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| 編輯推薦： |
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本书由国内资深专家联合编著。工业技术软件化是人工智能与工业技术的结合，它不仅促进了工业自动化、智能化的发展，也是推动工业进步的关键因素。本书系统地提出了“工业技术软件化”的概念，为工业技术的知识化、模型化和软件化提供了全新的理论框架。书中不仅阐述了工业技术软件化的理论，还提出了具体的方法论，包括如何将工业技术转化为软件产品，以及如何通过软件化推动工业技术的发展。本书还通过多个行业的案例分析，展示了工业技术软件化在实际应用中的创新实践，为读者提供了可借鉴的经验。
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| 內容簡介： |
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本书剖析了工业技术软件化的理念，阐明了工业技术软件化实践的路径，提出了工业技术软件化“原生”知识体系。本书分为上、中、下三篇：上篇讲述了工业化进程、现代工程科学以及工业软件产业的形成，阐明了工业软件来自工程科学知识的软件化，并分析了我国工业软件产业的现状；中篇讲述了现代工业技术的主线、要义和层次，并指出工业技术软件化是工业软件的重要发展方向；下篇讲述了工业软件产业的发展策略、生态建设路径以及未来发展趋势。
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| 關於作者： |
李义章，北京索为系统技术股份有限公司董事长，中国工业技术软件化产业联盟副理事长兼秘书长，中国数字研发的先行者和开拓者。从2006年起，带领索为自主创新研发了SYSWARE——“工业软件操作系统”，并将此软件平台技术广泛应用于航空、航天、兵器、船舶、核工业、电子等国内十大军工集团企业。
宁振波，研究员，中国航空工业信息技术中心原首席顾问，中国船舶独立董事，中国核工业集团特聘专家，国家科技进步二等奖获得者。2003年，参与飞机制造业数字化工程，完成飞机研制体系数字化转型。2019年，荣获“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”称号。
赵翰林，毕业于北京理工大学飞行器设计与工程专业，曾就职于中国兵器工业集团、索为系统，现为自媒体作者、微信公众号“数字工程”主理人、工程学数字图书馆建设者。
闫丽娟，曾就职于第二炮兵、国家信息中心、神州数码，现任安世亚太高级副总裁，曾获军队科学技术进步奖，任中国工业技术软件化产业联盟常务副秘书长，全国信息化和工业化融合管理标准化委员会工业软件标准工作组（SAC/TC573/WG8）专家咨询委员会委员，对中国工业技术软件化产业发展有很大贡献。
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| 目錄：
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丛书前言
前言
上篇 工业软件的发展脉络
第1章 工业化进程
1.1 第一次工业革命 / 2
1.2 第二次工业革命 / 6
1.3 第三次工业革命 / 8
1.4 第四次工业革命 / 11
第2章 现代工程科学的形成
2.1 现代工程科学的演进 / 13
2.1.1 古代，哲学与技术的分立 / 13
2.1.2 文艺复兴与科学革命，科学兴起 / 14
2.1.3 第一次工业革命，工程科学诞生 / 16
2.1.4 第二次工业革命，工程科学与行业紧密结合 / 18
2.1.5 两次世界大战，科学、工程、技术融合 / 19
2.1.6 冷战与科技革命，建立技术科学 / 20
2.1.7 布什范式 / 22
2.2 科学的内涵 / 23
2.3 技术的内涵 / 24
2.4 工程的内涵 / 26
2.5 工程科学与工程技术 / 27
第3章 工程科学软件化产生了工业软件
3.1 工程设计的软件化 / 29
3.1.1 计算机出现之前的工程设计 / 29
3.1.2 计算机与工程设计的结合 / 30
3.1.3 工业软件行业蓬勃发展 / 32
3.2 科学计算的软件化 / 36
3.2.1 科学计算 / 36
3.2.2 计算物理学 / 38
3.2.3 计算力学 / 38
3.2.4 计算材料学 / 39
3.2.5 计算化学 / 40
3.2.6 计算生物学 / 40
3.3 工程方法的软件化 / 40
3.3.1 行业发展催生先进工程方法 / 40
3.3.2 仿真驱动的工程设计 / 41
3.4 波音公司的应用实践 / 43
3.4.1 起步 / 43
3.4.2 腾飞 / 44
3.4.3 巅峰 / 44
3.4.4 技术加持 / 45
第4章 我国工业软件产业分析
4.1 我国工业软件的分类 / 47
4.1.1 研发设计类：差距较大，核心技术缺失多 / 48
4.1.2 生产制造类：高端乏力，细分领域有优势 / 49
4.1.3 运维服务类：前景广阔，国外技术仍领先 / 50
4.1.4 经营管理类：份额占优，高端市场待突破 / 51
4.2 我国工业软件产业的现状 / 51
4.3 推动我国工业软件产业发展的力量 / 52
4.4 我国工业软件产业发展的支柱 / 53
4.5 我国工业软件产业发展的战略机遇 / 54
中篇 中国工业技术软件化发展之路
第5章 现代工业技术的主线：工业产品的全生命周期活动
5.1 工程师视角的工业技术 / 58
5.2 方案阶段 / 61
5.2.1 第一轮方案设计：需求设计 / 63
5.2.2 第二轮方案设计：概念设计 / 66
5.2.3 第三轮方案设计 / 68
5.2.4 方案阶段的重要性 / 71
5.3 工程研制阶段 / 74
5.3.1 详细工程设计、工艺设计、试制和试验 / 74
5.3.2 用仿真代替试验 / 76
5.3.3 供应商、主机厂和工程师 / 76
5.3.4 赋予产品高质量 / 79
5.4 批量生产阶段 / 82
5.4.1 工厂的工艺技术体系 / 82
5.4.2 制造基准信息：以BOM为中心 / 82
5.4.3 工厂规划与运营 / 83
5.5 产品运行与维护阶段 / 84
5.5.1 厂商积极提供运维服务 / 84
5.5.2 运维的模式与技术 / 85
5.5.3 高端运维：航天器在轨服务 / 87
第6章 现代工业技术的要义：标准化、模块化、系列化
6.1 没有标准化就没有现代工业 / 89
6.1.1 互换性为大规模生产筑基础 / 90
6.1.2 品种控制提高经济效益 / 92
6.1.3 有标准时间才有科学测定的生产率 / 92
6.1.4 国家推动标准化为各行业确立技术规则 / 94
6.2 模块化大规模提高产品研发生产效率 / 95
6.2.1 模块化体现系统设计 / 96
6.2.2 模块化促进知识分工 / 97
6.2.3 模块化关键在于处理耦合 / 98
6.3 系列化促进产品持续改进 / 101
6.3.1 采用货架技术加速新产品上市 / 101
6.3.2 建立产品型谱降低技术风险 / 103
6.3.3 规划产品线瞄准细分市场 / 103
第7章 现代工业技术体系的层次
7.1 基础共性的工业技术 / 105
7.2 行业通用的工业技术 / 107
7.3 企业专有的工业技术 / 109
第8章 中国的工业技术软件化
8.1 工业技术软件化：源于中国的产业赛道 / 113
8.2 工业技术软件化的定义 / 114
8.3 工业技术软件化参考架构 / 115
8.3.1 工业技术积累是基础 / 116
8.3.2 软件化过程与技术是关键 / 117
8.3.3 构建工业软件生态是目标 / 117
8.4 工业技术软件化的解析 / 117
8.4.1 工业技术软件化的方法论 / 117
8.4.2 工业技术软件化的完整逻辑 / 119
8.4.3 工业技术软件化的过程 / 120
第9章 工业技术软件化的实践
9.1 工业技术软件化技术体系 / 125
9.1.1 可视化工业APP开发技术 / 125
9.1.2 工业APP标识流通技术 / 128
9.1.3 工业APP集成应用技术 / 130
9.
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| 內容試閱：
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英国前首相丘吉尔曾经表达过这样的观点：“你能看到多远的过去，就能看到多远的未来。”这句话意味着通过深入审视过去的经验与教训，人们能够更好地预见并规划未来。它强调了学习和理解历史的重要性，还反映出丘吉尔认为历史是指导未来的宝贵资源，透彻地理解过去有助于人们做出更明智的决策，避免过去的错误，并为未来的挑战做好准备。
一部世界工业软件发展史，既是世界工业文明发展的缩影，也是人类文明发展的缩影。人类文明的发展层次，可以用衣食住行的状态描述。其中“食”是人类生存的基本保障，谚语“开门七件事，柴米油盐酱醋茶”中，第一个柴是能源，第二个米是主食，有了这两样，就有了生存的基础，加上油盐酱醋茶，人类“食”的水平就上了台阶。
工欲善其事，必先利其器。用餐具变化描述社会形态转变也是很有意思的事。渔猎社会形态时，基本食物得不到保障，人类和各种动物一样，直接用手抓食物来吃，当然，对高温和低温的食物就无能为力了；到了农耕社会，随着火的大规模可控利用，熟食成为常态，就出现了筷子等餐具帮助人们就餐；随着工业文明的发展，工业社会中各种能源如煤炭、石油、天然气、电能、太阳能、核能等的出现和大规模推广，以及冶铜、炼铁术的应用，使得金属餐具的应用成为常态。展望未来的智能社会形态，人类很可能从阳光、空气和水中直接合成生存必需的维生素和其他物资，届时或许不用生产常规的餐具，会出现新的就餐方式，引领新的社会文明形态。
我们不能忘记，1840年的鸦片战争、1894年的中日甲午战争以及1900年八国联军侵华，这些历史事件告诉我们，一个落后的农业国家面对先进的工业国家时，是多么的无助。“工业强则国家强”是过去几百年中华民族无数仁人志士用血泪换来的共识。时间来到2010年，我国GDP超越日本，此后连续14年位居世界第二。同年，我国工业GDP也超过美国，到如今已连续14年位居世界第一。
当今世界，数字化转型如火如荼，我们怎么应对这一趋势？我们知道数字化转型是新经济的引擎，也是人类迈向新的智能社会必需的第一步。因此，全面认识“新型工业化”的内涵，深入理解什么是“新质生产力”，是我国实现民族复兴的必由之路。“数字化转型”“智能制造”“工业互联网”“新型工业化”“新质生产力”的核心是什么？就是工业软件。2020年4月由机械工业出版社出版的《铸魂：软件定义制造》把工业软件定义为工业之魂，软件是未来成熟的数字经济国家以及企业的命脉，软件控制下的数据和模型决定了一个国家的政治、军事、经济、科学技术和教育的未来发展方向，这绝非危言耸听。
一个国家要能开发出能用、好用、易用的工业软件，必须充分重视STEM，STEM是由科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、数学（Mathematics）四门学科的英文首字母组合而成，其中科学在于认识世界、解释自然界的客观规律；技术和工程则是在尊重自然规律的基础上改造世界、实现与自然的和谐共处、解决社会发展过程中遇到的难题；数学则是技术与工程的基础工具。
中国工业技术软件化产业联盟（以下简称联盟），也称为中国工业APP 联盟，是一个旨在推动中国工业领域技术软件化发展的行业组织。该联盟于2017年12月15日在北京成立，得到了工业和信息化部的指导和支持。
联盟的主要任务是促进工业软件的研发与应用，提升工业技术的软件化水平，加速制造业数字化转型，以及构建工业技术软件化生态等。由工业和信息化部电子第五研究所及北京索为系统技术股份有限公司等单位牵头，全国各地政府、国有企业、高校、研究机构及民营公司等多方作为联盟发起人，并给予联盟很多支持。2018年4月，西方国家对我国技术制裁加剧，工业软件的不足越发成为我们“缺芯少魂”的巨大痛点，因此，联盟制订了相关工作计划，持续讨论国内外行业发展趋势，不断吸纳新成员，共同推动中国工业技术软件化的进步和发展，全力解决“少魂”之痛。
本书聚焦于工业技术软件化的形成与发展，分为上、中、下三篇：
上篇讲述了工业化进程和现代工程科学的形成，阐明了工业软件来自工程科学软件化，并分析了我国工业软件产业的现状和问题。
中篇讲述了现代工业技术的主线、要义和层次，并指出工业技术软件化是新一代工业软件的重要发展方向，也是我国工业软件产业发展的蓝海。
下篇讲述了工业技术软件化产业的发展策略、生态建设路径以及未来发展趋势。
为了便于理解工业技术软件化的内涵，此处特别列举三个案例进行说明。
1）核武器研制：美国共进行了1032次核试验，这些核试验从1945年7月16日开始，一直持续到1992年，时间跨度近半个世纪。试验地点包括美国本土、太平洋、大西洋、阿留申群岛等地。通过这些试验，美国深入研究了核武器的技术特性、威力以及影响，但也对环境和人员健康造成了损害。1992年后，美国没有再进行新的核爆炸试验，转而依靠计算机模拟和其他非爆炸性测试方法来维护其核武库的安全和可靠性。中国共进行了45次核试验，从1964年10月16日到1996年7月29日，持续了30余年的核试验项目帮助我国确立了核大国的地位，并为核武器的设计、研发及安全性提供了重要的数据支持。1996年，我国主动签署了“全面禁止核试验条约”。需要澄清的一点是，不做核试验不是不研制新一代的核武器，而是用计算机软件的建模、仿真和模拟技术代替了传统的核试验。实际上，联合国五个常任理事国的新一代核武器研制，都是基于计算机软件的建模、仿真和模拟技术。
2）化学实验：2013年诺贝尔化学奖由马丁·卡普拉斯（Martin Karplus）、迈克尔·莱维特（Michael Levitt）和亚利耶·瓦谢尔（Arieh Warshel）三位科学家共同获得，获奖理由是他们为复杂化学系统创立了多尺度模型。其中，马丁·卡普拉斯就职于法国斯特拉斯堡大学和美国哈佛大学，他在化学物理领域，尤其是在利用计算机模拟复杂化学反应机制方面有着杰出贡献。迈克尔·莱维特是美国斯坦福大学结构生物学系终身教授，他因在生物物理领域，特别是在蛋白质和其他大分子的计算机软件模拟方面的成就而闻名。亚利耶·瓦谢尔是以色列科学家，他的研究主要集中在酶和其他大分子的计算机软件模拟上，为理解这些复杂系统如何工作提供了新的视角。他们三人创立的多尺度模型使得科学家能够在原子和分子层面预测和解释化学反应，极大地推进了化学、生物化学以及药物设计等领域的发展。多尺度模型结合了经典物理学和量子力学的理论，能够有效处理从单个原子到整个生物大分子的多种时间与空间尺度问题。该模型使化学老师和化学实验室的实验员扔掉试管，利用计算机软件模拟化学实验成为可能。
3）一级火箭回收：马斯克太空探索技术公司（SpaceX）的猎鹰-9火箭，为了完成一级火箭的回收，用强力弹簧机械分离方式的助推器取代了原先采用爆炸螺栓分离方式的助推器，实现了一二级火箭的分离。值得注意的是，强力弹簧机械分离方式助推器的研制没有做实物试验，而是通过大量计算机软件仿真保证其合理性和可靠性。这种完全靠大量仿真计算的方法避免了使用火工品，并取代了大量实物试验。笔者认为，猎鹰-9火箭的成功有四个因素，第一是20世纪60年代以来，大量的航天发射积累了大量工业知识，形成了大量工业软件；第二是五十多年的工业软件在航天产品设计仿真中的应用，使工业软件的成熟度得到了大幅度提高；第三是多年来，计算机技术和集成电路（IC）的大规模应用，使计算速度和处理能力都得到了快速发展；第四是新材料、新工艺层出不穷。以上四个方面使得高效能的计算机、数字建模和仿真试验代替了传统的物理试验，其核心就是把人类的知识和智能化技术赋予了工业软件。
综上所述，我们可以这样认为，在新型工业化和数字化转型的过程中，利用工业软件的建模和数字仿真技术，可以指导、简化、减少甚至取消产品研制过程中的实物样机和实物试验。这就是中国工程院原院长周济所说的新一代智能制造HCPS了。过去我们讲“工业强则国家强”，如今我们必须强调“软件强则国家强”，而且怎么强调都不为过。
最后以清代大儒戴震的诗句“治学不为媚时语，独寻真知启后人”作为结束。
宁振波 中国工业技术软件化产业联盟专家委副主任委员
李义章 中国工业技术软件化产业联盟秘书长
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