铸魂-软件定义制造走向智能工业智能模式工业4.0实施工业控制与智能制造书软件工程数据自动流动规则

序

前言

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：弯道车基本无望，换道车或许可行。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，精准组合多的模型与算法，借助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，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

◆ 推荐序 ◆

翻开《铸魂：软件定义制造》（以下简称《铸魂》）一书，仿佛听到了赵敏、宁振波两位为中国制造业发展呕心沥血的专家发出的呐喊：

如何在制造业发展的历史性变革时期，再造制造业发展之魂？

作者指出，新的发展阶段，软件是制造业之魂。数控机床、自动化生产线、智能制造、数字孪生，都以软件为载体和基础。

作者强调，工业软件是新的工业品，工业软件姓“工”，工业软件的基础是工业知识和经验。作者多次大声疾呼：工业软件的属性不是IT，工业软件姓“工”！工业软件是一个典型的高端工业品，它首先是由工业技术构成的。研制工业软件是一门集工业知识与“Know-how”大成于一身的学问。没有工业知识，没有制造业经验，只学过计算机软件的工程师，是设计不出先进的工业软件的。如果我们能够像解剖人体一样来解剖软件的话，当打开软件的“躯壳”时，首先映入我们眼帘的是工业技术。这些观点振聋发聩。

《铸魂》一书详细阐述了软件和工业软件的本质，系统分析了工业软件与工业技术、工业生产过程的关系，用生动的例子和深刻的洞察力，介绍了隐性的工业知识和技术诀窍如何变成软件，展望了在三体协同、赛博空间的未来，工业软件如何为制造业插上腾飞的翅膀。

我国制造业正在转型升级的路上迅跑，材料、装备、工艺、零部件等工业基础与工业发达国家的差距逐步缩小。多年来，作者不断地呼吁，要重视工业软件，防止工业软件与国际先进水平的差距被拉大。

制造业正经历重大的变革。传感器为自动控制和智能提升了感知能力，实时状态数据和工业知识由隐性向显性转化的思路和工具，为工业产品以及制造、服务过程的优化和软件化提供了新的平台和方法。CPS条件下的智能制造正在快步向我们走来，工业软件已经成为制造业发展的核心要素之一，并将在发展中进一步证实它在制造业发展中的关键地位。

《铸魂》一书观点新颖、分析透彻，为制造业走向现代化提供了独特的视野，值得一读。

是以为序。

杨学山

2019年12月20日