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| 編輯推薦： |
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本书详细描述了工业软件如何建立了数据自动流动规则体系，如何打造了工业产品的大脑、神经和 五官，如何集成、模拟、加速、放大、优化、创新了传统制造过程，如何精确定义和控制了产品在数字空间和物流空间的状态和行为，并由此而形成了一种新工业智能模式软件定义制造，并推动了一个制造新范式的诞生：智能制造。
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| 內容簡介： |
本书较为详细地定义了工业软件，解读了工业软件所应具有的内涵和组成部分。工业软件是工业化的*产物。它封装了工业知识，建立了数据自动流动规则体系，塑造了机器的大脑和灵魂，因此机器变得更加聪明，功能可以随时定义和调整。
工业软件描述、集成、模拟、加速、放大、优化、创新了传统制造过程，形成一种新的工业智能模式软件定义制造。未来的智能制造，是每一个原子都可以被工业软件给出的比特数据精准控制的制造。
软件、芯片、互联网等数字化软硬件设备，都是新型的工业要素，都是从属于工业的服务角色。以工业为主，数字化信息化手段为辅，是工业转型升级、繁荣发展的基本次序。鉴于工业天量般的体量和必须以物质产品支撑国民经济发展的基本属性，软件赋能作用再强大，也不能完全决定工业，更不能替代工业，而是通过软件赋能，让工业发展更迅速，工业产品更精良，工业过程更精准，工业经济更强大。
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| 關於作者： |
赵敏
走向智能研究院执行院长，中国发明协会常务理事，发明方法研究分会会长，正高工。工信部CPS发展论坛副秘书长，中国制造企业双创发展联盟专家委员会委员，中国工业技术软件化产业联盟（中国工业APP联盟）专家委员会委员，国家工业信息安全专家咨询委员会委员，U-TRIZ创始人。参与工信部CPS白皮书、工业互联网平台白皮书、工业互联网APP白皮书的研究与审定工作，参与工程院中国智能制造发展战略研究报告部分研究工作。国内知名智能制造、两化融合及创新方法论专家。
宁振波
教授，中国航空工业集团信息技术中心原首席顾问，中国船舶独立董事。参加多型飞机研制。国家科技进步二等奖获得者。参与编制数字化、智能化制造系列丛书。发表相关制造业学术论文数百篇。也是多个行业、企事业单位的外聘专家。西北工业大学、广东工业大学客座教授，工信部首批两化融合专家。《三体智能革命》作者、《智能制造术语解读》编写者之一，2019年12月，在人民大会堂荣获2019第十五届光华龙腾奖中国设计贡献奖金质奖章新中国成立七十周年中国设计70人。
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| 目錄：
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序
前言
第一章 软件的本质是工业之魂┆1
软件是运行在芯片中的数字化指令和数据的集合。该定义是20世纪计算机软件蓬勃发展初期人们的认识，无法代表今天工业软件所具有的真实内涵。工业软件封装了工业技术知识，建立了数据自动流动的规则体系。它源自工业，赋能工业，创新工业，定义制造。工业转型时代赋予了工业软件崭新使命：工业灵魂，知识容器，智能引擎。
软件定义的内涵与意义┆2
关于定义的定义与边界┆13
软件作用：无软不硬┆25
软件本质：聚智铸魂┆42
第二章 软件定义与工业软件┆51
商用工业软件数控编程系统PRONTO始于1957年，历史已逾60载。60多年来，工业软件层出不穷，形态各异。工业软件的分类成为必须研究的重要内容。重新分类工业软件，相当于改换赛道：弯道超车基本无望，换道超车或许可行。工业软件本质姓工，工业不强则软件羸弱。我国尚未完成工业化进程，自主可控之路仍然漫长。
工业软件的历史与现状┆52
工业软件的细分与重构┆79
工业软件与工业化进程┆89
工业软件是特殊工业产品┆96
第三章 软件定义与工业技术软件化┆105
错过工业软件研发首班车，误了第二班车，所幸，中国人提出了工业技术软件化这个适合国情的命题。工业技术软件化的要点在于，既要将某些事物或要素（如工业技术知识）从非软件形态变成软件形态，又要用软件去定义、改变这些事物或要素的形态或性质。工业技术知识、人、机器三者之间的关系，颇为微妙，相互作用，相互赋能。
工业技术的转化与传承┆105
工业技术软件化的内涵┆112
世界以软件的节奏发展┆121
工业技术软件化的结果┆133
第四章 软件定义与企业资产管理┆143
新工业革命除了要用智能技术激发出更大的生产力之外，在企业物理资产、数字资产的管理水平上也要有质的飞跃。应以工业软件为基础，精准组合多专业的模型与算法，借助仿真手段和大数据来驱动产品研发，让车间生产过程清晰透明，让每一个材料晶格都被精准预测与打印，对所有设备运维状态了然于心，最终实现制造资源的优化配置。
企业资产管理壳提升管理水平┆143
产品研发基于模型并由仿真驱动┆151
数字化制造协同场景栩栩如生┆168
材料微观组分可由人机共定┆178
数字化运维管理及质量追踪┆189
第五章 软件定义与数字孪生┆201
数字孪生是客观世界中的物化事物及其发展规律被软件定义后的一种结果。丰富的工业软件内涵以及强大的软件定义效果，让数字孪生体既可以早于物理孪生体先行面世，又可以逼真展现物理孪生体的形、态和行为，更可以超越物理孪生体的生命周期，实现产品永生。数字孪生实现了数物虚实映射，数字主线实现了所有数字孪生体的数据贯通。
数字孪生的前世今生┆201
数字孪生超越产品全寿期┆209
数字孪生的深度研究成果┆218
数字孪生的广泛应用成果┆230
第六章 软件定义与工业互联网平台┆241
工业互联网平台，发端于工业云，历经研发工具上云、业务系统上云、高价值设备上云等不同发展阶段，广泛联接多种工业要素，形成了工业互联网操作系统，由此而构建了智能制造落地的基础设施。联接工业设备比联接电脑手机要复杂得多。广泛联接工业设备可以带来大范围优化配置制造资源的巨大好处，形成软件定义工业网络生态，但是也给工业安全带来了隐患。
工业互联网缘起与定义┆241
工业互联网平台发展史┆251
工业互联网与社消互联网异同┆260
智能制造参考架构模型及工业安全┆270
第七章 软件定义与工业APP┆282
工业APP数量是评价工业互联网平台的关键指标。基于微服务、面向角色和场景的工业APP是发展方向。传统架构的大型工业软件未来会不断解构、细分其功能，并将这些功能重构为新型架构的工业APP。在10年之内，大型工业软件仍然会占据主导地位，但是工业APP也会不断丰富和发展，逐渐在功能上追赶传统架构的工业软件。
工业APP的发展历史┆282
工业APP的体系框架┆291
工业APP的种类┆297
工业APP的生态体系┆303
第八章 软件定义制造的若干实例┆314
技术引导，实践验证，知行合一。本章选取了软件定义机器人、定义汽车、定义建筑、定义核设施远程诊断四个案例来充分展示工业软件：在生产过程中以数字孪生方式控制、优化机器人产线；以近亿行软件代码精确控制汽车的运行与安全状态；以工业思维创造建筑场馆的高质量研发与交付；基于工业互联网平台远程监控运维核设施。
软件定义消费电子产品机器人数字孪生┆314
软件定义汽车┆321
软件定义建筑┆329
软件定义核设施DCS远程诊断和支持┆334
后记与致谢┆341
缩略语┆345
参考文献┆349
其他参考资料┆352
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| 內容試閱：
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百年来，图纸定义产品，工艺约束制程，说明书描述功能，已成工程惯例。一旦产品造好，若想改动其功能和性能极其困难。工业软件的诞生，逐渐改变了一切。
工业软件是工业化的顶级产物。它如容器一般盛装了人类工业知识，给制造业带来两大巨变：第一，改变了传统的设计、工艺、生产和运维方式，产品随时在赛博空间迭代优化，使制造过程敏捷精准；第二，塑造了产品的五官和大脑，产品在物理空间的行为随场景而自动调整。两大巨变融汇，形成一种新工业智能模式软件定义制造，并由此创造了一个制造新范式：智能制造。
智能制造，顾名思义，一是智能，二是制造。制造乃经济之源，立国之本，作用于物质原子；智能乃基于软件所蕴含的人类智力成果和知识精粹，承载于比特数据。比特和原子携手，赛博系统和物理系统融合，其结果就是赛博物理系统（CPS）。作为使能系统，CPS让赛博中的数字虚体在软件定义的作用下，更精准地控制物理实体的形状和运动。
作者预测，未来的智能制造，是每一个原子都可以被软件给出的比特数据精准控制的制造。这种控制体现在机器、材料的构成上，比特数据将会恰当地安排和控制每一个原子的位置，以及原子之间的相对位置，会精准地控制每一个零件的形状和属性，精准地控制各个零件的所在位置，还会精准地控制这些零件之间的相对运动以及耗能等。
作者梳理了以智能制造为主攻方向的新工业革命内涵，总结了五个基本特征：
①人智转机智人类知识不断进入软件，知识载体由以碳基知识为主转向以硅基知识为主，数字生产力激增；
②传感器低价普及传感器为产品增添了五官，极大增强了产品和设备的感知能力，物理信息加速数字化；
③软件定义制造工业软件成为设备和企业的大脑，算法算力急剧增加，软件定义了材料零件系统的时空表现；
④真正两化融合（软件闭环）比特拥抱原子，IT携手OT，赛博融合物理，软件给出的数字指令跨时空精准操控物理设备；
⑤大范围优化配置制造资源基于工业互联网，实现多域而非单域、大范围而非小范围优化配置制造资源。
上述五个基本特征中，每一个都是依靠工业软件来实现的。
软件定义制造，是一个略有争议的话题，争议焦点在于对定义的理解。本书所讨论的定义，是基于工业软件作为数字化手段的两个基本特点：一个是基于软件形成的研发与管理手段数字化，即用软件作为辅助手段，与设计者的思考形成交互，以软件定义产品形态质地行为的方式开发复杂产品因为复杂产品已经无法用传统的人工手段来很好地完成；另一个是基于软件形成的产品本身数字化，即将软件嵌入芯片，芯片嵌入产品设备之中，让软件成为其中的软零件软装备，以软件定义数据自动流动规则的方
式，根据工作场景自主决策，以精确的动作指令操控物理设备。
以上两种语境下的软件定义制造，是有着充分的意义的，是经过实践检验的，是可以持续发展的。
工业软件极其重要，是新工业革命的关键要素，但是作者不认同软件定义一切等过分夸大软件作用的说法。作者认为：软件、芯片、互联网等数字化软硬件设备，都是新型工业要素，是服务于工业的配角。以工业为主体，以数字化信息化手段为辅助，这是工业转型升级、繁荣发展的基本定位。鉴于工业天量般的体量和必须以物质产品支撑国民经济发展的基本属性，软件赋能作用再强大，也不能决定工业，更不能替代工业，而是让工业发展更快，工业产品更精良，工业过程更精准，工业经济更强劲，工业发展更宜人。
本书名为铸魂：软件定义制造。铸有金字旁，本意是把熔化的金属倒在模子里制成器物，解构原料，重构质地及器形，从而形成铸造这门既古老又现代的生产制造工艺。说它古老，是因为大约6000年前，人类就已经掌握了铸造青铜器的技术，开创了金属时代的器具制造；说它现代，是因为层出不穷的新铸造工艺仍在支撑制造业迅猛发展。在本书封面设计中，铜镜代表了青铜器时代的物理实体，与创造并记忆了铜镜的意识人体和电脑里刻画铜镜的数字虚体彼此交汇，再次重申了作者首创的三体智能模型的内涵。
在中国古人眼里，魂，主管人之精神灵气，魄，主管人之肉体生理。类比到产品上，显然软件是今日产品之魂，是机器自治之本和智能之源。如果没有软件，无数先进的机床、仪器、设备等都会瘫痪，成为没有灵魂、失去价值、无法使用的废铜烂铁。
《铸魂》的本意，就是要强调软件对于制造业的极其重要性，就是要厘清软件定义的实质及其对制造的关键使能赋能作用。
软件定义制造正在成为制造业新的发展趋势，并且获得了政府部门的有力支持。我国工业和信息化部（以下简称工信部）在2016年12月18日发布了《软件和信息技术服务业发展规划（20162020年）》，其中软件定义制造被列为一种重要发展趋势，进行了特别的描述：软件定义制造激发了研发设计、仿真验证、生产制造、经营管理等环节的创新活力，加快了个性化定制、网络化协同、服务型制造、云制造等新模式的发展，推动生产型制造向生产服务型制造转变。
软件定义制造理念由谁率先提出，难以考证。但是在具体的工业实践中，在以德国工业4.0、美国国家制造创新网络（NNMI）工业互联网、日本工业价值链为代表的工业强国的国家企业发展战略中，该理念已经体现得淋漓尽致。德美日各自采用的包含了软件 硬件平台 标准规范 技术体系等内容的复杂系统，其核心使能技术就是工业软件。工业软件是建立工业生态体系的关键要素，是联接了各种工具、机器、设备等工业躯体的大脑和灵魂。谁掌握了更多、更好的工业软件，谁就拥抱了工业发展的未来。
在西方发达国家，既有诸如微软、IBM、SAP、谷歌等IT公司大力发展数字信息技术，也有空客、波音、GE、洛克希德马丁等工业企业在不断推行工业技术软件化。从代码行数看，洛克希德马丁公司已经超过微软成为世界最大的软件公司。大众汽车公司2019年宣称要成为一家软件公司。NASA联合GE、普惠等公司发展NPSS软件已有20余年，该软件内嵌大量航空发动机设计方面的知识、方法和技术参数，用其一天之内就可以完成发动机的一轮方案设计。美国AVM计划在2013年取得验证项目成功，并将成功经验转入NNMI，成为美国数字化设计与制造创新中心的重要支撑。AVM所涉及的核心技术虽然未像工业互联网、大数据、工业软件等信息化技术一样被大规模宣传，但它们代表了美国工业的核心逻辑，是美国再工业化进程中最有价值的东西。波音787研制过程用了8000多种软件，其中约1000种是商业软件，其他软件都是波音公司自用软件，包含了波音多年积累的核心工业技术。这7000多种自用软件，成为其他企业难以企及波音飞机研制水平的高门槛。
软件定义，现在已经成为制造业的一种技术现象：软件不仅定义了零件，定义了材料，也定义了产品，定义了工装，定义了工艺，定义了装配，定义了产线，定义了生产流程，定义了供应链，定义了产品使用场景，定义了产品维护与升级，定义了客户，定义了销售，定义了企业，定义了所有可以定义的一切。
定制造之义，铸工业之魂，强工业之躯。工业是一个国家的立国之本，制造业是一个国家的强国之基。软件定义制造，如同一把闪闪发亮的金钥匙，正在帮助我们打开智能制造、两化深度融合和中国工业转型升级的三重大门。
2019年11月18日
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