當(dāng)今世界正經(jīng)歷百年未有之大變局。國家綜合實(shí)力由工業(yè)保障，工業(yè)發(fā)展由工業(yè)軟件驅(qū)動，工業(yè)軟件正在重塑工業(yè)巨人之魂。
習(xí)近平總書記在2021年5月28日召開的兩院院士大會、中國科協(xié)第十次全國代表大會上發(fā)表了重要講話：“科技攻關(guān)要堅(jiān)持問題導(dǎo)向，奔著最緊急、最緊迫的問題去。要從國家急迫需要和長遠(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、最緊迫的問題”，是“國家急迫需要和長遠(yuǎn)需求”的關(guān)鍵核心技術(shù)，史無前例，開國首次，彰顯了國家對工業(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”，秉持系統(tǒng)性、專業(yè)性、全局性、先進(jìn)性的原則，開展工業(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。這套叢書是以實(shí)際行動落實(shí)國家意志的重要舉措，意義深遠(yuǎn)，作用重大，正當(dāng)其時。
本叢書分為產(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。
在工業(yè)軟件的產(chǎn)業(yè)研究與生態(tài)建設(shè)大類中，列入了工業(yè)技術(shù)軟件化專項(xiàng)研究、工業(yè)軟件發(fā)展生態(tài)環(huán)境研究、工業(yè)軟件分類研究、工業(yè)軟件質(zhì)量與可靠性測試、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、安全性測試，還沒有引起業(yè)界足夠的重視，但是當(dāng)工業(yè)軟件越來越多地進(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、安全性對各種工業(yè)品的影響將越來越重要，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)品大類是一個生機(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2萬種之多。面對如此龐大的工業(yè)軟件家族，如何用一套叢書來進(jìn)行一場“小樣本、大視野、深探底”的表述，是一個巨大的挑戰(zhàn)。就連“工業(yè)軟件”術(shù)語本身，也是在最初沒有定義的情況下，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“用于工業(yè)過程的所有軟件”的基本共識。如果想準(zhǔn)確地論述工業(yè)軟件，從范疇上說，要從國家統(tǒng)計(jì)局所定義的“工業(yè)門類”出發(fā)，把應(yīng)用在礦業(yè)、制造業(yè)、能源業(yè)這三大門類中的所有軟件都囊括進(jìn)來，而不能僅僅把目光放在制造業(yè)一個門類上；從分類上說，既要顧及現(xiàn)有分類（如CAX、MES等），也要著眼于未來可能的新分類（如工研軟件、工管軟件等）；從架構(gòu)上說，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，既要考慮到商用軟件，也要考慮到自用軟件（in-house software）；等等。本叢書力爭做到從不同的維度和視角，對各種形態(tài)的工業(yè)軟件都能有所展現(xiàn)，勾勒出一幅工業(yè)軟件的中國版圖，盡管這種展現(xiàn)與勾勒，很可能是粗線條的。
工業(yè)軟件的支撐環(huán)境是一個不可缺失的重要內(nèi)容。數(shù)據(jù)庫、云技術(shù)、材料屬性庫、圖形引擎、過程語言、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”。基礎(chǔ)不牢，地動山搖，遑論自主，更無可控。沒有強(qiáng)大的工業(yè)軟件所需要的運(yùn)行支撐環(huán)境，就沒有強(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。
長期以來，“缺芯少魂”一直困擾著中國企業(yè)及產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。特別是從2018年以來，強(qiáng)加在很多中國企業(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)對措施來減少損失，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。沒有工業(yè)軟件這個基礎(chǔ)性的數(shù)字化工具和軟裝備，就沒有工業(yè)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，社會可能停擺，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)日益為全社會所切身感受和深刻認(rèn)知。
本叢書的面世，或?qū)⒔议_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，將會激勵中國的工業(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，都譜寫出最新、最硬核的時代篇章，讓中國的工業(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，使我國盡快屹立于全球工業(yè)軟件強(qiáng)國之林。

叢書編委會
2021年8月
由于人類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、檢測實(shí)驗(yàn)、設(shè)備操作、現(xiàn)場安裝、維護(hù)維修、運(yùn)營服務(wù)、倉儲物流、企業(yè)管理、市場銷售、回收報(bào)廢以及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等產(chǎn)品/工廠全生命周期各個環(huán)節(jié)的系統(tǒng)知識。
脫離了工業(yè)技術(shù)，也即工業(yè)知識的支撐，企業(yè)幾乎無法生存。因此，工業(yè)技術(shù)的知識轉(zhuǎn)化與傳承尤為重要。工業(yè)知識的軟件化是工業(yè)技術(shù)、工藝經(jīng)驗(yàn)、制造知識和方法的顯性化、數(shù)字化、模型化的過程，對推動新工業(yè)的發(fā)展有著重要的作用。從某種程度上說，工業(yè)知識的軟件化是我國制造業(yè)走向強(qiáng)大的必由之路，它的成熟度直接代表了一個國家工業(yè)化的能力和水平。
但是，工業(yè)知識的表達(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)建一個知識發(fā)掘、知識重構(gòu)、知識傳播、知識復(fù)用的新體系，以帶來全新的效率和價值，這是工業(yè)軟件領(lǐng)域的一個重要課題。
知識工程（Knowledge Engineering，KE）由美國斯坦福大學(xué)的愛德華·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，通常也稱為“專家系統(tǒng)”。費(fèi)根鮑姆希望在機(jī)器智能與人類智慧（專家的知識經(jīng)驗(yàn)）之間構(gòu)建橋梁，通過建立某種“專家系統(tǒng)”（一個已被賦予知識和才能的計(jì)算機(jī)程序），使該程序所起到的作用能夠達(dá)到專家的水平。隨著時間的推移，知識工程的理論、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)和知識關(guān)聯(lián)，并把關(guān)聯(lián)的知識和信息作為企業(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)的核心競爭力，推動企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的全部相關(guān)活動。
自2007年開始，筆者及其所在團(tuán)隊(duì)有幸成為我國最早專業(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。在這個過程中，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)新的知識從何而來？如何管理？如何產(chǎn)生業(yè)務(wù)效果？如何保持知識的持續(xù)創(chuàng)新和增值？這些問題，不僅是客戶經(jīng)常問我們的問題，也是我們在實(shí)踐中不斷思考的問題。因此，從那時起，我們開始進(jìn)行面向業(yè)務(wù)創(chuàng)新的知識工程研究與實(shí)踐。
2013年勞動節(jié)前后，在深圳悶熱的天氣里，基于這幾年的探索和思考，我們希望給出一個關(guān)于如何為企業(yè)或組織實(shí)施知識工程的方案，于是實(shí)施知識工程的方法論DAPOSI誕生了。
2020年6月，我們將13年研發(fā)實(shí)踐的淺顯認(rèn)識再一次進(jìn)行了梳理和凝練，出版了《AI時代的知識工程》一書，有幸得到了積極的反饋，同時也收到了寶貴的意見和建議。
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”的機(jī)會，再次出發(fā)。這兩年，有很多新的認(rèn)識、新的技術(shù)、新的實(shí)踐，特別是在與工業(yè)軟件和工業(yè)場景的結(jié)合方面。我們希望通過本書，能夠?yàn)楣�業(yè)知識軟件化以及工業(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工程的工業(yè)知識軟件化的背景、框架體系、技術(shù)體系以及落地實(shí)踐方法。
在基礎(chǔ)篇中，本書首先提出了對“新工業(yè)”的認(rèn)識和理解，指出工業(yè)知識與工業(yè)軟件是“新工業(yè)”重要的生產(chǎn)要素與生產(chǎn)工具，同時又是生產(chǎn)產(chǎn)物的重要組成部分，而知識工程則是連接工業(yè)知識與工業(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”，特別是工業(yè)知識的“金字塔模型”，知識工程的體系，特別是知識體系的內(nèi)涵，以及對其進(jìn)行評估的知識工程成熟度模型。
對工業(yè)知識的基礎(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)知識的采集、加工和表達(dá)，以及軟件化、模型化和平臺化。這形成了面向工業(yè)應(yīng)用的知識工程平臺。最后，本篇對各個階段所用到的技術(shù)、工具和相關(guān)方法展開了詳盡的介紹，包括基于知識平臺進(jìn)行工業(yè)知識的應(yīng)用與創(chuàng)新的整個過程。
實(shí)踐篇圍繞如何為企業(yè)或組織實(shí)施知識工程的問題，提出了實(shí)施知識工程的方法論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，因此在本篇中同時提出了知識工程落地實(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。
知識工程“讓工業(yè)植入軟件基因，讓制造裝上知識引擎”！本書旨在能夠?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提供素材和寶貴建議。他們對于工業(yè)知識軟件化的核心觀點(diǎn)也在本書中有所體現(xiàn)。