丛 书 序
2023年2月21日，习近平总书记在中共中央政治局就加强基础研究进行第三次集体学习时强调：“要打好科技仪器设备、操作系统和基础软件国产化攻坚战，鼓励科研机构、高校同企业开展联合攻关，提升国产化替代水平和应用规模，争取早日实现用我国自主的研究平台、仪器设备来解决重大基础研究问题。”科学计算与系统建模仿真平台是科学研究、教学实践和工程应用领域不可或缺的工业软件系统，是各学科领域基础研究和仿真验证的平台系统。实现科学计算与系统建模仿真平台软件的国产化是解决科学计算与工程仿真验证基础平台和生态软件“卡脖子”问题的重要抓手。
基于此，苏州同元软控信息技术有限公司作为国产工业软件的领先企业，以新一轮数字化技术变革和创新为发展契机，历经团队二十多年技术积累与公司十多年持续研发，全面掌握了新一代数字化核心技术“系统多领域统一建模与仿真技术”，结合新一代科学计算技术，研制了国际先进、完全自主的科学计算与系统建模仿真平台MWORKS。
MWORKS是各行业装备数字化工程支撑平台，支持基于模型的需求分析、架构设计、仿真验证、虚拟试验、运行维护及全流程模型管理；通过多领域物理融合、信息与物理融合、系统与专业融合、体系与系统融合、机理与数据融合以及虚实融合，支持数字化交付、全系统仿真验证及全流程模型贯通。MWORKS提供了算法、模型、工具箱、App等资源的扩展开发手段，支持专业工具箱及行业数字化工程平台的扩展开发。
MWORKS是开放、标准、先进的计算仿真云平台。基于规范的开放架构提供了包括科学计算环境、系统建模仿真环境以及工具箱的云原生平台，面向教育、工业和开发者提供了开放、标准、先进的在线计算仿真云环境，支持构建基于国际开放规范的工业知识模型互联平台及开放社区。
MWORKS是全面提供MATLAB/Simulink同类功能并力求创新的新一代科学计算与系统建模仿真平台；采用新一代高性能计算语言Julia，提供科学计算环境Syslab，支持基于Julia的集成开发调试并兼容Python、C/C++、M等语言；采用多领域物理统一建模规范Modelica，全面自主开发了系统建模仿真环境Sysplorer，支持框图、状态机、物理建模等多种开发范式，并且提供了丰富的数学、AI、图形、信号、通信、控制等工具箱，以及机械、电气、流体、热等物理模型库，实现从基础平台到工具箱的整体功能覆盖与创新发展。
为改变我国在科学计算与系统建模仿真教学和人才培养中相关支撑软件被国外“卡脖子”的局面，加速在人才培养中推广国产优秀科学计算和系统建模仿真软件MWORKS，提供产业界亟需的数字化教育与数字化人才，推动国产工业软件教育、应用和开发是必不可少的因素。进一步讲，我们要在数字化时代占领制高点，必须打造数字化时代的新一代信息物理融合的建模仿真平台，并且以平台为枢纽，连接产业界与教育界，形成一个完整生态。为此哈尔滨工业大学、北京航空航天大学、北京理工大学、哈尔滨工程大学与苏州同元软控信息技术有限公司携手合作，2022年8月18日在哈尔滨工业大学正式启动“新型工业化.科学计算与系统建模仿真系列” 教材的编写工作，2023年3月11日在扬州正式成立“新型工业化·科学计算与系统建模仿真系列”教材编委会。 
首批共出版10本教材，包括5本基础型教材和5本行业应用型教材，其中基础型教材包括《科学计算语言Julia及MWORKS实践》《多领域物理统一建模语言与MWORKS实践》《MWORKS开发平台架构及二次开发》《基于模型的系统工程（MBSE）及MWORKS实践》、《MWORKS API与工业应用开发》；行业应用型教材包括《控制系统建模与仿真（基于MWORKS）》《通信系统建模与仿真（基于MWORKS）》《飞行器制导控制系统建模与仿真（基于MWORKS）》《智能汽车建模与仿真（基于MWORKS） 》《机器人控制系统建模与仿真（基于MWORKS）》。
本系列教材可作为普通高等学校航空航天、自动化、电子信息工程、机械、电气工程、计算机科学与技术等专业的本科生及研究生教材，也适合作为从事装备制造业的科研人员和技术人员的参考用书。
感谢哈尔滨工业大学、北京航空航天大学、北京理工大学、哈尔滨工程大学的诸位教师对教材撰写工作做出的极大贡献，他们在教材大纲制定、教材内容编写、实验案例确定、资料整理与文字编排上注入了极大精力，促进了系列教材的顺利完成。
感谢苏州同元软控信息技术有限公司、中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究院、上海航天控制技术研究所、中国第一汽车股份有限公司、工业和信息化部人才交流中心等单位在教材写作过程中提供的技术支持和无私帮助。
感谢电子工业出版社有限公司各位领导、编辑的大力支持，他们认真细致的工作保证了教材的质量。
书中难免有疏漏和不足之处，恳请读者批评指正！

编委会
2023年11月


前   言
科学计算是解决数学模型分析、数据统计、工程计算等科学问题的技术手段。科学计算语言是利用计算机完成科学计算过程的程序开发语言。Julia是一种高性能动态程序设计语言，其开源免费、面向未来发展，可用于科学计算和数据分析，兼具易用性和最佳科学计算效率。MWORKS是苏州同元软控信息技术有限公司（简称“同元软控”）基于国际知识统一表达和互联标准打造的系统智能设计与仿真验证平台，是面向数字工程的科学计算与系统建模仿真系统。Syslab（全称为MWORKS.Syslab）是MWORKS产品系列中的科学计算软件，是基于Julia开发的科学计算环境，可用于科学计算、数据分析、算法设计、机器学习等领域，并通过丰富的内置图形工具实现数据可视化。
本书主要内容如下。
（1）介绍了科学计算语言的基本情况和发展历程，分类介绍了MATLAB、Maple、Mathematica三大商用科学计算语言和Scilab、Octave、Python、Julia等开放式科学计算语言的基本情况，分析了Julia的特点和优势，重点介绍了系统智能设计与仿真验证平台MWORKS和科学计算环境Syslab的主要功能。
（2）介绍了Julia开发环境的安装、REPL环境的四种模式等Julia入门知识，详细介绍了Julia的基本数据类型及运算、数组与多维数组、函数、流程控制等基础语法，以及模块、类型系统等Julia进阶知识。
（3）介绍了Syslab数据可视化工具箱，包括线图、离散数据图、数据分布图、曲面图、特殊曲线图、极坐标图等二维与三维图形绘图工具，概述了Syslab的基础工具箱、数学工具箱、图形工具箱、图像工具箱、地理图工具箱、符号数学工具箱等。
（4）演示了Syslab环境下初等数学、线性代数、数据插值、曲线拟合、数理统计、优化问题求解等科学计算实例，并以一阶倒立摆系统和四旋翼无人机的路径跟踪两个综合应用案例演示了Syslab与Sysplorer（全称为MWORKS.Sysplorer）深度融合的联合仿真分析过程。
本书由许承东编著，贺媛媛、孙睿、鲁智威、武明、石默然、钟贤发、黄国限等参与了本书的编写，许承东负责本书的编写组织和大纲编制，贺媛媛、孙睿、石默然参与了大纲编制，许承东、贺媛媛、孙睿、黄国限完成了统稿和编辑。各章编写任务的具体分工如下：第1章，许承东；第2章，许承东、孙睿；第3章，钟贤发；第4章，鲁智威；第5章，武明；第6章，孙睿；第7章，许承东、石默然；第8章，孙睿。
在本书的编写过程中，周凡利博士（同元软控）及郭俊峰、丁吉、鲍丙瑞、惠立新、陆瑞琨、刘玉辉、陈久宁等老师给予了大力的支持，他们在编制本书大纲、设计课程教学案例、提供文献和参考资料等方面给予了很多具有建设性的意见，极大地促进了本书的完成，在此深表感谢。
本书在编写过程中得到了哈尔滨工业大学王忠杰教授、聂兰顺教授、曲明成副教授，北京航空航天大学张莉教授，哈尔滨工程大学冯光升教授，华中科技大学陈立平教授的无私帮助，他们给出了很多建议和修改意见，在此表示衷心的感谢。
本书是“新型工业化·科学计算与系统建模仿真系列”之一，2023年4月被评为北京理工大学“十四五”规划教材，特向各位评审专家表示衷心的谢意。北京理工大学教务部、研究生院在教学改革和课程建设方面给予了大力支持，电子工业出版社的编辑们对本书的出版给予了指导和审阅，在此一并表示感谢。同样要感谢众多参考文献作者、Julia官网开源项目的开发者、中文论坛里的Julia科学计算语言专家，是你们的研究成果、计算用例和共享代码极大地丰富了本书的参考资料与教学内容。
由于编者学习和使用Julia编程的时间不长、程序开发水平有限、查阅资料和文献存在局限性及课程教学案例验算不充分等，书中难免存在错误和不当之处，敬请读者批评指正。
本书的Julia版本是v1.8.5，发布时间是2023年1月8日；MWORKS版本是2023b，发布时间是2023年6月30日；开发平台Syslab为v0.10.1，发布时间是2023年6月30日。       本书提供了相关教学资源，请登录华信教育资源网（www.hxedu.com.cn）注册后下载。
本书为正版用户提供相关教学资源和MWORKS 20236正版软件，请扫描封底的二维码进行兑换和激活。

许承东     
2023年11月