工業(yè)數(shù)字孿生要求編制說明

1一、工作簡況（一）任務來源為扎實推進實施軍民標準通用化工程，加強重點領域軍民通用標準制定，中國和平利用軍工技術協(xié)會結合工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實際建設需求和當下發(fā)展趨勢，于2023年2月15日提出了《工業(yè)數(shù)字孿生》系列團體標準編制計劃并予以立項。本項團體標準為《工業(yè)數(shù)字孿生應用與服務要求》，計劃編號為：T/CPUMT-P-2023009。本標準由中國和平利用軍工技術協(xié)會提出并歸口。本標準由通用技術集團機床工程研究院有限公司為牽頭單位的起草小組組織起草。（二）標準制訂的目的水平。在運維階段，數(shù)字孿生可以將仿真技術與大數(shù)據(jù)技術結合，不但能夠知道工廠或設備“什么2021年我國各部委和地方政府開始紛紛出臺數(shù)字孿生相關政策文件。國家發(fā)改委“上云用數(shù)賦企業(yè)利用AR/VR提升數(shù)字孿生人機交互效果，工業(yè)自動化企業(yè)華龍迅達構建虛實聯(lián)動的煙草設備數(shù)字孿生。但是目前在數(shù)字孿生方面除了在研的20221218-Z-604《自動化系統(tǒng)與集成工業(yè)數(shù)據(jù)數(shù)字孿準化協(xié)會等單位起草了《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標準體系（3.0版）》，建議從基礎共性、網(wǎng)絡、邊緣計算、平2開座談會，擬定首先從“平臺”、“工業(yè)數(shù)字孿生”、“5G+工業(yè)數(shù)字孿生總體框架工業(yè)數(shù)字孿生通用要求工業(yè)數(shù)字孿生開發(fā)運維通用要求工業(yè)數(shù)字孿生數(shù)據(jù)交換與接口要求工業(yè)數(shù)字孿生應用和服務規(guī)范工業(yè)數(shù)字孿生應用成熟度評估方法工業(yè)數(shù)字孿生工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心數(shù)字孿生技術規(guī)范（三）主要工作過程（1）項目預研專家座談會2023年8月30日，由中國和平利用軍工技術協(xié)會主辦，北京藍象標準咨詢服務有限公司承辦的《工業(yè)數(shù)字孿生》系列團體標準預研研討會在北京召開。中國和平利用軍工技術協(xié)會標準化工作委員會副主任委員李錦程出席會議并點評，中國和平利用軍工技術協(xié)會標準化工作委員會副主任委員喬華陽出席會議并致辭和總結。航空工業(yè)信息技術中心設計與制造工程部部長（一級技術專家）許鴻杰、中國標準化研究院原副院長（研究員）湯萬金出席會議并點評?！豆I(yè)數(shù)字孿生》系列團體標準主編單位及核心參編單位代表等30余人參加了本次會議。會議由中國和平利用軍工技術協(xié)會標準化工作委員會高級工程師（北京藍象標準咨詢服務有限公司首席技術官）張德保主持。通用技術集團機床工程研究院有限公司代表介紹了公司在工業(yè)數(shù)字孿生應用方面的主要工作、標準化戰(zhàn)略布局等情況，以及《工業(yè)數(shù)字孿生》系列團體標準的研制思路與核心內(nèi)容。參會專家和代表重點圍繞《工業(yè)數(shù)字孿生》系列團體標準的定位、核心內(nèi)容、標準名稱和范圍展開了熱烈的討論，并研討了系列標準之間的關系，認為該系列標準應該堅持需求牽引，急用先行，優(yōu)先解決現(xiàn)有成熟場景的標準化問題，對數(shù)字孿生場景和模型做好研究，并在此基礎上推進系列標準的研制。同時，該系列標準作為協(xié)會首批工業(yè)數(shù)字孿生領域的標準，應為后續(xù)標準研制留有開口，逐步對該系列標準進行擴展。會后，標準研制組根據(jù)會議的建議和意見進行分析和研究，對《工業(yè)數(shù)字孿生通用要求》標準草案進行相應修改與完善。3（2）首次研討會2024年7月2日，由中國和平利用軍工技術協(xié)會主辦、藍象標準（北京）科技有限公司承辦的《工業(yè)數(shù)字孿生》系列7項團體標準首次研討會在北京召開。中國和平利用軍工技術協(xié)會標準化工作委員會副主任委員喬華陽出席會議并致辭，公安部科技信息化局原黨委書記、局長（研究員）厲劍出席會議并點評，標準主編單位、副主編單位、部分參編單位代表等30余人參加了本次會議。會議由中國和平利用軍工技術協(xié)會標準化辦公室技術負責人、藍象標準（北京）科技有限公司首席技術官張德保主持。通用技術集團機床工程研究院有限公司代表標準研制組對標準研制思路、核心內(nèi)容進行了介紹。參會專家和代表重點圍繞系列標準的統(tǒng)一協(xié)調(diào)性以及標準的名稱、技術框架、性能指標、條款的陳述方式等方面展開了熱烈的討論。會后，標準研制組根據(jù)會議的建議和意見進行分析和研究，會前和會上各單位和專家提出的7條修改建議進行了處理，并對標準草案進行了相應修改與完善，形成征求意見稿，報中國和平利用軍工技術協(xié)會審批。（四）主要參加起草單位和工作組成員所做的工作本標準起草工作組由通用技術集團機床工程研究院有限公司為牽頭單位組成。起草組承擔了標準起草的組織、標準文本的編制、重點企業(yè)意見征求、標準編制說明的撰寫和內(nèi)審等工作。二、標準編制原則和確定標準主要內(nèi)容的依據(jù)（一）標準編寫原則本標準按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。起草過程，充分考慮現(xiàn)有相關標準的統(tǒng)一和協(xié)調(diào)；標準的要求充分考慮了國內(nèi)當前的行業(yè)技術水平，對草案內(nèi)容進行多次征求意見和充分討論。（二）主要內(nèi)容工業(yè)數(shù)字孿生技術作為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)驅(qū)動的智能優(yōu)化閉環(huán)的核心技術，其主要目的是通過數(shù)字空間與物理世界的無縫對接，為企業(yè)的智能化升級提供全新的應用模式。為確保系統(tǒng)的設計、開發(fā)和運行達到預期目標，必須遵循一系列通用要求，涵蓋系統(tǒng)的各個層面，旨在提供全面的指導，確保系統(tǒng)在實際應用中的高效性、穩(wěn)定性和安全性。工業(yè)數(shù)字孿生系統(tǒng)總體框架按照T/CPUMT相關規(guī)定，給出了物理層、資源層、數(shù)據(jù)層、服務層、應用層五個核心層面，以及運營運維、安全要求、標準要求等方面對應的要求。物理層：工業(yè)數(shù)字孿生系統(tǒng)的基礎層，連接數(shù)字世界與物理世界，直接負責收集和傳輸生產(chǎn)現(xiàn)場的實時數(shù)據(jù)。物理層的設計與配置對系統(tǒng)的整體性能和可靠性有著重要影響。本標準對物理層的數(shù)據(jù)采集與集成、雙向控制、數(shù)據(jù)傳輸與通信、設備可靠性給出了要求。資源層：提供計算與存儲資源、數(shù)據(jù)處理和存儲、網(wǎng)絡基礎設施以及用戶終端設備的支持；承載數(shù)據(jù)的初步處理和存儲任務，確保數(shù)據(jù)的可用性和網(wǎng)絡的暢通無阻；構建彈性、可靠的基礎設施，支撐上層的數(shù)據(jù)深度處理和應用服務。本標準對資源層的計算與存儲、數(shù)據(jù)處理與存儲管理、網(wǎng)絡基礎設施、可靠性與可用性等給出了要求。4數(shù)據(jù)層：數(shù)據(jù)采集可以通過現(xiàn)場設備接口、傳感器、工控系統(tǒng)等實現(xiàn)，各邊緣側(cè)可將數(shù)據(jù)進行匯聚，通過接入網(wǎng)關接入到工業(yè)云內(nèi)部，進行統(tǒng)一分析處理。數(shù)據(jù)層涉及數(shù)據(jù)的深度處理、知識庫構建、模型開發(fā)和智能分析；通過建立數(shù)據(jù)關系，開發(fā)通用與專用模型庫，運用數(shù)據(jù)智能分析中臺進行高級分析；支持從海量數(shù)據(jù)中提取有價值的信息，為決策提供數(shù)據(jù)支持。本標準對數(shù)據(jù)層的數(shù)據(jù)匯聚與集成、知識采集更新與維護、模型開發(fā)管理、智能分析平臺等給出了要求。服務層：提供一系列面向用戶的增值服務，包括可視化、預測、優(yōu)化、決策、仿真和分析服務；支持個性化服務請求，實現(xiàn)人機授權、機器對機器授權和系統(tǒng)間授權；通過豐富的服務，滿足工業(yè)場景下的多元化需求。本文件對服務層的可視化、預測分析、優(yōu)化建議、決策支持等內(nèi)容給出了要求。應用層：面向工業(yè)生產(chǎn)和管理，覆蓋產(chǎn)品全生命周期的各個環(huán)節(jié)；支持從概念設計、生產(chǎn)制造到使用保障和供應鏈管理，提供全方位的應用支持；優(yōu)化產(chǎn)品設計，提升生產(chǎn)效率，加強質(zhì)量控制，確保生產(chǎn)安全；支持實現(xiàn)產(chǎn)品概念推演、產(chǎn)品設計、產(chǎn)品試驗、產(chǎn)品生產(chǎn)制造、產(chǎn)品使用保障，產(chǎn)品生產(chǎn)安全，產(chǎn)品供應鏈，產(chǎn)品質(zhì)量控制等。本文件對應用層的全生命周期支持、系統(tǒng)集成與協(xié)同、可擴展性與靈活性、安全合規(guī)等內(nèi)容給出了要求。運營運維：核心是確保工業(yè)數(shù)字孿生系統(tǒng)穩(wěn)定、高效、可靠運行，從而支持企業(yè)在生產(chǎn)經(jīng)營管理過程中的持續(xù)優(yōu)化和創(chuàng)新，本標準從系統(tǒng)監(jiān)控、恢復措施、故障記錄與分析、性能優(yōu)化、軟件升級管理等方面給出了要求。安全要求：在工業(yè)數(shù)字孿生系統(tǒng)中，安全要求涵蓋多個層面，旨在報賬系統(tǒng)完整性、保密性、可用性，本標準對系統(tǒng)物理、網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)和服務安全進行了約束。標準要求：為保障工業(yè)數(shù)字孿生系統(tǒng)高效性、兼容性、持續(xù)改進，本文件給出了相應的標準要求，包括遵循現(xiàn)有標準、系統(tǒng)標準化等方面。（三）主要依據(jù)本標準在響應工業(yè)數(shù)字孿生相關政策法規(guī)，通過研究分析相關國家標準和行業(yè)標準，提出本項目的研制思路。主要參考引用以下標準：GB/T43441.1信息技術數(shù)字孿生第1部分：通用要求本標準除了要與國家法律、法規(guī)和國家標準、行業(yè)標準相協(xié)調(diào)的基礎上，還將與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)相關標準體系相協(xié)調(diào)。三、國外相關法律、法規(guī)和標準情況的說明美國從戰(zhàn)略規(guī)劃、應用實踐、產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新等方面全方位布局數(shù)字孿生發(fā)展。一是“政產(chǎn)研”合力推動數(shù)字孿生上升為國家戰(zhàn)略。二是依托航空航天基礎優(yōu)勢，探索形成了成熟的應用路徑。三是供給側(cè)企業(yè)加快技術創(chuàng)新，利用新一代信息技術優(yōu)化數(shù)字孿生應用效果。美國數(shù)字孿生綜合優(yōu)勢體現(xiàn)在在三個方面：一是構建了基于模型的系統(tǒng)工程方法論，通過統(tǒng)一語義和語法標準、給定系統(tǒng)集成路徑，為數(shù)字孿生應用提供理論指導。二是擁有強大的仿真產(chǎn)業(yè)，ANSYS、MathWorks、Altair等企業(yè)為數(shù)字孿生應用提供基礎建模工具。三是擁有豐富的應用數(shù)據(jù)和模型，空客、洛克希德馬丁、特斯拉等應用在產(chǎn)品研制過程中積累了大5量機理模型，持續(xù)優(yōu)化數(shù)字孿生精度。德國立足標準制定基礎優(yōu)勢，面向數(shù)字孿生打造了數(shù)據(jù)互聯(lián)、信息互通、模型互操作的標準體系（即管理殼理論），實現(xiàn)各類數(shù)字化資產(chǎn)（數(shù)據(jù)、信息、模型）之間的無縫集成融合，提升物理實體在虛擬空間映射精準度。相較于美國更多開展“裝備級”數(shù)字孿生，德國具有西門子單點優(yōu)勢，是全球極少數(shù)能夠提供“工廠級”數(shù)字孿生的工業(yè)服務商。工業(yè)自動化巨頭西門子近10年花費100多億美元收購了幾乎全類工業(yè)軟件，涵蓋了產(chǎn)品生命周期管理（Teamcenter）、計算機輔助設計(NX)、電子設計自動化(Mentor)、事件仿真(Simcenter)、制造運營管理系統(tǒng)（Opcenter）等，并持續(xù)將各類工業(yè)軟件集成至Mindsphere工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺。四、我國有關現(xiàn)行法律、法規(guī)和其他強制性標準的關系我國在理論研究方面，中國關于數(shù)字孿生思想的研究由來已久，1978年錢學森提出系統(tǒng)工程理論，由此開創(chuàng)國內(nèi)學術界研究系統(tǒng)工程的先河。2004年，繼美國提出數(shù)字孿生概念，中國科學院王飛躍聚焦解決復雜系統(tǒng)方法論，首次提出平行系統(tǒng)的概念，將系統(tǒng)工程與新一代信息技術結合；在產(chǎn)業(yè)實踐方面，我國多類主體均開展數(shù)字孿生探索，如恒力石化、中廣核等流程行業(yè)應用企業(yè)積極構建三維數(shù)字化工廠，湃?？萍肌⒛栜浖绕髽I(yè)利用AR/VR提升數(shù)字孿生人機交互效果，工業(yè)自動化企業(yè)華龍迅達構建虛實聯(lián)動的煙草設備數(shù)字孿生。盡管我國多類主體探索數(shù)字孿生熱情高漲，但產(chǎn)業(yè)實踐大多數(shù)停留在簡單的可視化和數(shù)據(jù)分析，與國外基于復雜機理建模的分析應用還存在一定差距。五、重大意見分歧的處理結果依據(jù)本標準在標準起草過程中，對標準中的技術內(nèi)容沒有發(fā)生重大分歧。六、數(shù)據(jù)驗證本標準通過收集、整理當前工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)及數(shù)字孿生相關國內(nèi)外文獻10余篇，查閱相關現(xiàn)行國家、行業(yè)標準12項，并調(diào)研涉及工業(yè)數(shù)字孿生應用的7個行業(yè)，對標準進行了充分的試點驗證。1）術語和定義本部分在分析調(diào)研船舶、交通、石化、核工業(yè)、信息工業(yè)、航空工業(yè)、航天工業(yè)等領域的基礎上，借鑒了GB/T43441.1《信息技術數(shù)字孿生第1部分：通用要求》標準中相關的術語定義，提出了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、邊緣計算、數(shù)據(jù)清洗、知識庫的術語定義，并在系列標準中做好統(tǒng)一。標準格式符合GB/T1.1相關規(guī)2）工業(yè)數(shù)字孿生通用要求本部分重點對船舶、交通、石化、核工業(yè)、信息工業(yè)、航空工業(yè)、航天工業(yè)等領域主流企業(yè)進行調(diào)研，如探月與航天工程中心、三一重工股份有限公司、北京方州科技有限公司、中航工業(yè)西安飛行自動控制研究所、國網(wǎng)湖北信通公司、通用技術集團機床工程研究院有限公司、中國運載火箭技術研究院、中國汽車工程研究院股份有限公司、中國航空工業(yè)集團公司成都飛機設計研究所、電子科技大學等企業(yè)，針對工業(yè)數(shù)字孿生系統(tǒng)的物理層、資源層、數(shù)據(jù)層、服務層、應用層五個核心層面，以及運營運維、安全要求、標準要求等方面條款符合各行各業(yè)的