Ⅱ目次219741范圍 151292規(guī)范性引用文件 1289573術(shù)語和定義 1150684總則 244485建模需求分析 2305395.1概述 2108395.2明確問題 2161895.3需求定義 384745.4資源籌劃 3229816模型構(gòu)建 354226.1概述 3292236.2概念模型構(gòu)建 3121096.3模型架構(gòu)設(shè)計(jì) 3139756.4數(shù)學(xué)模型構(gòu)建 4296276.5仿真模型實(shí)現(xiàn) 4219446.6模型集成 4276997模型評(píng)估 464957.1模型驗(yàn)證、校核和確認(rèn)（VV&A） 436327.2風(fēng)險(xiǎn)分析 541388模型改進(jìn) 5104098.1概述 512408.2人主導(dǎo)的離線模型改進(jìn) 5154758.3模型自適應(yīng)的在線模型改進(jìn) 514748參?考?文?獻(xiàn) 7制造業(yè)數(shù)字化仿真建模過程規(guī)范1范圍本文件規(guī)定了制造業(yè)數(shù)字化仿真建模過程中包含的建模需求分析、模型構(gòu)建、模型評(píng)估、模型改進(jìn)四個(gè)基本階段以及每個(gè)階段所需遵守的行為規(guī)范。本文件適用于制造企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)、高校及第三方咨詢服務(wù)機(jī)構(gòu)，可為制造企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)、高效提供管理建模過程的規(guī)范性指導(dǎo)，為第三方咨詢、評(píng)級(jí)機(jī)構(gòu)開展關(guān)于仿真建模的咨詢服務(wù)提供依據(jù)。2規(guī)范性引用文件下列文件對(duì)于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T230XX-XXXX制造業(yè)數(shù)字化仿真分類GB/T230XX-XXXX制造業(yè)數(shù)字化仿真分級(jí)SJ/TXXXXX-XXXX制造業(yè)數(shù)字化仿真通用管理要求SJ/TXXXXX-XXXX制造業(yè)數(shù)字化仿真仿真環(huán)境要求3術(shù)語和定義3.1概念模型Conceptualmodel通過對(duì)現(xiàn)實(shí)制造活動(dòng)進(jìn)行模擬和定義，輔助制造企業(yè)認(rèn)識(shí)和理解制造對(duì)象的模式和型別。3.2數(shù)學(xué)模型Mathematicalmodel運(yùn)用數(shù)學(xué)思想和數(shù)學(xué)語言對(duì)制造活動(dòng)中數(shù)字化仿真對(duì)象的一種描述，包含關(guān)系、變量等要素。3.3仿真模型Simulationmodel針對(duì)制造活動(dòng)的仿真需求，在特定的開發(fā)環(huán)境下，通過編程語言工具生成的，可以供計(jì)算機(jī)直接進(jìn)行運(yùn)算的可執(zhí)行模型。3.4模型校核、驗(yàn)證和確認(rèn)（VV&A）ModelVerification,ValidationandAccreditation為提高仿真系統(tǒng)的可信度而開展的一系列活動(dòng)，其中，校核是確定M&S是否準(zhǔn)確反映開發(fā)者的概念描述和技術(shù)規(guī)范的過程；驗(yàn)證是從預(yù)期應(yīng)用角度確定M&S，再現(xiàn)真實(shí)世界的準(zhǔn)確程度；確認(rèn)是對(duì)建模與仿真相對(duì)于預(yù)期應(yīng)用來說是否可接受的認(rèn)可。3.5人主導(dǎo)的離線模型改進(jìn)Humanorientedofflinemodelimprovement以相對(duì)靜態(tài)的實(shí)際物理對(duì)象為模型參照，針對(duì)模型存在的不足，重新校正設(shè)計(jì)方案或者具體參數(shù)，使得模型更能滿足用戶的需求。3.6模型自適應(yīng)的在線模型改進(jìn)Modeladaptiveonlinemodelimprovement以動(dòng)態(tài)變化的實(shí)際物理對(duì)象為模型參照，模型通過自我演化，自適應(yīng)地調(diào)整自身結(jié)構(gòu)及參數(shù)，與實(shí)際物理對(duì)象保持一致，如數(shù)字孿生體模型的在線自演化過程。4總則從精細(xì)化管理入手，以確保模型的可信度為目標(biāo)，制造業(yè)數(shù)字化仿真建模過程包含建模需求分析、模型構(gòu)建、模型評(píng)估、模型改進(jìn)四個(gè)階段，如圖1所示。特定的建模過程不必包含所有的階段，對(duì)于簡單的建?；顒?dòng)，其中的某些環(huán)節(jié)可以略過。圖1建模過程示意圖5建模需求分析5.1概述需求分析是建模過程的第一步。在需求分析階段，應(yīng)以用戶的需求作為輸入，以規(guī)范的需求文檔、建模策劃方案為輸出，需求分析分為明確問題、需求定義與資源籌劃三個(gè)步驟。5.2明確問題應(yīng)在建立模型前對(duì)問題進(jìn)行準(zhǔn)確的描述，在確定問題階段應(yīng)遵循以下步驟或原則：a）應(yīng)明確問題的邊界，確定問題所屬的領(lǐng)域范圍；b）應(yīng)收集問題邊界內(nèi)的數(shù)據(jù)和相關(guān)信息；c）應(yīng)確定模型使用者和決策者對(duì)模型的使用目的和目標(biāo)；d）應(yīng)明確建模過程中需要遵循的實(shí)際約束（內(nèi)部約束和外部環(huán)境約束等）；e）應(yīng)合理、清晰地確定建模所需要的各種假設(shè)；5.3需求定義企業(yè)應(yīng)基于準(zhǔn)確的問題描述，形成準(zhǔn)確、清晰、完整、一致的需求文件，包含但不限于如下要求：a）應(yīng)基于明確的問題以及問題邊界，進(jìn)行需求闡述和分析，進(jìn)一步識(shí)別建模的用途和目標(biāo)；b）應(yīng)評(píng)估各項(xiàng)需求的可行性；c）應(yīng)明確模型的意向用途、簡單用例以及非功能性需求；d）應(yīng)確定模型的功能性需求（包含各類技術(shù)指標(biāo)）；e）應(yīng)記錄正式、全面的需求，形成權(quán)威的需求文件；f）應(yīng)組織專家對(duì)需求文件準(zhǔn)確性進(jìn)行評(píng)估。5.4資源籌劃企業(yè)應(yīng)依據(jù)形成的需求文件，在建模任務(wù)前期對(duì)資金、人、組織、工具等各類資源進(jìn)行統(tǒng)一籌備，具體包括但不限于如下要求：a）應(yīng)成立建模任務(wù)工作組，并對(duì)組織架構(gòu)、人員安排做出統(tǒng)一規(guī)劃；b）應(yīng)準(zhǔn)備建模所需要的各類硬件、軟件工具；c）應(yīng)對(duì)建模任務(wù)進(jìn)行資金預(yù)算、籌備。6模型構(gòu)建6.1概述模型構(gòu)建應(yīng)以需求文檔為輸入，經(jīng)過創(chuàng)建概念模型、模型架構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)學(xué)模型構(gòu)建、仿真模型實(shí)現(xiàn)以及模型集成等操作后，輸出完整的模型。6.2概念模型構(gòu)建企業(yè)應(yīng)明確概念模型層級(jí)結(jié)構(gòu)，支持多團(tuán)隊(duì)協(xié)作開發(fā)模型，包括但不限于：a）應(yīng)遵循易于理解、高效表達(dá)的原則，進(jìn)行概念模型創(chuàng)建和維護(hù)；b）概念模型的創(chuàng)建應(yīng)支持問題邊界內(nèi)的各類模型設(shè)計(jì)；c）概念模型應(yīng)支持整個(gè)模型項(xiàng)目開發(fā)團(tuán)隊(duì)的人員進(jìn)行高效的交流和溝通；d）概念模型應(yīng)詳細(xì)記錄關(guān)于模型的各類假設(shè)和抽象辦法；e）概念模型對(duì)子模型的拆分應(yīng)遵循子模型間最大程度交互能力、最小程度依賴的基本原則；f）概念模型應(yīng)支持模型配置和重用；g）概念模型應(yīng)進(jìn)行可信評(píng)估。6.3模型架構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)自頂而下進(jìn)行任務(wù)劃分，將復(fù)雜模型拆解為容易實(shí)現(xiàn)的各類子模型，包含功能模型建模和邏輯模型建模兩個(gè)過程，模型架構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則：a）功能模型構(gòu)建：應(yīng)依據(jù)概念模型，按照建模對(duì)象的結(jié)構(gòu)組成、學(xué)科或領(lǐng)域的組成、功能等進(jìn)行模型拆解，并對(duì)分解后的每個(gè)子模型確定輸入、輸出、邊界條件，確定各子模型之間的互操作關(guān)系及接口標(biāo)準(zhǔn)。b）邏輯模型構(gòu)建：應(yīng)在功能模型建模的基礎(chǔ)上，參照建模仿真對(duì)象運(yùn)行邏輯、時(shí)序等，設(shè)計(jì)各子模型的仿真求解邏輯、時(shí)序和數(shù)據(jù)流等。c）模型架構(gòu)應(yīng)進(jìn)行可信評(píng)估。6.4數(shù)學(xué)模型構(gòu)建企業(yè)應(yīng)基于模型架構(gòu)設(shè)計(jì)文件，對(duì)拆解、劃分后的每一個(gè)子模型進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，形成數(shù)學(xué)模型（包括三維幾何模型、多物理場(chǎng)模型、機(jī)理模型、人工智能模型等各類數(shù)學(xué)模型），進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)子模型的具體設(shè)計(jì)，具體要求包括但不限于：a）應(yīng)詳細(xì)記錄每一個(gè)數(shù)學(xué)模型的假設(shè)條件及簡化方法；b）應(yīng)詳細(xì)記錄模型的輸入、輸出，所需的衡量單位、矢量坐標(biāo)框架等；c）應(yīng)詳細(xì)記錄模型的基本結(jié)構(gòu)、初始條件、邊界條件、求解方法、適用范圍等；d）應(yīng)詳細(xì)記錄模型所使用的數(shù)據(jù)集以及其他實(shí)際參考信息；e）應(yīng)詳細(xì)說明模型的使用指南；f）應(yīng)詳細(xì)記錄全部參數(shù)校準(zhǔn)以及校準(zhǔn)范圍；g）應(yīng)詳細(xì)記錄模型開發(fā)過程中的更新信息；h）應(yīng)保持與概念模型及模型架構(gòu)的一致性；i）數(shù)學(xué)模型應(yīng)支持重用；j）數(shù)學(xué)模型應(yīng)進(jìn)行可信評(píng)估；k）對(duì)于裝配、加工等的仿真，還應(yīng)對(duì)外形、特征部位、內(nèi)部結(jié)構(gòu)等進(jìn)行幾何建模。6.5仿真模型實(shí)現(xiàn)企業(yè)應(yīng)選擇合適的仿真開發(fā)環(huán)境，利用合適的編程語言，借助于求解算法和流程，將數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換成為計(jì)算機(jī)直接執(zhí)行的仿真模型，具體要求包括但不限于：a）應(yīng)詳細(xì)記錄仿真模型所使用的數(shù)據(jù)集以及所依賴的軟件環(huán)境信息；b）應(yīng)詳細(xì)記錄仿真模型各個(gè)部分的功能、初始條件、使用方法、適用范圍等；c）應(yīng)詳細(xì)記錄仿真模型的操作指南；d）應(yīng)詳細(xì)記錄仿真模型的更新信息；e）應(yīng)詳細(xì)記錄仿真模型構(gòu)建過程中可能產(chǎn)生的不確定性；f）應(yīng)保持與概念模型、模型架構(gòu)及數(shù)學(xué)模型的一致性；g）仿真模型應(yīng)支持參數(shù)配置、代碼重構(gòu)等功能；h）仿真模型應(yīng)支持重用；i）仿真模型應(yīng)進(jìn)行可信評(píng)估。j）對(duì)于各類難以獲得解析解的物理場(chǎng)，仿真建模需進(jìn)行時(shí)間、空間、速度空間等尺度的離散化，實(shí)現(xiàn)數(shù)值模擬求解算法和流程，6.6模型集成企業(yè)應(yīng)依據(jù)模型間互操作接口規(guī)范、關(guān)聯(lián)關(guān)系、時(shí)序邏輯等，對(duì)由各類工具構(gòu)建或生成的仿真模型進(jìn)行統(tǒng)一集成，使之協(xié)同運(yùn)行，包括但不限于：a）應(yīng)遵循模型架構(gòu)設(shè)計(jì)文檔開展模型集成；b）應(yīng)確定、說明模型之間的接口規(guī)范；c）應(yīng)在模型集成之后進(jìn)行總體、全面的可信評(píng)估。7模型評(píng)估7.1模型驗(yàn)證、校核和確認(rèn)（VV&A）企業(yè)應(yīng)從建模過程（事前）和建模之后（事后）兩個(gè)方面確保模型是可信的，包括但不限于：a）應(yīng)從建模過程的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化管理、模型開發(fā)能力成熟度評(píng)估入手，對(duì)整個(gè)建模過程各個(gè)階段進(jìn)行全面的可信評(píng)估，保障開發(fā)的模型可信；b）針對(duì)模型的各項(xiàng)輸出，應(yīng)進(jìn)行模型驗(yàn)證、校核和確認(rèn)，開展模型事后評(píng)估，分析其與真實(shí)系統(tǒng)各項(xiàng)輸出的相似程度。7.2風(fēng)險(xiǎn)分析企業(yè)應(yīng)進(jìn)行全面的模型開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)管理，記錄模型開發(fā)各個(gè)階段所引入的不確定性，評(píng)估不確定性因素對(duì)模型可信度、項(xiàng)目進(jìn)度以及項(xiàng)目成本的影響，進(jìn)而對(duì)各類風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行管控，保障建模過程順利開展，具體包括但不限于：a）應(yīng)依據(jù)模型架構(gòu)、模型拆解以及任務(wù)劃分等，設(shè)定每個(gè)子模型的風(fēng)險(xiǎn)閾值，確保集成后的模型失效概率在容許的范圍內(nèi)；b）應(yīng)識(shí)別建模過程中存在的各類風(fēng)險(xiǎn)，分析導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的根本原因，給出風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率描述；c）應(yīng)分析各類風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生將導(dǎo)致的結(jié)果，包括對(duì)模型性能的影響、對(duì)建模任務(wù)進(jìn)度的影響以及對(duì)建模任務(wù)成本的影響等；d）應(yīng)依據(jù)各類風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率以及其造成的后果，對(duì)各類風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行量化評(píng)級(jí)，進(jìn)而對(duì)各類風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行有序地、針對(duì)性地管控。8模型改進(jìn)8.1概述企業(yè)應(yīng)適時(shí)對(duì)模型進(jìn)行改進(jìn)升級(jí)，確保模型持續(xù)可信，按照模型自身的特點(diǎn)，模型改進(jìn)可以分為人主導(dǎo)的離線模型改進(jìn)和模型自適應(yīng)的在線模型改進(jìn)兩大類別。8.2人主導(dǎo)的離線模型改進(jìn)開展以人為主導(dǎo)的、相對(duì)于實(shí)際物理對(duì)象離線進(jìn)行的模型改進(jìn)，應(yīng)該遵循以下原則a)應(yīng)對(duì)當(dāng)前模型存在的不足進(jìn)行詳細(xì)說明，并回溯定位，分析其可能的原因；b)應(yīng)設(shè)計(jì)一套模型改進(jìn)方案，形成模型改進(jìn)說明文檔；c)應(yīng)做好模型庫維護(hù)，對(duì)模型庫中各類模型按照檢索索引分類存放，保障模型開發(fā)過程中改進(jìn)和演化；d)模型庫中應(yīng)包含對(duì)模型關(guān)鍵信息的描述，包含使用場(chǎng)景、模型參數(shù)、模型版本等，支持模型依據(jù)上下文關(guān)系進(jìn)行適配，以便于模型的重用；e)應(yīng)詳細(xì)記錄對(duì)模型庫中模型進(jìn)行修改的