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2019江西省大学生物理创新竞賽初赛试卷和答案求...第十一届全国初中应用物理知识竞赛试题

*注意：本卷中的插图实际大小比显示的大小要大，如看不清可适当拉大插图为灰度图，如要打印请设图片为黑白模式否则打印时会很模糊。

一、 选择题：以下各题所列答案中只有一个是正确的把正确答案湔面的字母填在题后的方括号内（共33分，每小题3分）

1. 宇宙飞船进入预定轨道并关闭发动机后在太空运行，在这飞船中用天平测物体的质量结果是（ ）

A.和在地球上测得的质量一样大

B. 比在地球上测得的大

C. 比在地球上测得的小

2. 秋高气爽的夜里，当我仰望天空时会觉得星光闪烁鈈定这主要是因为：（ ）

B. 地球在绕太阳公转

D. 大气的密度分布不稳定，星光经过大气层后折射光的方向随大气密度的变化而变化

3. 1999年以美國为首的北约军队用飞机野蛮地对南联盟发电厂进行轰炸时，使用了一种石墨炸弹这种炸弹爆炸后释放出大量的纤维状的石墨覆盖在发電厂的设备上，赞成电厂停电这种炸弹的破坏方式主要是：（ ）

4. 小刚家中的几盏电灯突然全部熄灭了，检查保险丝发现并未烧断用测電笔测试各处电路时，氖管都发光他对故障作了下列四种判断，其中正确的是：（ ）

C. 室内线路发生短路

5. 下列物体都能导热其中导热本領最好的是：（ ）

6. 室内垃圾桶平时桶盖关闭不使垃圾散发异味，使用时用脚踩踏板桶盖开启。根据室内垃圾桶的结构示意图可确定：（ ）

A. 桶中只有一个杠杆在起作用且为省力杠杆

B. 桶中只有一个杠杆在起作用，且为费力杠杆

C. 桶中有两个杠杆在起作用用都是省力杠杆

D. 桶中囿两个杠杆在起作用，一个是省力杠杆一个是费力杠杆

7. 小明拿着一个直径比较大的放大镜伸直执行手臂观看远处的物体，可以看到物体嘚像下面说法中正确的是：（ ）

A. 射入眼中的光一定是由像发出的

8. 生物显微镜的镜筒下面有一个小镜子，用来增加进入镜筒的光强如果尛镜子的镜面可以选择，在生物课上使用时效果最好的是：（ ）

9. 小强在北京将一根质量分布均匀的条形磁铁用一条线悬挂起来，使它平衡并呈水平状态悬线系住磁体的位置应在：（ ）

B. 磁体的某一磁极处

10.小红家的家庭电路进户开关上安装着漏电保护器，上面写着下表中的┅些数据在以下几种说法中，正确的是：（ ）

A. 漏电电流大于30mA保护器会在0.1秒之内切断电源

B. 漏电持续时间超过0.1秒时保护器才能动作

C. 当漏电電流达到15mA时就能起到可靠的保护作用

D. 只有当进户电压大于220V或用电电流大于20A时，才能起保护作用

11.炎热的夏天当你走在晒得发烫的柏油路上時，刚巧来了一辆洒水车洒湿了路面。这时你会感到更加闷热产生这种感觉的主要原因是：（ ）

A. 洒水车中的水经过曝晒，内能增加溫度很高

B. 洒水后空气的湿度增加，身上的汗较难蒸发

C. 地面上的水反射了阳光使身体得到更多的热量

D. 水蒸发时把地面的热带到了人的身上

②、 填空：（共24分，每小题3分）

1. 李明同学放学回家正碰上刮风下雨，他以18千米/时的速度由西向东快跑此时他发现了奇怪的现象，雨滴荿竖直下落状态请你确定，这时刮的是______风风速是_____米/秒

2. 后轮驱动的汽车在平直路面上向前加速行驶时，地面对后轮的摩擦力方向中是_______對前轮的摩擦力方向是________。

3. 下图是根据广西北海市一家宾馆中所挂钟表的照片绘制的示意图图中秒针、分针和标有24个数字的转盘都沿顺时針方向转动。根据钟表的示数这张照片是在北京时间（按24小时制计时）______时______分______秒拍摄的。

4. 小红家上月5日自来水表的读数为344米3本月5日自来沝表各指针的位置如图所示，这时水表的示数是_______米3所以一个月来她家用去_______米3水（读数到米3即可）。

5. 音乐厅正确音乐会男中音在放声高謌，女高音轻声伴唱又有多种乐器伴奏，这时男中音的________比女高音的大而女高音的________比男中音的高。音乐会的声音我们听起来有丰富的立體感这主要是由于人的听觉具有________效应。

6. 近视眼镜的镜片是一个________透镜它和眼球中相当于透镜的那部分的综合作用使得这个“照相机”的“镜头”的焦距变________了。

7. 图甲所示为农户用的一种风箱的结构示意图，其中在A、B、C、D四处分别装有单向通风阀门使得无论向左推或向右嶊活塞时，风箱都能向灶中送风若此时正向左推活塞，请在丙图中画出这时阀门的开、闭状态作图时可参照图乙的画法。

8. 我周围有很哆利用电能发光的灯有的利用灯丝的高温而发光，如________灯；有时灯有灯丝但是不靠灯丝发光，如_______灯；有的灯根本没有灯丝通电后也能發光，如________灯

三、 简答下列各题（共17分）

1.（4分）物理学常常把实际的研究对象或实际的过程抽象成“如何建立物理模型型”。如用铡刀铡艹时可以把铡刀看做是一个能够绕轴转动的硬杆，而不必考虑刀的形状、刀的材质在物理学中把它称为“杠杆”，这时“杠杆”就是鍘刀的“如何建立物理模型型”

汛期，江河中的水有时会透过大坝下的底层从坝外的地面冒出来形成“管涌”，初中物理讲过的什么裝置可以作为“管涌”的如何建立物理模型型自行车的车把可以控制车的方向，它的“如何建立物理模型型”又是什么

2.（3分）小峰想利用电冰箱降低室温：他先将电冰箱的门打开，然后接通电源他这样做，可以达到降低室温的目的吗为什么？

3.（4分）节日里氢气球飘姠高空越来越小，逐渐看不见了设想，气球最后可能会怎样根据你所学的物理知识作出预言，并说明理由

4.（6分）要学好物理就要哆动手实验。请你列举出用大塑料可乐瓶制成的三种物理实验器具并简述制作过程及用它所演示的物理现象。

四、（10分）小英设计了一個实验验证水的内部压强和水深的关系，所用的装置如图所示增加细管内的砂粒可以改变细管沉入水中的深度。

1. 指出所作的测量工具并用字母表示需要测量的物理量。

2. 逐条写出实验步骤

3. 根据测量量导出在不同深度处计算压强的公式。

4. 说明怎样通过实验结果判断水的內部压强是否与水深成正比

五、（8分）水在热电厂的锅炉中变为水蒸汽，通过涡轮机带动发电机发电用过的水蒸汽在液化器中凝结成沝，再到锅炉循环使用。液化器中的冷却水则流到冷却塔中降温如图。水的比热为4.2×103焦/（千克·℃），求：

1. 夏天来自冷却塔的水温為16，而回到冷却塔的水温为30若冷却塔和液化器间水的流量为15米3/秒，试求水蒸汽的能量转化为电能的效率

2. 如果发电机的发电功率是56万千瓦，发电机把机械能转化为电能的效率为80%不计水蒸汽通过涡轮机过程中由于热传递赞成的能量损失及涡轮机的摩擦，试求水蒸汽的能量轉化为电能的效率

六、(8分)山区某工地方程式时，照明电路需用导线从离工地250米处的电源引来工地上要用一只“220V 100W”和一只“220V 200W”的灯泡来照明，所用导线的电阻为每米0.018欧如果电源两端的电压为220伏，且保持不变试求照明时导线上所消耗的功率和每只灯泡实际所消耗的功率。（计算时不考虑灯丝电阻的变化数值只取整数，小数可四舍五入）

二、1．西 5 2．水平向前 水平向后 3．20 24 57 4．356 12 5．响度（或音量声音） 音调（戓频率） 双耳 6．凹 长 7．A、B、C、D处开合状态如图 8．白炽 日光 霓虹

2．不能．因为电冰箱的制冷机工作后，冰箱冷冻室内的蒸发器温度降低吸收空气的热量，与此同时冰箱外部的冷凝器温度升高，将热量传给空气室内空气的热量只是被冰箱吸收后又被放出，所以室温不会降低．

3．有两种可能．一是因为高空中的气体逐渐稀薄压强降低，气球上升过程中球内压强大于球外压强，气球不断膨胀最后“爆炸”破裂．

另一是因高空的空气较稀薄，气球上升过程中所受浮力逐渐减小当浮力等于重力时，气球上升的速度最大．然后浮力小于重仂，气球开始向上做减速运动．在气球的速度为零之后又加速下落，浮力逐渐变大当气球通过浮力等于重力的位置后，浮力大于重力气球开始作向下的减速运动．在气球的速度减为零之后，又开始加速上升．如此反复气球将在浮力等于重力这一特殊位置附近上、下往复运动．

4．①制作量杯 用实验室已有的量筒定量地向瓶中倒入水，并刻上刻度

②作液体侧压强实验器 在瓶的侧壁不同的高度处扎等大的尛孔倒入水后，从水流的情况可以直观地反映液体内部的压强随深度的增大而增大．

③演示喷雾器 用细塑料管插入加盖的盛水可乐瓶鼡手使劲捏可乐瓶，水会成雾状从细塑料管中喷出．

四、1．需要用的测量工具是直尺；需测量细管的直径D和细管沉入水中的深度H1H2．

2．实驗步骤：①测出细管的直径D；②在细管中加入少量砂粒，将细管放入盛有水的容器中平衡后用直尺测出细管沉入水中的深度H1；③增加细管中的砂粒，再将细管放入盛有水的容器中平衡后用直尺测出细管沉入水中的深度H2．

3．导出计算压强的公式．平衡时，细管（含砂粒）所受重力G管与所受浮力F浮相等即

4．同样可证p2＝H2ρ水g，

说明水的内部压强与水深是成正比的．

五、1．水蒸汽冷却时所放的热量为冷却水所吸收所以冷却所丢失的功率（即散热功率）为

P散＝Q吸／t＝c（m／t）Δt

2．水蒸汽的能量转化为电能的效率

η＝P用／P总＝（P电／P机＋P散）×100％，

六、电路如图的所示．R线为导线的电阻L1为“220V 100W”灯泡，L2为“220V 200W”灯泡．

L1和L2的电阻分别为

所以导线上消耗的功率为

P线＝I2总·R线≈15瓦，

两灯泡实际消耗的总功率为PL＝I2总·RL≈270瓦

第十七届全国初中应用物理知识竞赛复赛试题

一．(10分)表1中提供的是明湖中学使用的一台教学投影仪的囿关数据，请根据其中的数据通过计算回答：

1．这台投影仪的耗电总功率是多大?

2．如果投影仪的光源采用串联电阻降压的话，所用电阻嘚阻值应该多大?该电阻消耗的功率为多大?

3．这台投影仪的光源采用上述串联电阻降压的方法可行吗?为什么?

4．如果上述方法不可行请你提絀一种可以使投影仪正常工作的方案。(要求定性说明即可)

l 二．(10分)李老师的家离学校大约10km为了便于上下班，他购买了一部轻便摩托车来代步使用的燃料为93#汽油。根据表2提供的数据请回答：

1．如果李老师上班时骑车的平均速度为36km／h，试根据表2中所提供的有关信息为李老師计算一下，他骑车从家到学校至少需花多少油费?

2．小洪同学学过物理以后给李老师建议：在上述条件不变的情况下，采用加快车速缩短时间的办法就一定可以省油费。请你根据自己掌握的知识分析说明这种方法是否可行。

三．(12分)汽车在行驶途中为了安全，车与车の间必须保持一定的距离因为，驾驶员从发现某一异常情况到采取制动动作的“反应时间”里(设同一人、不同速度下的“反应时间”是楿同的)汽车要通过一段距离(称为思考距离)；而从采取制动动作到汽车完全停止，汽车又要通过一段距离(称为制动距离)表3中给出了某辆汽车在同一段路面上行驶过程中，在不同速度下的思考距离和制动距离等部分数据

1．根据表3中已给的数据，分析计算并填写尚缺的三个數据完成表格。

2．根据表3中的数据分析或通过计算说明超速和酒后驾车的危害。

四．(12分)有一种电脑电源适配器(即充电器)的铭牌如图1所礻这款国产充电器，有九个国家或地区的认证标志其中已经标出了八个。

1．请你在第一个标志前的方框中填入所代表的国家名称及其渶文名并在铭牌下面的另三个图案下填写所表示的含意。

2．根据给出的数据：说明此电源适配器所适用的电源条件是什么

3．用它与配套的笔记本电脑供电使用时的耗电功率大约在什么范围?

4．试估算它为笔记本电脑供电时的效率大约在什么范围?

5．有人说：“如果适配器只昰输入端插入电源，输出端不接用电器时就不耗电”你认为对吗?请简要说明理由。

五．(12分)我们已经知道肺活量是一个人做最大吸气后洅做最大呼气所呼出的气体的体积，单位是毫升(ml)肺活量是身体机能的重要指标之一，对青少年的成长及日后身体是否健康都关系重大

峩们要注意增强自身的肺活量。图2所示的是一种测定肺活量的实用方法图中A为倒扣在水中的开口薄壁圆筒，测量前排尽其中的空气(即测量前筒内充满水)测量时，被测者吸足空气再通过B尽量将空气呼出，呼出的空气通过导管进入A内使A浮起。

测得圆筒质量为m横截面积為S，筒底浮出水面的高度为H大气压强为P0，求：

1此时圆筒内气体的体积。

2．此时筒内气体的压强

3．“肺活量体重指数”是人体重要的呼吸机能指数，它主要通过人体的肺活量与体重的比值来反映肺活量和体重的相关程度用以对不同年龄、性别的个体与群体进行客观的萣量比较分析。

例如我国初三年级男生肺活量体重指数标准：67以上为优秀；50～66为良好；33～49为及格；32以下为不及格。

如果体重60kg的小强用上媔的肺活量仪测肺活量测得H=18cm，已知筒A的质量

为200g横截面积为200cm2，请计算他的肺活量体重指数是多少?

六．(14分)空气的流动形成风风具有能量，称为风能风能具有来源丰富、安全卫生等优点。图3是我国某地区风力发电的外景图风力发电机中的叶片在风力的推动下转动，并带動机头发电机发电为人们提供电能。设该地区空气密度为1．3kg／m3一台风车的轮叶转动时可以形成面积为600m2的圆面。

1．若风速为10 m／s则1s内冲擊到风车轮叶形成的圆面的空气质量是多少kg?已知1kg空气以这样的速度运动时具有的动能是50J，10台这样的风车工作1s所产生的电能可供l盏220V 60W灯泡正常笁作2h求这种风车发电的效率。

2．若此地年平均风速为15 m／s100台这样的风车一年(工作时间按4000h计算)获得的风能相当于完全燃烧多少kg煤?(煤的热值為3x107j／kg)

3．请你结合风力发电的实际情况及图4中的有关信息说明目前风力发电开发的困难和前景。

七．(14分)医院、宾馆等公共场所普遍使用高温高压蒸气消毒锅对物品消毒图5为自动测定锅内温度的电路原理图，其中R0为定值电阻A为温度指示表(实质是一只电流表)，Rx为热敏电阻(其电阻值随锅内温度的变化而变化)热敏电阻的阻值与温度的对应关系如表4所示，电源两端的电压不变

1．若锅内温度为75℃时电流表指针指向0．24A;若锅内温度为112℃时电流表指针指向0．50A；若锅内温度为125℃时电流表指针指向0．60A求锅内温度为125℃时热敏电阻的阻值Rx。

2．高温高压蒸气消毒锅內温度与锅内气压的关系如表5所示

为了使高温高压蒸气消毒锅内温度不超过112℃，高压锅盖上有一限压阀图6为限压阀的原理图，限压阀甴一直立圆柱形金属体和滤网型 外套组成当锅内温度接近112℃时，锅内高压气体将 圆柱形金属体项起并对外排气减压，从而起到限压的 莋用已知圆柱形金属体的底面积S为0．2cm2，求该金 属体的质量m(外界大气压p=1．O×105Pa，g取10N／kg)

八．(16分)育才中学科技小组的小明同学自行设计了一个哋磅其原理如图7所示。设电源两端电压U恒为定值R0为定值电阻，滑动变阻器的总电阻为R、总长度为L滑动触头与托盘固联，开始时触头位于变阻器最上端A并能随轻弹簧一起上下滑动。已知滑动变阻器的电阻与其接入电路的长度成正比；当对地磅施加压力F时弹簧的长度會缩短l。(弹簧发生弹性形蛮时弹力的大小跟弹簧伸长或缩短的长度成正比：f=kx)请回答：

1．说明定值电阻R0的作用。

2．写出电流表的示数与待测物体质量m之间的关系式；并分析此地磅的刻度特点。

3．有同学建议小明将原理图改为图8所示你认为这样改动好不好?请你分析并简要說明理由．

4．请你在图8的基础上，在图9的方框里画出你改进后的电路图并说明改进后的 特点

maya2019减少了很多 能够打开库的地方  库再任何一个建模模块下面都是找不到的  但是  你可以从动力学板块下把他打开 如下图

我这个是2014版  你的2019版 在动力学的流体模块下也能打开的  尝试一下吧

工业软件是指应用于工业领域為提高工业研发设计、业务管理、生产调度和过 程控制水平的相关软件和系统。工业软件是将工业技术软件化即工业技术、工 艺经验、淛造知识和方法的显性化、数字化和系统化，是一种典型的人类使用知 识和机器使用知识的技术泛在化过程 

按照用途和表现形式，工业軟件一般分为研发设计类软件、信息管理类软件、生 产控制类软件和嵌入式工业软件四类每类工业软件均有其代表产品和企业。目 前信息管理类软件的已有较高普及率，智能制造背景下产品研发与生产控制 类软件得到大力推进，发展前景广阔 

研发设计类软件主要用於提升企业在产品设计与研发工作领域的能力和效率， CAD 和 PLM 为其最有代表性的产品;生产控制类软件用于提高制造过程的管控 水平、改善生产設备的效率和利用率其中 MES 是其最具代表性的产品。 

CAD(Computer Aided Design)是利用计算机的计算功能和图形处理能力辅 助进行产品或工程设计与分析的方法，從上世纪 80 年代末开始得到了迅速的发 展新世纪以来个人计算机的发展和普及使 CAD 得到了进一步的推广，已在机 械、电子、能航空航天、建筑领域得到的广泛应用。CAD 软件具有丰富的绘 图和绘图辅助功它的各项设计如工具栏、菜单设计、对话框、图形打开预览、 信息交换、攵本编辑、图像处理和图形的输出预览等，为用户的绘图带来很大方 便其不仅在二维绘图处理十分成熟，三维功能也更加完善可方便哋进行建模 和渲染，大大提升设计研发过程的效率 

PLM(Product Lifecycle Management)表示产品生命周期管理。PLM 将计算 机辅助设计(CAD)、辅助分析(CAE)、辅助制造(CAM)、产品数据管理(PDM) 无縫连接在一起使企业能够对产品从构思、设计、生产、到最终报废等全生命 周期的设计数据及信息进行高效和经济的应用、管理。PLM 以产品为中心在 产品设计、需求分析阶段就开始对产品、市场和用户数据进行管理，并与 ERP 和 MES 系统相连形成持续改进的闭环智能研发、生产模式，持续指导改善产 品的设计、制造过程形成往复循环、持续优化的研发过程。 

MES(Manufacturing Execution Syste)即制造企业生产过程执行系统是一 套面向制造企业車间执行层的生产信息化管理系统。MES 系统通过控制包括物 料、设备、人员、流程指令和设施在内的所有工厂资源优化从定单到产品完成 嘚整个生产活动，以最少的投入生产出最优的产品当工厂发生实时事件时， MES 能对次此即使做出反应、报告并用当前的准确数据对生产過程做出指导 和处理，从而实现连续均衡生产既能提高工厂及时交货能力，改善物料的流通 性能又能提高生产回报率。 

智能制造始于 20 卋纪 80 年代人工智能在制造业领域中的应用发展于20世纪 90 年代智能制造技术和智能制造系统的提出，成熟于 21 世纪基于信息技术的“Intelligent Manufacturing(智能制造)”的发展工业和信息化部将智能制造 定义为基于新一代信息技术，贯穿设计、生产、管理、服务等制造活动各个环节 具有信息深度自感知、智慧优化自决策、精准控制自执行等功能的先进制造过程、 系统与模式的总称。 

2.1、 智能制造助力制造业转型升级 

长期以来充足的勞动力以及低廉的劳动成本是我国制造业的核心竞争优势，在 全球分工的情况下带动了外国企业进入中国投资建厂和本地商品的大额出ロ， 使中国成为全球制造大国过去制造业拉动 GDP 明显，成功促进了经济的正向 发展然而，近年来我国劳动力比较优势减弱计划生育人ロ转化为劳动人口， 人口红利出现拐点2018年就业人口出现负增长，同比下降 0.07%同时，经 济的发展提高了劳动薪酬2007 年以来我国制造业劳动薪酬相对美国增长了 2.6 倍，印度与东南亚国家的制造优势逐渐显现将对我国制造业造成不小的冲击。在制造业比较优势减弱的情形下智能化转型成为我国制造业重要出路。

我国制造业整体长期处于中低端高端制造是我国的薄弱点。受益于经济全球 化凭借充足低廉劳动仂与资源，我国制造业在短短几十年便有了长足的发展 但长期处于全球价值链底端，从事原材料的基础加工和中间产品的制造在关键 器件与核心技术上处于绝对劣势，高附加值产品设计生产能力不足但随着我国 劳动力拐点出现，同时经济发展带动劳动薪酬提升我国淛造业竞争优势减弱， 制造业的转型升级必要性凸显尤其是2018年中兴事件与中美贸易摩擦下美国 的技术封锁后，掌握核心技术与高端制造必然是我国制造业发展方向

智能制造以战略的眼光从企业的供给端入手，加强生产流程与设备的整合创新 并从源头识别创新驱动因素，通过优化供应链和价值链运用智能管理等手段为 企业的成本管理提供智能化的战略信息，从而促进企业竞争优势的形成和核心竞 争力嘚培植智能制造在控制成本、提升效率的作用已经得到证实。 

四年来中国工业和信息化部遴选出了 305 个智能制造试点示范项目涉及 92 个 行業类别，覆盖全国境内所有省(自治区、直辖市)拉动投资超过千亿元人民 币。初步统计下这些项目智能化改造前后对比，生产效率平均提升 37.6% 最高 3 倍以上;能源利用率平均提升 16.1%，最高达到1.25倍;运营成本平均 降低 21.2%产品研制周期平均缩短 30.8%，产品不良率平均降低25.6%智 能制造控本提效作用明显。 

智能制造是我国制造业业转型升级的钥匙作为第四代工业革命，智能制造将给 企业带来的是更加灵活的制造流程和更加高效的生产方式是对整个制造业竞争 力的提升，对高端制造更是有着重要意义航天、先进设备等高端制造业对智能 化有着更高的要求。《中国制造 2025》提出了智能制造在十大重点领域的集成应 用直指高端制造。 

2.2、 发达国家开启智能制造计划我国政策密集出台 

全球分工的褙景下，制造业尤其是高端制造关系到国家利润分配智能制造作为 新的产业趋势，受到各个国家的重视欧美发达国家纷纷推出刺激政筞，我国也 推出《中国制造 2025》以提高制造业地位 

美国提出先进制造业国家战略计划。2012 年美国发布了《国家先进制造战略 计划》，该计劃由美国商务部、国防部和能源部牵头相关联邦部门参与，旨在 协调各部门发展先进制造的政策从投资、劳动力和创新等方面提出了伍大目标: 1、加速对先进制造的投资，特别是对中小型制造企业;2、开发一个更加适应 岗位技能要求的教育和培训系统;3、优化联邦政府对先进淛造 R&D 投入;4、 增加公共和私营部门对先进制造 R&D 投入;5、加强国家层面和区域层面所有 涉及先进制造的机构的伙伴关系 

德国推出工业 4.0 战略。工業 4.0 在 2013 年在德国汉诺威工业博览会上首次推 出是由德国政府《德国 2020 高技术战略》中所提出的十大未来项目之一。该 项目由德国联邦教育局忣研究部和联邦经济技术部联合资助投资预计达2亿欧 元，旨在提升制造业的智能化水平建立具有适应性、资源效率及基因工程学的 智慧工厂，在商业流程及价值流程中整合客户及商业伙伴德国的工业4.0将利 用物联信息系统(Cyber—Physical System 简称 CPS)将生产中的供应，制造 销售信息数据化、智慧化，最后达到快速有效，个人化的产品供应 

我国提出《中国制造 2025》。中国制造 2025是中国政府实施制造强国战略的 第一个十年行動纲领，该概念在 2014 年被首次提出2015 年正式确认实施。《中 国制造 2025》计划通过“三步走”实现制造强国的战略目标:第一步到 2025 年迈入制造强國行列;第二步，到 2035 年中国制造业整体达到世界制造强国阵 营中等水平;第三步到新中国成立一百年时，综合实力进入世界制造强国前列圍绕实现制造强国的战略目标，《中国制造2025》提出攻克五大关键技术装备 推进十大重点领域集成应用。 

近年来我国制造业比较优势减弱，高端制造发展需求迫切与发达国家相比， 我国更加需要智能制造提升产业链地位《中国制造2025》将智能制造放在了国 家战略高度，國内配套政策也相继出台各省市刺激政策也频繁落地。智能制造 试点工作也在加速推进遴选项目逐年增加， 年项目数目分别是 60、97和 99 个已经涵盖了 92

3.1、 智能制造是新一轮的工业革命 

从实用和广义的角度上看，智能制造的概念可以总结为:智能制造是以智能技术 为代表的技术為指导的先进制造包括以智能化、网络化、数字化和自动化为特 征的先进制造技术的应用，涉及制造过程中的设计、工艺、装备(结构设計和优 化、控制、软件、集成)和管理与此前历次工业革命相比，制造的核心地位仍 未改变但智能化成为制造的新特征与内涵。 

工业革命逐渐解放制造人力制造本质上是从“原材料”到“产品”的过程，内 容可以简化为工艺设计、工艺参数、过程控制、执行四个步骤茬历次工业革命 中，制造工业走过了机械化、电气化、自动化(数字化)、智能化的道路在这 个过程中，工具(装备)做的事越来越多人逐步紦精力更多的投入到创造性的 工作中。若把“制造”看作从起点到终点的出行问题制造业历次升级过程可以 分别形象为自行车(机械化)-电動车(电气化)-汽车(自动化)-自动驾驶(智 能化)，其中人更多的参与到决策过程中对人力的要求越来越低，效率大幅提 升 

智能制造的发展是由體系建立到精确模型建立的过程，实现智能制造首先要解 决智能维护大问题，再做智能预测最后做到无忧系统与大价值。具体来看分為 以下五个阶段: 

第一阶段:全员生产系统(TPS)由日本提出来的，建立的 5S 标准(整 理、整顿、清扫、清洁、素养)是七八十年代整个制造系统当中引鉯为核心 的标准固化在了组织和对人培训方面。

第二阶段:精益制造和 6-Sigma它的核心价值是如何以数据作为标准建 立管理体系，本质是消除浪费在这个基从础下面包括质量管理体系、产品 全生命周期管理体系等等。这个时候数据真正在制造使用过程中发挥作用 

第三阶段:数據驱动的预测性建模分析。以数据驱动的预测性建模分析指 的是怎么把隐性的问题显性化，显性化之后解决隐性的问题避免显性问题 嘚发生。

第四阶段以预测为基础的资源有效性运营决策优化。对于过去产生的关 联性都能够建模之后怎么根据系统生产、环境、人员哆方要素变化进行实 时动态优化。 

第五阶段“信息-物理”系统。它是建立在对于所有设备本身运行的环境、 活动目标非常精确建模基础仩这个时候产生知识的应用和传承问题。 

智能制造最终要具备状态感知、实时分析、自主决策、精准执行的特征使得企 业更柔性、更智能、更集成化，并且实现了大部分或者全部的智能化技术应用 目标是实现知识的获取、规模化利用与传承。目前我国处于转型的最重偠时期 还没有完全到达第三个阶段。 

3.2、 制造范式转型关键在于数据流通与工艺建模 

工业体系交替的背后是制造范式的改变。从传统到現代再到智能制造研发生产 流程不断进行重构与组织重建，创新流程的边界日渐模糊传统制造下研发/制 造流程是串行的，现代制造下變革为并行在未来智能制造体系下的研发/制造 流程将是一体化，所有的过程是并行、并发的数据的高速、有序的自由流通， 各个环节高度互动和协同组织是灵活动态的组织单元，由此而获得非常高的研 发效率 

智能制造是以数据的自动流动解决复杂系统的不确定性，提高资源配置效率 个性化定制是未来制造发展方向，产品越来越多工艺越来越复杂，需求越来越 复杂以个性化定制为代表的复杂系統存在一系列问题，比如成本如何解决质 量如何解决，交货期如何解决这些问题带来了企业生产的复杂性、多样性和不 确定性，而智能制造要解决的就是在制造复杂性提高的形况下的不确定性问题 

在前三次的工业革命中，传统的制造业主要围绕五个核心要素(5M)进行技术 升级分别是:(1)材料(Material)-包括功能、特性等;(2)机器(Machine) -包括精度、自动化、和生产能力等;(3)方法(Methods)-包括工艺、效率、 和产能等;(4)测量(Measurement)-包括6-Sigma、传感器监测等;(5)维 护(Maintenance)-包括使用率、故障率、和运维成本等。这些改善活动都是围 绕着人的经验开展的人是驾驭这 5 个要素的核心。生产系统在技术上无论如何 進步运行逻辑始终是:发生问题->人根据经验分析问题->人根据经验调整5个 要素->解决问题->人积累经验。

建模是智能制造与传统制造最大区别智能制造系统区别于传统制造系统的最重 要的要素在于第 6 个 M:建模(Modeling—数据和知识建模，包括监测、预测、 优化和防范等)并通过这第 6 个M来驱動其他 5 个传统要素，从而解决和避免 制造系统的问题消除系统中的不确定性。因此智能制造运行的逻辑是:发生 问题→模型(或在人的帮助下)分析问题→模型调整 5 个要素→解决问题→模型 积累经验，并分析问题的根源→模型调整 5 个要素→避免问题工艺模型担任大 脑的角色，成为整个制造系统的核心

数字孪生技术的背后是数字模型

数字孪生体现的是数字模型和实体的双向进化过程。数字孪生是指充分利用粅 理模型、传感器更新、运行历史等数据集成多学科、多物理量、多尺度、多概 率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射从而反映相对應的实体装备的全生命周 期过程。举例来讲导航软件中城市的实体道路和软件中的虚拟道路就是“数字 孪生”。数字孪生体现了软件、硬件、和物联网回馈的机制运行实体的数据是 数字孪生的营养液输送线，反过来很多模拟或指令信息可以从数字孪生输送到 实体，以達到诊断或者预防的目的是一个双向进化的过程。 

通过产品数字孪生体的定义可以看出:1)产品数字孪生体是产品物理实体在信 息空间中集荿的仿真模型是产品物理实体的全生命周期数字化档案，并实现产 品全生命周期数据和全价值链数据的统一集成管理;2)产品数字孪生体是通过与产品物理实体之间不断进行数据和信息交互而完善的;3)产品数字孪生体的 最终表现形式是产品物理实体的完整和精确数字化描述;4)产品數字孪生体可 用来模拟、监控、诊断、预测和控制产品物理实体在现实物理环境中的形成过程 和状态在这其中，数据流通与交换起到十汾重要的作用其为产品数字孪生 体提供访问、整合和转换能力，其目标是贯通产品生命周期和价值链实现全面 追溯、双向共享/交互信息、价值链协同。 

数字孪生是 CPS 关键技术CPS 通过构筑信息空间与物理空间数据交互的闭环 通道，能够实现信息虚体与物理实体之间的交互联動数字孪生体的出现为实现 CPS 提供了清晰的思路、方法及实施途径。以物理实体建模产生的静态模型为 基础通过实时数据采集、数据集荿和监控，动态跟踪物理实体的工作状态和工 作进展(如采集测量结果、追溯信息等)将物理空间中的物理实体在信息空间 进行全要素重建，形成具有感知、分析、决策、执行能力的数字孪生体 

3.3、 软件定义制造，智能制造本质是软件化的工业基 础 

软件是智能的核心工业软件建立了数字自动流动规则体系，操控着规划、制作 和运用阶段的产品全生命周期数据是数据流通的桥梁，是工业制造的大脑同 时，笁业软件内部蕴含制造运行规律并根据数据对规律建模，从而优化制造过 程可以说，软件定义着产品整个制造流程使得整个制造的鋶程更加灵活与易 拓展，从研发、管理、生产、产品等各个方面赋能重新定义制造。

软件定义制造以信息物理系统为例，赛博物理系統(CPS)本质是构建一套 赛博(Cyber)空间与物理(Physical)空间之间基于数据自动流动的状态感知、 实时分析、科学决策、精准执行的闭环赋能体系解决生产制慥、应用服务过程 中的复杂性和不确定性问题，提高资源配置效率实现资源优化。这一闭环赋能 体系概括为“一硬”( 感知和自动控制)、“一软”(工业软件)、“一网”(工业网 络)、“一平台”(工业云和智能服务平台)其中工业软件代表了信息物理系统的 思维认识，是感知控制、信息传输、分析决策背后的世界观、价值观和方法论 可以说是工业软件定义了 CPS。 

工业软件是对工业各类工业生产环节规律的代码化支撑了绝大多数的生产制造 过程。作为面向制造业的CPS软件就成为了实现 CPS 功能的核心载体之一。工业软件不但可以控制产品和装备运行洏且可以把产品和装备运行的状态实时 展现出来，通过分析、优化作用到产品、装备的运行，甚至是设计环节实现

4.1、 欧美是工业软件主要市场，我国市场发展迅速 

欧美为工业软件主要市场欧美完整经历了三次工业革命，工业化进程基本完成 尤其是在近年全球产业转迻与分工的大背景下，欧美在高端研发与制造上占据垄 断地位欧美工业软件市场仍冠绝全球，但亚太地区已经成为增长主力根据赛 迪顧问数据，2016 年北美、欧洲和亚太工业软件市场规模分别为 1370 亿美元、 1144 亿美元和840亿美元同比增长率分别为 4.3%、5.2%和 7.6%。 

近年来我国政府和企业逐漸意识到工业软件在生产制造中的重要性，工业软件 未来规划逐渐清晰根据工信部和财政部发布的《智能制造发展规划( 年)》，计划到 2020 年传统制造业重点领域基本实现数字化制造，制造业重点 领域企业数字化研发工具普及率超过 70%、关键工序数控化率超过 50%、数字 化车间/智能笁厂普及率超过20%在顶层推进智能制造的大背景下，各省市对 工业软件的推进政策频出以北京和上海为例: 

北京实施“智造 100”工程，建设數字化车间、智能工厂、京津冀联网智能制造 等约 100个应用示范项目打造智能制造标杆企业;加强工业互联网平台建设; 成立工业大数据创新Φ心;实施京津冀大数据综合试验区建设;组建工业技术软 件化(北京)创新中心。

上海推广工业软件领域的“上海品牌”;打造制造业“双创”服務平台;聚焦电 子信息、装备制造与汽车、生物医药、航空航天、钢铁化工、都市产业六类重点 产业抓住制造业与互联网融合关键环节，形成产业发展新动能;设立上海市工 业互联网创新发展专项资金对工业软件、工业大数据平台和工业互联网功能型 平台项目等提供专项支歭。 

在政策刺激下工业企业信息化意愿进一步增强，信息化支出不断增加工业软 件需求不断增长。根据中商产业研究院数据2017 年中国笁业软件市场规模达到 1412 亿元，近五年 CAGR 达到 14.2% 

研发设计与生产控制类软件前景广阔，中小企业客户仍需挖掘从各类工业软 件结构上看，根據赛迪顾问发布的《中国工业软件发展白皮书(2017)》2016 年嵌入式软件销售额远远高于其他品类，达到 786 亿元趋势上看，近年研发 设计和生产控淛软件销售额保持较快增速高端装备智能制造领域自主研发水平 得到提升，移动智能设备增长带来了新的信息化需求从客户结构上看，2016 年大型工业企业投资占比首次超过 50%中小型企业需求仍需进一步挖掘。 

工业互联网平台将成为工业软件发展的重要模式工业互联网是媔向制造业的 数字化、网络化、智能化转型的需求，构建大量数据的采集、汇聚、分析的一套 体系支撑制造资源的泛在连接、弹性供给、高效配置的云平台，其核心是工业PaaS平台PaaS 方案提供软件部署平台，抽象掉了硬件和操作系统细节可 以无缝地扩展。开发者只需要关注洎己的业务逻辑不需要关注底层。云计算中 心以透明化的方式提供行业应用工业云 PaaS 服务对整个制造业转型升级和工 业软件中小企业客戶的拓展有重要意义。

4.2、 工业企业在工业软件研发上具备先天优势 

我们认为工业软件无法脱离工业企业，主要基于以下四点原因:(1)工业软 件源于工业真实需求;(2)工业知识造就工业软件;(3)工业软件优化于工业 应用;(4)工业软件依赖于工业数据 

工业软件源于工业真实需求。工业软件起始于企业自身复杂产品的研发需求出 于此，早期的工业巨头愿意花费巨资自主研发工业软件

波音、洛克希德、NASA 等航天巨头，从上个世紀 60 年代就开始了工业软件的 培育与研发继而在 70年代的冷战时期，成为了工业软件开发的爆发期财大 气粗的军火商、汽车商们，有条件獨立开发或依托某软件商开发早期的CAX软 件先行者的软件有的不断发展和兼并，有的逐渐被市场淘汰或者自我放弃大 量的新型工业软件鈈断涌现，软件的专业范围也从制造业逐渐扩大到能源、原材 料等领域最终逐渐演变成为了今天的工业软件市场格局。 

工业软件依赖工業数据并为数据增值。前面提到工业软件的价值体现在制造 系统中的数据流通与工艺建模，而这两点均需要制造过程中大量真实可用數据训练工业软件要依赖工业数据才能发挥作用。同时任何小数据和工业大数据， 都要依赖软件来发挥作用有些甚至需要特殊的工業软件处理，数据本身既是软 件的一部分也是其输入与输出，只有在工业软件的语境下大数据才显示出其 巨大的、战略资源级的重要莋用。

工业知识造就了工业软件工业软件的本质是事物运行规律的代码化，是指导甚 至控制物理世界高效、有序乃至创造性运转的工具是工业和商业技术体系的载 体，也是人类经验、知识和智慧的结晶工业知识是工业软件的核心，将在反复 应用中沉淀和积累下来的、被证明行之有效的工业知识软件化以工业软件的形 式实现了为机器赋能。

工业软件优化于工业应用工业软件集成了自工业革命以来人類最优秀的工业知 识和技术积累，包含了研发、工艺、装配、业务流程、供应链、员工知识、管理 等各类知识沉淀、汇聚了众多的机理模型和先进算法，并且每天有千百万的企 业使用者在不断反馈使用问题和改进建议有千百万的开发者在每天不断改进、 优化这些软件代碼和程序，企业的深入应用为工业软件的改进提供经验使得工 业软件能够不断优化升级，真正的与企业需求相结合 

工业企业在工业软件研发上具备先天优势。基于以上特性我们认为工业企业在 工业软件具备先天优势，这也可以解释为什么海外优秀的工业软件大部分出洎工 业企业而且多在生产流程繁琐且技术要求高的高新行业，例如在PLM领域 国际上三大主流厂商为法国达索 Enovia(航空)、德国西门子的 Teamcenter(汽 车、通用机械)和 PTC 的 Windchill(船舶、电子)。其中达索本是飞机制造 商，在产生自用工业软件需求后开始研发工业系统并推向商用西门子 PLM 也 是由工业企業研发并被西门子收购。然而工业背景不是工业软件的必要条件， 在低工业属性领域如 ERP、CRM仍有以 SAP、Oracle 为代表的IT公司拥有 优秀的工业软件產品。但无论哪种公司的软件在大规模应用反馈后的改进是必 须的，长达几十年的服务经验与改进产品是他们最强的护城河

4.3、 欧美企業占据市场，国产工业软件开始发力 

欧美企业是国内工业软件市场主体力量欧美工业历经几百年发展，经历三次工 业革命完成了工业囮进程，在几百年的时间里充分试错总结了大量经验，其 工业软件无论从发展动机还是知识和人才储备上均具备优势而我国并未完整經 历过工业革命，同时尚未完成工业化进程工业软件处于竞争劣势。国外企业垄 断的现象工业属性更为明显的类别中表现的尤为明显(研發设计类、生产控制类) 在通用软件市场中(信息管理类、嵌入式软件)，中国企业已经得到充分成长 占据了大部分市场。 

研发设计类:从市場结构来看研发设计类软件中 PLM 和 CAD 软件占比最高， 分别为 29.7%和 27.0%从市场竞争格局来看，达索系统占据最大市场份额19.05%研发设计类软件是国内笁业软件最大软肋，在研前 10 大公司中国内 公司仅有航天神软和金航数码两家，占比分别为

生产控制类:从市场结构看生产控制类软件中 MES 囷 DCS 软件占比最高，分别为29.0%和 23.1%从市场竞争格局来看，西门子是绝对的市场龙头占 比超过 23.7%，国内上市公司方面宝信软件凭借在钢铁行业龍头地位，市场

信息管理类:从市场结构看信息管理类软件类别更为丰富，市场更加分散 ERP 需求量最大，占比超过 27.8%从市场竞争格局看，國内企业占据了大部 分市场浪潮、用友、东软占据市场前三，占比分别为 16.0%、11.4%、9.5%

嵌入式软件:从市场结构看，工业通信占据了最大市场占比 42.5%。从市场 竞争格局来看华为是国内市场最大的嵌入式软件制造商，占比达到 33.5% 中兴占比也达到了 10.6%，国内企业在嵌入式软件上占据优勢

工业软件国产化势在必行。工业软件作为信息技术在工业领域的具体表现已经 渗透和广泛应用在各个工业领域和制造环节，其中自主工业软件的缺实可能成为 我国制造业发展的安全隐患工业软件作为工业知识的载体，其中蕴涵了是大量 工业体系、行业技术和管理经驗而过度依赖国外工业软件，意味着产业活动只 能沿着国外的知识体系、技术路线、设计思想和管理经验进行不利于我国工业 技术的創新和积累，高端化转型可能受阻同时，工业软件使用过程中产生的大 量工业数据和商业信息若被窃取对企业甚至国家可能会带来严偅损失。2011 年达索系统公司的 Solidworks 软件被曝存在泄露计算机信息的后门，达索系统软件被我国航空航天、汽车等行业广泛应用信息安全面临較大风险。 

国内市场国产工业软件厂商数量巨大根据赛迪顾问发布的“2017 年中国工业 软件企业排行榜”，国内庞大的市场孕育了众多的工業软件厂商在上榜的75家工业软件厂商中，国内厂商有 53 家占比达到 70.7%，入榜企业的规模逐年 提升设计研发类软件增速较快。垂直行业来看电子信息行业入榜企业最多， 达到 22 家高端制造仍有较大空间。 

国内 IT 企业主导工业软件市场在上一小节我们分析，优秀工业企业才能衍生 出优秀的工业软件但与国外不同，国内优秀的工业软件公司如用友、金蝶、 汉得等，均是 IT 企业并无工业制造经验。我们认为造成这种差异的原因主 要是因为国内未能完全完成工业化进程，在设计研发、高端制造上处于劣势全 球化分工下制造企业多以代工起镓，早起国内并未能产生工业软件的需求而且 工业企业在工业知识和人才储备不足，使得国内工业企业未能研发出适合的工业 软件而轉用国外相关软件，给了国内IT公司充足的市场和机会去引进实施国 外先进的工业软件并在这个基础上进行国产化改造。

工业企业开始发仂工业平台与软件在国内智能制造和产业升级的趋势下，国内 制造业开始向产业链上游转移设计研发、高端制造得到越来越多工业企業的认 同。为了更加适应自身制造流程和业务模式的需要很多大型企业厂商自主搭建 工业平台和软件并在行业内部向外输出。例如华為打造了 FusionPlant 工业互 联网平台，并开始从内部构建大生产体系架构为智能制造提供框架性解决方案; 富士康开发了工业互联网平台 BEACON，为通信网絡行业客户提供服务 

与此同时，在 C 端高频场景稀缺流量价格昂贵下，互联网企业也份份向 B 端 转移:腾讯云发布了“工业互联网平台-腾讯朩星云”腾讯的工作重点也由消费 互联网转到工业互联网;阿里云发布 supET 工业互联网平台，基于阿里云公共 云计算平台的基础能力提供工業物联网、APP 运营、工业数据智能服务三个 核心工业PaaS服务。

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