铸魂：软件定义制造

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。

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70周年·中国设计70人”。

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。

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