推荐序

系统科学的复杂性研究是一个重要的研究领域，随着人类社会各类系统的发展及相关技术的持续演进，其新理论、新方法不断涌现。本书从复杂工程系统如何向工程体系演化，以及工程体系的秩序是怎么制定和维护的角度来破题。

首先，本书构建了从“生态”来定义工程体系的全新方式，提出一个鲜明的观点：“人造生态工程体系的使命是保持体系的长期运转和演进，而实现的办法就是构建基于规则的适应性机制”。作者进而提出理解适应性机制的更优模型是V++模型，该模型基于复杂系统全生命周期的理念，可以对体系整体进行全景的分层描述。人造工程体系的适应性机制需要发掘体系的隐秩序，让隐秩序转换成显规则。为了更好挖掘隐秩序，需要构建一个抑制熵增的基于规则的逆熵体。

接着，作者介绍了CPS和数字孪生技术。提出CPS作为一种新兴的技术体系，是生态工程体系发现隐秩序的最佳工具，虚实映射是隐秩序与显规则的相互转化和循环促进的虚实混合空间。数字孪生的使用可以让虚界和实界握手，可以赋能体系以生命智能，可以发现实体空间不易发掘的隐秩序，并使之转化为改造实体体系的显规则，并在显规则的作用下再去构建和发现新的隐秩序，循环往复，迭代演进。人造生态体系的构建与演进也需要设计一个去中心化的体系规则，并能够自主演化，作者称它为“规则引擎”，以指导体系的演化和发展。

最后，作者通过工业生态的演进与船舶生态体系的实践探索来进一步论述V++模型、CPS、数字孪生和规则引擎的作用，探索一种构建可演进工程体系的路径。

企业的发展乃至国家工业的发展都需要一个好的工业生态。本书从体系的角度来解构工业生态，是对工业生态研究的有益探索。工业4.0的核心理念与技术是CPS，宏观地讲就是数字世界和物理世界的深度融合。从生态的角度来理解，就是物理生命体和数字孪生体的深度融合。物理生命体是在“孕育”（实体的设计开发过程）和服役过程（运行、使用）中伴随其数字模型的物理实体（如产品或装备）；数字孪生体是对服役或孕育过程中的“物理生命体”的数字化描述。数据好比物理生命体的“血液”，数据及智能赋予物理实体以“生命”。

机器装备下一刻的状态和未来的演化非常重要，通过对运行过程的数字孪生模型进行分析，可以控制运行，从而使物理实体变成物理生命体，有自我意识，能够自我控制。数字孪生场景非常重要。智能船舶是数字孪生的一个重要应用场景，这里面充分体现了过程孪生的重要性。以前不存在“过程孪生”这种定义，而随着数字孪生技术被应用到机器装备上，机器装备的孪生体在不断变化，机器装备运行过程中，各种参数发生变化，数字孪生体也是在不断变化。过程孪生还强调数字孪生的对象不仅仅是机器本身，还包含机器的使用者，因为机器的使用过程与使用者紧密联系。本书以船舶为例，说明船舶的数字孪生品不仅仅是船舶，船舶的运行过程也可以是数字孪生体的重要组成部分。

本还研究了数字孪生技术与工业互联网。基于工业互联网的本质特征是连接与集成，通过数字孪生的引入，实现物理和数字世界的融合，实现物理生命体和数字生命体的深入融合，从而提升了工业互联网平台的认知决策能力。

总体而言，本书搭建了对于复杂科学、工业生态、工程体系的一个理解框架，使得读者能够更好地理解CPS、数字孪生、工业互联网、智能船舶等工业实践，解开工业生态神秘面纱，是一本值得一读的好书！

中国工程院院士

2021年9月