當(dāng)今世界正經(jīng)歷百年未有之大變局。國(guó)家綜合實(shí)力由工業(yè)保障，工業(yè)發(fā)展由工業(yè)軟件驅(qū)動(dòng)，工業(yè)軟件正在重塑工業(yè)巨人之魂。
習(xí)近平總書(shū)記在2021年5月28日召開(kāi)的兩院院士大會(huì)、中國(guó)科協(xié)第十次全國(guó)代表大會(huì)上發(fā)表了重要講話(huà)：“科技攻關(guān)要堅(jiān)持問(wèn)題導(dǎo)向，奔著最緊急、最緊迫的問(wèn)題去。要從國(guó)家急迫需要和長(zhǎng)遠(yuǎn)需求出發(fā)，在石油天然氣、基礎(chǔ)原材料、高端芯片、工業(yè)軟件、農(nóng)作物種子、科學(xué)試驗(yàn)用儀器設(shè)備、化學(xué)制劑等方面關(guān)鍵核心技術(shù)上全力攻堅(jiān)，加快突破一批藥品、醫(yī)療器械、醫(yī)用設(shè)備、疫苗等領(lǐng)域關(guān)鍵核心技術(shù)�！�
國(guó)家最高領(lǐng)導(dǎo)人將工業(yè)軟件定位于“最緊急、最緊迫的問(wèn)題”，是“國(guó)家急迫需要和長(zhǎng)遠(yuǎn)需求”的關(guān)鍵核心技術(shù)，史無(wú)前例，開(kāi)國(guó)首次，彰顯了國(guó)家對(duì)工業(yè)軟件的高度重視。機(jī)械工業(yè)出版社此次領(lǐng)銜組織出版這套“工業(yè)軟件叢書(shū)”，秉持系統(tǒng)性、專(zhuān)業(yè)性、全局性、先進(jìn)性的原則，開(kāi)展工業(yè)軟件生態(tài)研究，探索工業(yè)軟件發(fā)展規(guī)律，反映工業(yè)軟件全面信息，匯總工業(yè)軟件應(yīng)用成果，助力產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。這套叢書(shū)是以實(shí)際行動(dòng)落實(shí)國(guó)家意志的重要舉措，意義深遠(yuǎn)，作用重大，正當(dāng)其時(shí)。
本叢書(shū)分為產(chǎn)業(yè)研究與生態(tài)建設(shè)、技術(shù)產(chǎn)品、支撐環(huán)境三大類(lèi)。
在工業(yè)軟件的產(chǎn)業(yè)研究與生態(tài)建設(shè)大類(lèi)中，列入了工業(yè)技術(shù)軟件化專(zhuān)項(xiàng)研究、工業(yè)軟件發(fā)展生態(tài)環(huán)境研究、工業(yè)軟件分類(lèi)研究、工業(yè)軟件質(zhì)量與可靠性測(cè)試、工業(yè)軟件的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范研究等內(nèi)容，希望從頂層設(shè)計(jì)的角度讓讀者清晰地知曉，在工業(yè)軟件的技術(shù)與產(chǎn)品之外，還有很多制約工業(yè)軟件發(fā)展的生態(tài)因素。例如工業(yè)軟件的可靠性、安全性測(cè)試，還沒(méi)有引起業(yè)界足夠的重視，但是當(dāng)工業(yè)軟件越來(lái)越多地進(jìn)入各種工業(yè)品中，成為“軟零件”“軟裝備”之后，工業(yè)軟件的可靠性、安全性對(duì)各種工業(yè)品的影響將越來(lái)越重要，甚至就是“一票否決”式的重要。至于制約工業(yè)軟件發(fā)展的政策、制度、環(huán)境，以及工業(yè)技術(shù)的積累等基礎(chǔ)性的問(wèn)題，就更值得予以認(rèn)真研究。
工業(yè)軟件的技術(shù)產(chǎn)品大類(lèi)是一個(gè)生機(jī)勃勃、不斷發(fā)展演進(jìn)的龐大家族。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，工業(yè)軟件有近2萬(wàn)種之多。面對(duì)如此龐大的工業(yè)軟件家族，如何用一套叢書(shū)來(lái)進(jìn)行一場(chǎng)“小樣本、大視野、深探底”的表述，是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。就連“工業(yè)軟件”術(shù)語(yǔ)本身，也是在最初沒(méi)有定義的情況下，伴隨著工業(yè)軟件的不斷發(fā)展而逐漸產(chǎn)生的，形成了一個(gè)“用于工業(yè)過(guò)程的所有軟件”的基本共識(shí)。如果想準(zhǔn)確地論述工業(yè)軟件，從范疇上說(shuō)，要從國(guó)家統(tǒng)計(jì)局所定義的“工業(yè)門(mén)類(lèi)”出發(fā)，把應(yīng)用在礦業(yè)、制造業(yè)、能源業(yè)這三大門(mén)類(lèi)中的所有軟件都囊括進(jìn)來(lái)，而不能僅僅把目光放在制造業(yè)一個(gè)門(mén)類(lèi)上；從分類(lèi)上說(shuō)，既要顧及現(xiàn)有分類(lèi)（如CAX、MES等），也要著眼于未來(lái)可能的新分類(lèi)（如工研軟件、工管軟件等）；從架構(gòu)上說(shuō)，既要顧及傳統(tǒng)架構(gòu)（如ISA95）的軟件，也要考慮到基于云架構(gòu)（如SaaS）的訂閱式軟件；從所有權(quán)上說(shuō)，既要考慮到商用軟件，也要考慮到自用軟件（in-house software）；等等。本叢書(shū)力爭(zhēng)做到從不同的維度和視角，對(duì)各種形態(tài)的工業(yè)軟件都能有所展現(xiàn)，勾勒出一幅工業(yè)軟件的中國(guó)版圖，盡管這種展現(xiàn)與勾勒，很可能是粗線(xiàn)條的。
工業(yè)軟件的支撐環(huán)境是一個(gè)不可缺失的重要內(nèi)容。數(shù)據(jù)庫(kù)、云技術(shù)、材料屬性庫(kù)、圖形引擎、過(guò)程語(yǔ)言、工業(yè)操作系統(tǒng)等，都是支撐各種形態(tài)的工業(yè)軟件實(shí)現(xiàn)其功能的基礎(chǔ)性的“數(shù)字底座”�；�礎(chǔ)不牢，地動(dòng)山搖，遑論自主，更無(wú)可控。沒(méi)有強(qiáng)大的工業(yè)軟件所需要的運(yùn)行支撐環(huán)境，就沒(méi)有強(qiáng)大的工業(yè)軟件。因此，工業(yè)軟件的“數(shù)字底座”是一項(xiàng)必須涉及的重要內(nèi)容。
長(zhǎng)期以來(lái)，“缺芯少魂”一直困擾著中國(guó)企業(yè)及產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。特別是從2018年以來(lái)，強(qiáng)加在很多中國(guó)企業(yè)頭上的貿(mào)易摩擦展現(xiàn)了令人眼花繚亂的“花式斷供”，僅芯片斷供或許就能導(dǎo)致某些企業(yè)停產(chǎn)。芯片斷供尚有應(yīng)對(duì)措施來(lái)減少損失，但是工業(yè)軟件斷供則是直接閹割企業(yè)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)能力。沒(méi)有工業(yè)軟件這個(gè)基礎(chǔ)性的數(shù)字化工具和軟裝備，就沒(méi)有工業(yè)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，社會(huì)可能停擺，企業(yè)可能斷命，絕大多數(shù)先進(jìn)設(shè)備可能變成廢銅爛鐵。工業(yè)軟件對(duì)工業(yè)的發(fā)展具有不可替代、不可或缺、不可估量的支撐、提振與杠桿放大作用，已經(jīng)日益為全社會(huì)所切身感受和深刻認(rèn)知。
本叢書(shū)的面世，或?qū)⒔议_(kāi)蒙在工業(yè)軟件頭上的神秘面紗，厘清工業(yè)軟件發(fā)展規(guī)律，更重要的是，將會(huì)激勵(lì)中國(guó)的工業(yè)軟件從業(yè)者，充分發(fā)揮“可上九天攬?jiān)�，可下五洋捉鱉”的想象力、執(zhí)行力和戰(zhàn)斗力，讓每一行代碼、每一段程序，都譜寫(xiě)出最新、最硬核的時(shí)代篇章，讓中國(guó)的工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)就此整體發(fā)力，急速前行，攻堅(jiān)克難，攜手創(chuàng)新，使我國(guó)盡快屹立于全球工業(yè)軟件強(qiáng)國(guó)之林。

叢書(shū)編委會(huì)
2021年8月
由于人類(lèi)改造自然界采用的手段和方法以及目的的不同，形成了各種形態(tài)的工業(yè)技術(shù)。例如，研究礦床開(kāi)采設(shè)備和方法的采礦工程，研究金屬冶煉設(shè)備和工藝的冶金工程等。工業(yè)技術(shù)是系統(tǒng)化的工業(yè)知識(shí)和規(guī)則體系，包括功能需求、機(jī)理模型、概念設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、工藝工裝、檢測(cè)實(shí)驗(yàn)、設(shè)備操作、現(xiàn)場(chǎng)安裝、維護(hù)維修、運(yùn)營(yíng)服務(wù)、倉(cāng)儲(chǔ)物流、企業(yè)管理、市場(chǎng)銷(xiāo)售、回收?qǐng)?bào)廢以及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等產(chǎn)品/工廠(chǎng)全生命周期各個(gè)環(huán)節(jié)的系統(tǒng)知識(shí)。
脫離了工業(yè)技術(shù)，也即工業(yè)知識(shí)的支撐，企業(yè)幾乎無(wú)法生存。因此，工業(yè)技術(shù)的知識(shí)轉(zhuǎn)化與傳承尤為重要。工業(yè)知識(shí)的軟件化是工業(yè)技術(shù)、工藝經(jīng)驗(yàn)、制造知識(shí)和方法的顯性化、數(shù)字化、模型化的過(guò)程，對(duì)推動(dòng)新工業(yè)的發(fā)展有著重要的作用。從某種程度上說(shuō)，工業(yè)知識(shí)的軟件化是我國(guó)制造業(yè)走向強(qiáng)大的必由之路，它的成熟度直接代表了一個(gè)國(guó)家工業(yè)化的能力和水平。
但是，工業(yè)知識(shí)的表達(dá)和復(fù)用一直是工業(yè)軟件研發(fā)中的難題。如何依托大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，將工業(yè)技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)和最佳實(shí)踐等工業(yè)知識(shí)軟件化，從而在更廣泛、更深入、更全面的范圍內(nèi)構(gòu)建一個(gè)知識(shí)發(fā)掘、知識(shí)重構(gòu)、知識(shí)傳播、知識(shí)復(fù)用的新體系，以帶來(lái)全新的效率和價(jià)值，這是工業(yè)軟件領(lǐng)域的一個(gè)重要課題。
知識(shí)工程（Knowledge Engineering，KE）由美國(guó)斯坦福大學(xué)的愛(ài)德華·費(fèi)根鮑姆教授在1977年提出。起初，它是人工智能的重要分支之一，通常也稱(chēng)為“專(zhuān)家系統(tǒng)”。費(fèi)根鮑姆希望在機(jī)器智能與人類(lèi)智慧（專(zhuān)家的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)）之間構(gòu)建橋梁，通過(guò)建立某種“專(zhuān)家系統(tǒng)”（一個(gè)已被賦予知識(shí)和才能的計(jì)算機(jī)程序），使該程序所起到的作用能夠達(dá)到專(zhuān)家的水平。隨著時(shí)間的推移，知識(shí)工程的理論、方法、技術(shù)和實(shí)踐也在不斷發(fā)展。新一代的知識(shí)工程被定義為：依托IT技術(shù)，最大限度地實(shí)現(xiàn)信息關(guān)聯(lián)和知識(shí)關(guān)聯(lián)，并把關(guān)聯(lián)的知識(shí)和信息作為企業(yè)的智力資產(chǎn)，以人機(jī)交互的方式進(jìn)行管理和利用，在使用中提升其價(jià)值，以此促進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新和管理創(chuàng)新，提升企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，推動(dòng)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的全部相關(guān)活動(dòng)。
自2007年開(kāi)始，筆者及其所在團(tuán)隊(duì)有幸成為我國(guó)最早專(zhuān)業(yè)從事創(chuàng)新方法推廣研究的團(tuán)隊(duì)之一。我們始終與各行業(yè)的企業(yè)、政府組織、高校探索如何推進(jìn)創(chuàng)新方法的落地應(yīng)用。在這個(gè)過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)，創(chuàng)新的成果必須由創(chuàng)新的方法和創(chuàng)新的知識(shí)共同產(chǎn)生。創(chuàng)新方法的研究與推廣是筆者及其所在團(tuán)隊(duì)一直從事的工作，但是創(chuàng)新的知識(shí)從何而來(lái)？如何管理？如何產(chǎn)生業(yè)務(wù)效果？如何保持知識(shí)的持續(xù)創(chuàng)新和增值？這些問(wèn)題，不僅是客戶(hù)經(jīng)常問(wèn)我們的問(wèn)題，也是我們?cè)趯?shí)踐中不斷思考的問(wèn)題。因此，從那時(shí)起，我們開(kāi)始進(jìn)行面向業(yè)務(wù)創(chuàng)新的知識(shí)工程研究與實(shí)踐。
2013年勞動(dòng)節(jié)前后，在深圳悶熱的天氣里，基于這幾年的探索和思考，我們希望給出一個(gè)關(guān)于如何為企業(yè)或組織實(shí)施知識(shí)工程的方案，于是實(shí)施知識(shí)工程的方法論DAPOSI誕生了。
2020年6月，我們將13年研發(fā)實(shí)踐的淺顯認(rèn)識(shí)再一次進(jìn)行了梳理和凝練，出版了《AI時(shí)代的知識(shí)工程》一書(shū)，有幸得到了積極的反饋，同時(shí)也收到了寶貴的意見(jiàn)和建議。
兩年后，我們又有幸借由機(jī)械工業(yè)出版社組織“工業(yè)軟件叢書(shū)”的機(jī)會(huì)，再次出發(fā)。這兩年，有很多新的認(rèn)識(shí)、新的技術(shù)、新的實(shí)踐，特別是在與工業(yè)軟件和工業(yè)場(chǎng)景的結(jié)合方面。我們希望通過(guò)本書(shū)，能夠?yàn)楣�業(yè)知識(shí)軟件化以及工業(yè)軟件的發(fā)展，提供相關(guān)方法、技術(shù)和實(shí)踐的有益借鑒與參考。
本書(shū)分為基礎(chǔ)篇、體系篇、技術(shù)篇和實(shí)踐篇，主要介紹了基于知識(shí)工程的工業(yè)知識(shí)軟件化的背景、框架體系、技術(shù)體系以及落地實(shí)踐方法。
在基礎(chǔ)篇中，本書(shū)首先提出了對(duì)“新工業(yè)”的認(rèn)識(shí)和理解，指出工業(yè)知識(shí)與工業(yè)軟件是“新工業(yè)”重要的生產(chǎn)要素與生產(chǎn)工具，同時(shí)又是生產(chǎn)產(chǎn)物的重要組成部分，而知識(shí)工程則是連接工業(yè)知識(shí)與工業(yè)軟件的橋梁。
在此背景下，體系篇進(jìn)一步介紹了認(rèn)知“知識(shí)”，特別是工業(yè)知識(shí)的“金字塔模型”，知識(shí)工程的體系，特別是知識(shí)體系的內(nèi)涵，以及對(duì)其進(jìn)行評(píng)估的知識(shí)工程成熟度模型。
對(duì)工業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)概念和體系架構(gòu)進(jìn)行清晰闡述之后，技術(shù)篇從技術(shù)層面介紹工業(yè)知識(shí)的采集、加工和表達(dá)，以及軟件化、模型化和平臺(tái)化。這形成了面向工業(yè)應(yīng)用的知識(shí)工程平臺(tái)。最后，本篇對(duì)各個(gè)階段所用到的技術(shù)、工具和相關(guān)方法展開(kāi)了詳盡的介紹，包括基于知識(shí)平臺(tái)進(jìn)行工業(yè)知識(shí)的應(yīng)用與創(chuàng)新的整個(gè)過(guò)程。
實(shí)踐篇圍繞如何為企業(yè)或組織實(shí)施知識(shí)工程的問(wèn)題，提出了實(shí)施知識(shí)工程的方法論DAPOSI。該方法論的介紹充分融合了近兩年我們自身的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和實(shí)踐。此方法論包括六個(gè)階段：定義階段（Define）、分析階段（Analyze）、定位階段（Position）、構(gòu)建階段（Organize）、模擬階段（Simulate）、實(shí)施階段（Implement）。DAPOSI方法論在不同行業(yè)和企業(yè)落地，需要根據(jù)其業(yè)務(wù)現(xiàn)狀、信息化程度等形成適合本行業(yè)、本組織的落地實(shí)踐方案，因此在本篇中同時(shí)提出了知識(shí)工程落地實(shí)踐的基本策略，以及在各行業(yè)落地的典型案例，以期為讀者提供有益借鑒。
知識(shí)工程“讓工業(yè)植入軟件基因，讓制造裝上知識(shí)引擎”！本書(shū)旨在能夠?yàn)楦�多人了解工業(yè)軟件發(fā)展和企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型盡綿薄之力。希望讀者能夠在閱讀后提出寶貴的意見(jiàn)和建議。
最后，衷心感謝趙敏老師、郭朝暉老師、王美清老師、馮升華老師、楊春暉老師等為本書(shū)提供素材和寶貴建議。他們對(duì)于工業(yè)知識(shí)軟件化的核心觀(guān)點(diǎn)也在本書(shū)中有所體現(xiàn)。