【任務(wù)描述】 36
【相關(guān)知識】 37
一、工業(yè)現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò) 37
二、工業(yè)數(shù)據(jù)采集常見的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 39
三、工業(yè)數(shù)據(jù)的采集方式 42
四、數(shù)據(jù)的存儲 45
【任務(wù)實施】 45
一、準(zhǔn)備安裝IoTHub 45
二、安裝Sentinel Runtime 45
三、安裝IoTHub 46
任務(wù)2-2　采集PLC數(shù)據(jù) 48
【任務(wù)描述】 48
【相關(guān)知識】 48
一、PLC的組成 48
二、PLC的特點 49
三、PLC連接的信號類型 49
四、PLC的通信 50
【任務(wù)實施】 50
一、安裝Agent 51
二、創(chuàng)建并連接控制器 53
三、定義變量 56
目 錄
— VIII —
工業(yè)大數(shù)據(jù)采集、處理與應(yīng)用
四、數(shù)據(jù)存儲 58
任務(wù)2-3　采集PTL數(shù)據(jù) 65
【任務(wù)描述】 65
【相關(guān)知識】 66
一、PTL系統(tǒng)的構(gòu)成 66
二、PTL系統(tǒng)的特點 68
三、PTL系統(tǒng)的功能 68
四、PTL系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 68
【任務(wù)實施】 69
一、安裝Agent 70
二、創(chuàng)建并連接控制器 71
三、查看變量 74
四、任務(wù)下發(fā) 75
五、數(shù)據(jù)存儲 77
拓展知識　ERP與MES的集成 78
項目3　工業(yè)大數(shù)據(jù)預(yù)處理 81
【知識目標(biāo)】 81
【技能目標(biāo)】 81
【項目背景】 81
任務(wù)3-1　清洗、轉(zhuǎn)換、加載工業(yè)大數(shù)據(jù) 81
【任務(wù)描述】 81
【相關(guān)知識】 83
一、ETL的概念 83
二、數(shù)據(jù)抽取 83
三、數(shù)據(jù)清洗 84
四、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 85
五、數(shù)據(jù)加載 85
六、ETL工具Kettle 86
【任務(wù)實施】 89
一、下載、安裝并啟動Kettle 90
二、分析數(shù)據(jù)問題 91
三、處理流程設(shè)計 93
四、讀入數(shù)據(jù) 94
五、過濾數(shù)據(jù) 97
六、補缺失值 98
七、替換數(shù)據(jù)列 99
八、值映射 100
九、輸出到文件 101
十、執(zhí)行轉(zhuǎn)換 102
十一、保存轉(zhuǎn)換文件 102
任務(wù)3-2　建立數(shù)據(jù)倉庫 102
【任務(wù)描述】 102
【相關(guān)知識】 103
一、數(shù)據(jù)庫 103
二、數(shù)據(jù)倉庫 104
三、Hive 105
【任務(wù)實施】 108
一、下載并安裝Hive 108
二、安裝并配置MySQL 110
三、啟動Hive 110
四、創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫 110
五、創(chuàng)建數(shù)據(jù)表 111
六、加載數(shù)據(jù) 112
任務(wù)3-3　查詢工業(yè)大數(shù)據(jù) 112
【任務(wù)描述】 112
【相關(guān)知識】 112
Hive的查詢語言 112
【任務(wù)實施】 114
一、準(zhǔn)備工作 114
二、啟動Hive 114
三、打開數(shù)據(jù)庫 114
四、查詢 114
五、分組統(tǒng)計 115
六、排序1 115
七、排序2 115
八、條件查詢 115
九、輸出文件 116
拓展知識 116
一、數(shù)據(jù)倉庫的建模 116
二、數(shù)據(jù)倉庫的分層 118
項目4　 工業(yè)大數(shù)據(jù)建模 120
【知識目標(biāo)】 120
【技能目標(biāo)】 120
【項目背景】 120
任務(wù)4-1　使用UML建模工具 120
【任務(wù)描述】 120
【相關(guān)知識】 121
一、UML 121
— IX —
目　　錄
二、轉(zhuǎn)換至關(guān)系模式 124
三、UML工具 125
【任務(wù)實施】 126
一、安裝StarUML 126
二、新建工程 126
三、操作界面 127
四、基本操作 128
五、畫類 132
六、畫關(guān)系 132
任務(wù)4-2　建立設(shè)備信息模型 133
【任務(wù)描述】 133
【相關(guān)知識】 134
一、信息模型 134
二、設(shè)備信息 135
【任務(wù)實施】 137
一、新建工程 137
二、添加類圖 137
三、畫類 137
四、添加屬性 137
任務(wù)4-3　建立生產(chǎn)過程信息模型 138
【任務(wù)描述】 138
【相關(guān)知識】 138
一、生產(chǎn)過程 138
二、生產(chǎn)過程信息示例 140
【任務(wù)實施】 141
一、新建工程 141
二、添加類圖 141
三、畫類 141
四、添加屬性 141
五、添加關(guān)系 141
拓展知識　數(shù)字孿生 142
項目5　工業(yè)大數(shù)據(jù)分析 143
【知識目標(biāo)】 143
【技能目標(biāo)】 143
【項目背景】 143
任務(wù)5-1　使用大數(shù)據(jù)分析工具 143
【任務(wù)描述】 143
【相關(guān)知識】 144
一、大數(shù)據(jù)分析過程 144
二、大數(shù)據(jù)分析的關(guān)鍵 145
三、基于大數(shù)據(jù)的機器學(xué)習(xí) 146
【任務(wù)實施】 147
一、下載并安裝Weka 147
二、Weka的操作界面 149
三、Weka的數(shù)據(jù)及類型 150
四、Weka的文件格式 151
任務(wù)5-2　使用回歸算法預(yù)測 152
【任務(wù)描述】 152
【相關(guān)知識】 152
一、分類預(yù)測 152
二、回歸分析 153
【任務(wù)實施】 155
一、導(dǎo)入CPU樣本數(shù)據(jù) 155
二、初步分析數(shù)據(jù)變化趨勢 156
三、選擇回歸算法 157
四、設(shè)置訓(xùn)練集和驗證集 158
五、執(zhí)行訓(xùn)練 159
六、分析誤差 159
七、保存模型 160
任務(wù)5-3　使用分類算法預(yù)測 160
【任務(wù)描述】 160
【相關(guān)知識】 161
一、分類算法概述 161
二、模型的評估 162
三、ROC和AUC 162
【任務(wù)實施】 162
一、導(dǎo)入玻璃數(shù)據(jù) 162
二、使用分類算法 163
三、設(shè)置訓(xùn)練集和驗證集 164
四、執(zhí)行訓(xùn)練 164
五、誤差分析 165
拓展知識 166
一、集成學(xué)習(xí) 166
二、聚類分析 168
三、關(guān)聯(lián)規(guī)則 169
四、時間序列 169
項目6　工業(yè)大數(shù)據(jù)可視化 170
【知識目標(biāo)】 170
— X —
工業(yè)大數(shù)據(jù)采集、處理與應(yīng)用
【技能目標(biāo)】 170
【項目背景】 170
任務(wù)6-1　變頻電動機轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)可視化 170
【任務(wù)描述】 170
【相關(guān)知識】 171
一、交流電動機 171
二、變頻器 171
三、數(shù)據(jù)圖表之儀表盤 172
【任務(wù)實施】 173
一、 新建Dashboard（數(shù)據(jù)看板）
可視化界面 173
二、 添加控件Gauge（軌距表）
并配置相關(guān)屬性 175
任務(wù)6-2　立體庫物料數(shù)據(jù)可視化 176
【任務(wù)描述】 176
【相關(guān)知識】 177
一、立體庫 177
二、WMS 177
【任務(wù)實施】 178
一、 新建Dashboard（數(shù)據(jù)看板）
可視化界面 179
二、 添加控件Pie Chart（圓餅圖）
并配置相關(guān)屬性 179
三、 添加控件Text Value（文本值）
并配置相關(guān)屬性 180
任務(wù)6-3　訂單生產(chǎn)趨勢數(shù)據(jù)可視化 181
【任務(wù)描述】 181
【相關(guān)知識】 181
一、生產(chǎn)計劃或生產(chǎn)訂單 181
二、制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES） 182
三、MES應(yīng)用實例 182
【任務(wù)實施】 183
一、 新建Dashboard（數(shù)據(jù)看板）
可視化界面 183
二、 添加控件Line Chart（折線圖）
并配置相關(guān)屬性 184
任務(wù)6-4　 數(shù)字化車間裝配工位
訂單可視化 185
【任務(wù)描述】 185
【相關(guān)知識】 185
一、產(chǎn)品裝配過程的訂單顯示 185
二、工業(yè)大數(shù)據(jù)可視化工具 186
【任務(wù)實施】 187
一、選擇導(dǎo)入數(shù)據(jù)源 189
二、 新建Dashboard（數(shù)據(jù)看板）
可視化界面，并配置相關(guān)
屬性 191
三、 添加Panel（面板），選擇導(dǎo)入
數(shù)據(jù)值，配置Panel相關(guān)屬性 193
四、分享數(shù)據(jù)看板 197
拓展知識 198
一、常見數(shù)據(jù)圖表的分類 198
二、 工業(yè)數(shù)據(jù)可視化中的三維
可視化 200
項目7　工業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用 204
【知識目標(biāo)】 204
【技能目標(biāo)】 204
【項目背景】 204
任務(wù)7-1　 認(rèn)識數(shù)據(jù)驅(qū)動的設(shè)備狀態(tài)
評估應(yīng)用 205
【任務(wù)描述】 205
【相關(guān)知識】 205
一、數(shù)據(jù)驅(qū)動的制造 205
二、設(shè)備的預(yù)測維護 206
三、設(shè)備健康狀態(tài)評估 207
【任務(wù)實施】 209
一、 了解半導(dǎo)體芯片制造行業(yè)
對大數(shù)據(jù)應(yīng)用的需求 209
二、 了解設(shè)備健康監(jiān)測與預(yù)測
維護平臺 209
三、平臺應(yīng)用示例 210
任務(wù)7-2　 認(rèn)識數(shù)據(jù)驅(qū)動的設(shè)備故障
檢測應(yīng)用 212
【任務(wù)描述】 212
【任務(wù)實施】 212
一、 了解風(fēng)力發(fā)電行業(yè)對
大數(shù)據(jù)應(yīng)用的需求 212
二、了解設(shè)備故障檢測平臺 212
三、平臺應(yīng)用示例 213
— XI —
目　　錄
任務(wù)7-3　 認(rèn)識數(shù)據(jù)驅(qū)動的質(zhì)量檢測和工藝優(yōu)
化應(yīng)用 214
【任務(wù)描述】 214
【任務(wù)實施】 214
一、 了解汽車整車生產(chǎn)對大
數(shù)據(jù)應(yīng)用的需求 214
二、了解質(zhì)量檢測和工藝優(yōu)化平臺 215
三、平臺應(yīng)用示例 216
參考文獻 217