有色金屬行業(yè)智能冶煉工廠數(shù)字孿生技術(shù)規(guī)范編制說(shuō)明（審定稿）《有色金屬行業(yè)智能冶煉工廠數(shù)字孿生技術(shù)規(guī)范》編制組2025年7月一、工作簡(jiǎn)況1、任務(wù)來(lái)源根據(jù)2024年8月14日工業(yè)與信息化部《工業(yè)和信息化部辦公廳關(guān)于印發(fā)2024年第三批行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制修訂計(jì)劃的通知》（工信廳科函〔2024〕317號(hào)）的文件要求，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《有色金屬行業(yè)智能冶煉工廠數(shù)字孿生技術(shù)規(guī)范》制定項(xiàng)目由全國(guó)有色金屬標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)歸口，計(jì)劃編號(hào)：2024-0968T-YS，項(xiàng)目周期為12個(gè)月，完成年限為2025年。由中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司（以下簡(jiǎn)稱中國(guó)恩菲）主編，中南大學(xué)、中金嶺南有色金屬股份有限公司、礦冶科技集團(tuán)有限公司、中國(guó)銅業(yè)有限公司、中國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究院、金川集團(tuán)股份有限公司、江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司、湖南有色金屬控股集團(tuán)有限公司、大冶有色金屬集團(tuán)控股有限公司等單位參加，共同組成《有色金屬行業(yè)智能冶煉工廠數(shù)字孿生技術(shù)規(guī)范》編制組，開展標(biāo)準(zhǔn)編制工作。根據(jù)《國(guó)家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南（2021年版）》，《有色金屬行業(yè)智能冶煉工廠數(shù)字孿生技術(shù)規(guī)范》在國(guó)家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系中，屬于“B關(guān)鍵技術(shù)”-“BE智能賦能技術(shù)”-“BEF數(shù)字孿生”，同時(shí)也屬于“C行業(yè)應(yīng)用”-“I有色金屬”的范疇。圖1國(guó)家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系體系結(jié)構(gòu)圖根據(jù)《有色金屬行業(yè)智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南（2023年版）》，《有色金屬行業(yè)智能冶煉工廠數(shù)字孿生技術(shù)規(guī)范》在有色金屬行業(yè)智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系中，屬于“CIC智能工廠-CICC數(shù)字化平臺(tái)-CICCD數(shù)字仿真”，并且屬于“智能工廠標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)重點(diǎn)”標(biāo)準(zhǔn)。圖2有色金屬行業(yè)智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)圖圖2有色金屬行業(yè)智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系框架圖數(shù)字孿生工廠是實(shí)現(xiàn)智能工廠的基礎(chǔ)。數(shù)字孿生作為一種在信息世界刻畫物理世界、仿真物理世界、優(yōu)化物理世界、可視化物理世界的重要技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)智能制造提供了有效途徑?！吨袊?guó)制造2025》將“建設(shè)智能工廠/數(shù)字化車間”列為戰(zhàn)略任務(wù)和重點(diǎn)。國(guó)家發(fā)改委在《關(guān)于推進(jìn)“上云用數(shù)賦智”行動(dòng)，培育新經(jīng)濟(jì)發(fā)展實(shí)施方案》提出支持?jǐn)?shù)字孿生等數(shù)字化轉(zhuǎn)型共性技術(shù)、關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)應(yīng)用，引導(dǎo)各方參與提出數(shù)字孿生的解決方案。中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)在2020年年會(huì)上將“如何建立虛擬孿生理論和技術(shù)基礎(chǔ)并開展示范應(yīng)用”列為十大前沿科學(xué)問(wèn)題之一。新冠肺炎疫情令企業(yè)“用工荒”問(wèn)題更加突出，工業(yè)領(lǐng)域“機(jī)器換人”的話題推向高潮，傳統(tǒng)制造業(yè)充分認(rèn)識(shí)到數(shù)字化、智能化生產(chǎn)方式的重要性和智能工廠、數(shù)字孿生工廠建設(shè)的真正價(jià)值。為貫徹落實(shí)《中國(guó)制造2025》、《原材料工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型工作方案（2024-2026年）》等國(guó)家相關(guān)政策，按照《國(guó)家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》、《有色金屬行業(yè)智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南（2023年版）》的總體要求，徹底解決數(shù)字孿生工廠的開發(fā)與實(shí)施不規(guī)范、認(rèn)識(shí)不統(tǒng)一、落地困難的問(wèn)題，使有數(shù)字孿生工廠建設(shè)有章可循，有法可依，切實(shí)推進(jìn)有色金屬冶煉企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)。2、標(biāo)準(zhǔn)起草單位、編制成員及其工作職責(zé)本標(biāo)準(zhǔn)由中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司牽頭，中南大學(xué)、中金嶺南有色金屬股份有限公司、礦冶科技集團(tuán)有限公司、中國(guó)銅業(yè)有限公司、中國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究院、金川集團(tuán)股份有限公司、江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司、湖南有色金屬控股集團(tuán)有限公司、大冶有色金屬集團(tuán)控股有限公司等單位參加編制。3、主要工作過(guò)程3.1起草階段標(biāo)準(zhǔn)制訂計(jì)劃任務(wù)正式下達(dá)后，中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司、中南大學(xué)、中金嶺南有色金屬股份有限公司、礦冶科技集團(tuán)有限公司、中國(guó)銅業(yè)有限公司、中國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究院、金川集團(tuán)股份有限公司、江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司、湖南有色金屬控股集團(tuán)有限公司、大冶有色金屬集團(tuán)控股有限公司等單位立即組織召開了碰頭會(huì)，成立了標(biāo)準(zhǔn)編制組，初步確定了任務(wù)分工及進(jìn)度計(jì)劃：中國(guó)恩菲牽頭，負(fù)責(zé)資料收集、匯總、執(zhí)筆，中南大學(xué)、中金嶺南有色金屬股份有限公司、礦冶科技集團(tuán)有限公司、中國(guó)銅業(yè)有限公司、中國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究院、金川集團(tuán)股份有限公司、江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司、湖南有色金屬控股集團(tuán)有限公司、大冶有色金屬集團(tuán)控股有限公司等單位負(fù)責(zé)提供標(biāo)準(zhǔn)編制相關(guān)資料、技術(shù)支持；在標(biāo)準(zhǔn)編制過(guò)程中，可逐步吸收行業(yè)其他單位加入標(biāo)準(zhǔn)編制組。2024年9月到2024年11月：項(xiàng)目的立項(xiàng)、啟動(dòng)和技術(shù)準(zhǔn)備階段。2024年11月到2025年3月：編制并討論標(biāo)準(zhǔn)，形成預(yù)審稿。二、標(biāo)準(zhǔn)編制原則和確定標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容1、編制原則編制過(guò)程中遵循如下原則：（1）一致性原則標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該與以下內(nèi)容協(xié)調(diào)一致：a）智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系要求；b）相關(guān)法律、法規(guī)、政策、標(biāo)準(zhǔn)、管理辦法。（2）全面系統(tǒng)a）涵蓋有色金屬行業(yè)智能冶煉工廠數(shù)字孿生建設(shè)全過(guò)程；b）全面、系統(tǒng)建立有色金屬行業(yè)智能冶煉工廠數(shù)字孿生技術(shù)要求；c）本標(biāo)準(zhǔn)可與智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系中的其他標(biāo)準(zhǔn)豐富智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系。（3）突出行業(yè)特點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)突出有色金屬行業(yè)的特點(diǎn)，重點(diǎn)關(guān)注有色金屬行業(yè)智能冶煉工廠設(shè)備與系統(tǒng)的數(shù)字孿生以及數(shù)字孿生實(shí)施過(guò)程。（4）適用可操作a）對(duì)有色金屬行業(yè)智能冶煉工廠數(shù)字孿生實(shí)施全過(guò)程進(jìn)行規(guī)范說(shuō)明，保證標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容的完整性和適用性；b）立足有色金屬行業(yè)實(shí)際和智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系的要求，確保標(biāo)準(zhǔn)的可操作性。2、國(guó)內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)研究2015年開始，ISO、IEC和IEEE等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織推動(dòng)成立數(shù)字孿生分技術(shù)委員會(huì)和工作組，從各自的領(lǐng)域和層面出發(fā)，探索標(biāo)準(zhǔn)化工作。完成或立項(xiàng)了《數(shù)字孿生體技術(shù)趨勢(shì)報(bào)告》、《數(shù)字孿生在工業(yè)行業(yè)的應(yīng)用的白皮書》、《數(shù)字孿生與資產(chǎn)管理殼的概念與在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)4.0中的應(yīng)用白皮書》。、《數(shù)字孿生概念與術(shù)語(yǔ)》和《數(shù)字孿生應(yīng)用案例》等多項(xiàng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)?！吨袊?guó)制造2025》將“加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)”列為戰(zhàn)略任務(wù)和重點(diǎn)，在智能制造等重點(diǎn)領(lǐng)域開展綜合標(biāo)準(zhǔn)化工作。工業(yè)和信息化部、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)聯(lián)合印發(fā)《國(guó)家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》，明確提出制修訂包括智能工廠、虛擬工廠在內(nèi)的300項(xiàng)以上智能制造標(biāo)準(zhǔn)，全面覆蓋基礎(chǔ)共性標(biāo)準(zhǔn)和關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，逐步建立起較為完善的智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系，并完成《智能制造虛擬工廠參考架構(gòu)》《智能制造虛擬工廠信息模型》、《有色金屬行業(yè)智能冶煉工廠建設(shè)指南》《有色金屬行業(yè)智能礦山建設(shè)指南》等多項(xiàng)智能制造標(biāo)準(zhǔn)和建設(shè)指南。3、標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容本標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置了8個(gè)章節(jié)內(nèi)容，具體包括：3.1范圍本文件規(guī)定了智能冶煉工廠數(shù)字孿生的參考架構(gòu)、模型要求、業(yè)務(wù)功能要求、實(shí)現(xiàn)要求、成熟度等級(jí)等內(nèi)容。本文件適用于現(xiàn)有、新建和改擴(kuò)建的各類有色金屬冶煉工廠在智能工廠的數(shù)字孿生系統(tǒng)設(shè)計(jì)、建模、開發(fā)、實(shí)施工作。3.2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；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/T19000質(zhì)量管理體系基礎(chǔ)和術(shù)語(yǔ)GB/T23000信息化和工業(yè)化融合管理體系基礎(chǔ)和術(shù)語(yǔ)GB/T43441.1信息技術(shù)數(shù)字孿生第1部分：通用要求GB/T41723自動(dòng)化系統(tǒng)與集成復(fù)雜產(chǎn)品數(shù)字孿生體系架構(gòu)說(shuō)明：主要從術(shù)語(yǔ)和定義要求等方面引用相關(guān)文件。3.3術(shù)語(yǔ)和定義下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。3.3.1數(shù)字孿生digitaltwin數(shù)字孿生是具有數(shù)據(jù)連接的特定物理實(shí)體或過(guò)程的數(shù)字化表達(dá)，該數(shù)據(jù)連接可以保證物理狀態(tài)和虛擬狀態(tài)之間的同速率收斂，并提供物理實(shí)體或流程過(guò)程的整個(gè)生命周期的集成視圖，有助于優(yōu)化整體性能。3.3.2實(shí)體對(duì)象entity存在、曾經(jīng)存在或可能存在的一切具體或抽象的東西，包括這些事物之間的關(guān)聯(lián)。示例：人員，對(duì)象，事件，想法，過(guò)程等。3.3.3物理實(shí)體physicalentity客觀存在于時(shí)空中的具體事物或現(xiàn)象，具有可觀測(cè)的物理屬性（如質(zhì)量、體積、能量、運(yùn)動(dòng)等），能夠通過(guò)感官或儀器直接或間接被檢測(cè)，示例：城市、工廠、建筑物、電網(wǎng)中的電流、制造工藝等。3.3.4虛擬實(shí)體virtualentity依賴于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或數(shù)字環(huán)境而存在的模擬對(duì)象或現(xiàn)象，不具備物理實(shí)體的物質(zhì)性，但能通過(guò)交互技術(shù)（如視覺(jué)、聽覺(jué)或觸覺(jué)反饋）被感知和操作，與物理實(shí)體對(duì)應(yīng)的表示信息或數(shù)據(jù)的事物或現(xiàn)象。3.3.5智能體agent具有獨(dú)立的屬性和自主行為能力且能與環(huán)境進(jìn)行交互的虛擬實(shí)體，抽象為智能體。智能體基本特性包括：(1)自治性(Autonomy)：智能體能根據(jù)外界環(huán)境的變化，而自動(dòng)地對(duì)自己的行為和狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，而不是僅僅被動(dòng)地接受外界的刺激，具有自我管理自我調(diào)節(jié)的能力。(2)反應(yīng)性(Reactive):能對(duì)外界的刺激作出反應(yīng)的能力；(3)主動(dòng)性(Proactive):對(duì)于外界環(huán)境的改變，智能體能主動(dòng)采取活動(dòng)的能力。(4)進(jìn)化性（evolution）:智能體能積累或?qū)W習(xí)經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，并修改自己的行為以適應(yīng)新環(huán)境。3.6機(jī)理模型mechanismmodel基于物理、化學(xué)、生物學(xué)等自然科學(xué)規(guī)律，通過(guò)理論推導(dǎo)構(gòu)建的數(shù)學(xué)模型，通過(guò)描述系統(tǒng)內(nèi)在的質(zhì)量守恒、能量守恒、動(dòng)力學(xué)方程等作用機(jī)制來(lái)預(yù)測(cè)系統(tǒng)行為。其基本特點(diǎn)包括：（1）依賴專業(yè)領(lǐng)域知識(shí)；（2）機(jī)理明確，可解釋性強(qiáng)；（3）無(wú)需依賴歷史數(shù)據(jù)。3.7數(shù)據(jù)模型datamodel是通過(guò)對(duì)歷史或?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)而構(gòu)建的數(shù)學(xué)模型，其基本特征包括：（1）以數(shù)據(jù)為核心，模型行為完全由輸入數(shù)據(jù)決定，無(wú)需顯式的物理規(guī)律描述；（2）黑箱/灰箱特性，內(nèi)部邏輯可能難以直觀解釋；（3）自適應(yīng)能力，可通過(guò)新數(shù)據(jù)持續(xù)優(yōu)化模型參數(shù)。3.8數(shù)理模型mathematicalmodel是機(jī)理模型和數(shù)據(jù)模型的統(tǒng)稱。3.4參考架構(gòu)3.4.1生命周期生命周期涵蓋從需求調(diào)研到工廠生產(chǎn)運(yùn)維的各個(gè)階段，包括可行性研究、初步設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、工程建設(shè)、生產(chǎn)期等。生命周期的各項(xiàng)活動(dòng)可進(jìn)行迭代優(yōu)化，具有可持續(xù)性發(fā)展等特點(diǎn)，不同行業(yè)的生命周期構(gòu)成和時(shí)間順序不盡相同。3.4.2系統(tǒng)層級(jí)系統(tǒng)層級(jí)是指與企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)相關(guān)的組織結(jié)構(gòu)的層級(jí)劃分，包括設(shè)備層、單元層、車間層、企業(yè)層和協(xié)同層。a) 設(shè)備層是指企業(yè)利用傳感器、儀器儀表、機(jī)器、裝置等，實(shí)現(xiàn)實(shí)際物理流程并感知和操控物理流程的層級(jí)；b) 單元層是指用于企業(yè)內(nèi)處理信息、實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)和控制物理流程的層級(jí)；c) 車間層是實(shí)現(xiàn)面向工廠或車間的生產(chǎn)管理的層級(jí)；d) 企業(yè)層是實(shí)現(xiàn)面向企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理的層級(jí)；e) 協(xié)同層是企業(yè)實(shí)現(xiàn)其內(nèi)部和外部信息互聯(lián)和共享，實(shí)現(xiàn)跨企業(yè)間業(yè)務(wù)協(xié)同的層級(jí)。圖1數(shù)字孿生系統(tǒng)參考架構(gòu)3.4.3架構(gòu)層級(jí)架構(gòu)層級(jí)是指由物理實(shí)體工廠至數(shù)字孿生工廠形成過(guò)程、數(shù)據(jù)映射過(guò)程及決策反饋過(guò)程，包括支撐層（L1）、數(shù)據(jù)層（L2）、模型層（L3）、應(yīng)用層（L4）、交互層（L5）。物理實(shí)體工廠生產(chǎn)系統(tǒng)的核心構(gòu)成，概括為人（Man）、機(jī)（Machine）、料（Material）、法（Method）、環(huán)（Environment）五大要素。人涵蓋操作工、維修工等直接生產(chǎn)參與者；機(jī)包含加工機(jī)床、工裝夾具等生產(chǎn)設(shè)備與工具；料涉及原材料、半成品等生產(chǎn)對(duì)象；法包含工藝文件、作業(yè)指導(dǎo)書、檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)等規(guī)范體系；環(huán)則包括車間布局、溫濕度、噪音等物理?xiàng)l件要求，這些要素共同構(gòu)成了制造過(guò)程的物質(zhì)基礎(chǔ)與運(yùn)行框架。物理實(shí)體工廠作為數(shù)字孿生工廠的基礎(chǔ)，不作為數(shù)字孿生工廠的架構(gòu)層級(jí)a) 支撐層是數(shù)字孿生系統(tǒng)的基礎(chǔ)感知和工業(yè)控制層，直接連接現(xiàn)實(shí)世界的設(shè)備與生產(chǎn)過(guò)程，承擔(dān)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制和邊緣計(jì)算等核心功能，直接影響上層模型的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。物理層作為數(shù)字孿生系統(tǒng)的關(guān)鍵支撐，通過(guò)集成感知終端（如傳感器、RFID）、有線/無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)（工業(yè)以太網(wǎng)、5G）、標(biāo)準(zhǔn)化通信協(xié)議（OPCUA、MQTT）、工業(yè)控制、數(shù)據(jù)接口，構(gòu)建起覆蓋全要素的數(shù)據(jù)傳輸通道、語(yǔ)義化參數(shù)交互控制體系，實(shí)現(xiàn)制造資源間的實(shí)時(shí)信息互通協(xié)同與控制運(yùn)行；b) 數(shù)據(jù)層是數(shù)字孿生系統(tǒng)的核心樞紐，應(yīng)負(fù)責(zé)對(duì)物理層采集的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、治理、分析與服務(wù)化，為上層模型和應(yīng)用提供高質(zhì)量、標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)支撐，直接影響數(shù)字孿生體的準(zhǔn)確性和決策可靠性。c) 模型層作為數(shù)字孿生系統(tǒng)的核心組成部分，由仿真模型與孿生數(shù)據(jù)有機(jī)融合而成。仿真模型通過(guò)多維度建模技術(shù)精確刻畫車間物理實(shí)體的關(guān)鍵特征與行為規(guī)律，孿生數(shù)據(jù)則實(shí)時(shí)采集自物理實(shí)體的運(yùn)行狀態(tài)；基于預(yù)設(shè)的邏輯規(guī)則與匹配算法，將動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)流與靜態(tài)模型進(jìn)行深度融合，最終構(gòu)建出具有虛實(shí)映射、動(dòng)態(tài)演化能力的數(shù)字孿生體。d) 應(yīng)用層作為數(shù)字孿生系統(tǒng)的用戶交互界面，基于實(shí)時(shí)孿生數(shù)據(jù)構(gòu)建智能化服務(wù)體系，通過(guò)多維數(shù)據(jù)融合與智能算法，為工廠運(yùn)營(yíng)提供全周期的決策支持，具體實(shí)現(xiàn)四大核心功能：認(rèn)知功能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)全要素的可視化監(jiān)控與態(tài)勢(shì)感知；診斷功能通過(guò)異常檢測(cè)與根因分析定位生產(chǎn)問(wèn)題；預(yù)測(cè)功能依托歷史數(shù)據(jù)與仿真模型預(yù)判設(shè)備狀態(tài)與生產(chǎn)趨勢(shì)；決策功能結(jié)合優(yōu)化算法生成最佳生產(chǎn)方案，從而形成從感知到執(zhí)行的閉環(huán)服務(wù)能力。e) 交互層是數(shù)字孿生系統(tǒng)的最高層級(jí)，應(yīng)負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)跨系統(tǒng)協(xié)同、內(nèi)外交互和生態(tài)擴(kuò)展，是數(shù)字孿生系統(tǒng)與外界的接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生體與用戶、外部系統(tǒng)及開放生態(tài)的無(wú)縫連接。3.5模型要求3.5.1模型功能與要求3.5.1.1模型應(yīng)涵蓋冶煉生產(chǎn)全流程的物質(zhì)流（原料-中間產(chǎn)物-成品）、能量流（能耗、熱平衡）、價(jià)值流（成本、效益）及業(yè)務(wù)流（生產(chǎn)計(jì)劃、調(diào)度、管理），支持全流程多維度建模，實(shí)現(xiàn)全生命周期的動(dòng)態(tài)仿真、多場(chǎng)景分析、趨勢(shì)預(yù)測(cè)、能效評(píng)估、工藝驗(yàn)證和優(yōu)化決策。3.5.1.2模型應(yīng)采用模塊化架構(gòu)設(shè)計(jì)，集成數(shù)理模型、智能體庫(kù)、算法庫(kù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)、標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)接口等核心功能組件，通過(guò)功能組件的協(xié)同運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的集成處理、智能體模型的持續(xù)訓(xùn)練優(yōu)化以及跨系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互與共享。3.5.1.3模型可為生產(chǎn)工藝優(yōu)化、智能配料、成本優(yōu)化、物料平衡、能源管理、設(shè)備健康監(jiān)測(cè)及智能決策等核心功能模塊提供底層技術(shù)支撐。3.5.2模型構(gòu)建要求3.5.2.1模型構(gòu)建應(yīng)采用多模型融合方法，宜以工藝機(jī)理模型為核心基礎(chǔ)，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃蛿?shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型進(jìn)行協(xié)同建模。3.5.2.2應(yīng)建立與實(shí)際冶煉工廠設(shè)備、工藝流程等相對(duì)應(yīng)的精確物理模型，真實(shí)反映生產(chǎn)工藝特征，包括但不限于冶金爐窯、電解槽、物料輸送設(shè)備等。模型的幾何精度應(yīng)滿足生產(chǎn)過(guò)程模擬和分析的要求，允許根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求進(jìn)行合理簡(jiǎn)化。3.5.3.3模型應(yīng)包括設(shè)備的物理屬性、工藝參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)等信息。屬性信息應(yīng)與物理模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)，并能實(shí)時(shí)更新。5.4.4應(yīng)根據(jù)冶煉工藝原理和設(shè)備運(yùn)行規(guī)律，建立設(shè)備的行為模型，包括啟動(dòng)、停止、正常運(yùn)行、故障等狀態(tài)的行為描述。3.5.5.5數(shù)字孿生模型應(yīng)能夠根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)中的設(shè)備變化、工藝調(diào)整等進(jìn)行實(shí)時(shí)更新，以保證模型的準(zhǔn)確性和有效性。3.5.3模型驗(yàn)證要求3.5.3.1模型應(yīng)具備完整的數(shù)據(jù)采集與輸出功能，實(shí)時(shí)記錄關(guān)鍵工藝參數(shù)，為模型驗(yàn)證提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。3.5.3.2模型驗(yàn)證應(yīng)采用生產(chǎn)實(shí)際數(shù)據(jù)對(duì)比分析的方法，建立定量化的驗(yàn)證指標(biāo)，并根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果持續(xù)優(yōu)化模型參數(shù)和結(jié)構(gòu)。3.5.4模型庫(kù)建設(shè)要求3.5.4.1模型庫(kù)應(yīng)建立完善的分類體系，主要包括：a）通用基礎(chǔ)模型：包含物料平衡、能量平衡等基礎(chǔ)計(jì)算模型；b）濕法冶煉模型：涵蓋浸出、萃取、電解等工藝過(guò)程模型；c）火法冶煉模型：包括熔煉、吹煉、精煉等關(guān)鍵工序模型；d）其他專業(yè)模型：根據(jù)實(shí)際工藝需求補(bǔ)充的特殊模型。3.5.4.2模型庫(kù)應(yīng)滿足以下技術(shù)要求：a）可擴(kuò)展性：支持新模型類型的靈活添加和集成；b）可升級(jí)性：實(shí)現(xiàn)模型參數(shù)的在線更新和版本迭代；c）兼容性：確保多源模型間的數(shù)據(jù)互通和協(xié)同優(yōu)化；d）安全性：建立模型訪問(wèn)權(quán)限管理和數(shù)據(jù)保護(hù)機(jī)制；e）智能維護(hù)性：具備模型性能自診斷和異常預(yù)警功能。3.6業(yè)務(wù)功能要求數(shù)字孿生系統(tǒng)應(yīng)構(gòu)建完整的業(yè)務(wù)功能體系，包括但不限于以下核心模塊：生產(chǎn)流程評(píng)估優(yōu)化、生產(chǎn)工藝優(yōu)化控制、物料平衡、智能決策支持、配料優(yōu)化、能耗分析與預(yù)測(cè)、生產(chǎn)成本分析與預(yù)測(cè)、設(shè)備健康診斷、安全環(huán)保預(yù)警。3.6.1生產(chǎn)流程評(píng)估優(yōu)化3.6.1.1冶煉生產(chǎn)過(guò)程優(yōu)化應(yīng)按照主工藝流程創(chuàng)建動(dòng)態(tài)模型，以物質(zhì)流為核心，綜合考慮生產(chǎn)計(jì)劃、檢修安排、隨機(jī)故障規(guī)律、檢修時(shí)間等多元因素。3.6.1.2冶煉設(shè)備智能體的建立需深度融合設(shè)備的能力、屬性、故障規(guī)律、運(yùn)行機(jī)理、詳細(xì)參數(shù)設(shè)置范圍、控制策略等關(guān)鍵要素。3.6.1.3生產(chǎn)過(guò)程優(yōu)化模型應(yīng)考慮生產(chǎn)工藝各環(huán)節(jié)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)與連鎖反應(yīng)，按照設(shè)計(jì)進(jìn)行生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行的全方位模擬。3.6.1.4冶煉生產(chǎn)過(guò)程評(píng)估優(yōu)化模塊應(yīng)具備下列功能：a）評(píng)估生產(chǎn)產(chǎn)能，判定生產(chǎn)目標(biāo)設(shè)定是否合理；b）結(jié)合隨機(jī)故障、檢修時(shí)間等進(jìn)行作業(yè)率計(jì)算等；c）應(yīng)具備確定設(shè)備處理能力及檢修時(shí)間的功能；d）應(yīng)具備精準(zhǔn)識(shí)別生產(chǎn)工藝流程中的瓶頸環(huán)節(jié)功能，并針對(duì)性地提出優(yōu)化方案；e）應(yīng)具備對(duì)工段的緩沖能力及設(shè)備追趕能力進(jìn)行模擬分析并優(yōu)化的功能；f）應(yīng)具備計(jì)算并優(yōu)化設(shè)備利用率、驗(yàn)證設(shè)備匹配性的功能。3.6.2冶煉生產(chǎn)工藝優(yōu)化控制3.6.2.1冶煉生產(chǎn)工藝優(yōu)化方案應(yīng)結(jié)合工藝設(shè)計(jì)，考慮生產(chǎn)規(guī)模、市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)波動(dòng)、現(xiàn)場(chǎng)施工調(diào)整等限制多重約束條件，確保方案的科學(xué)性與可行性。3.6.2.2應(yīng)結(jié)合冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)的整體運(yùn)行情況，動(dòng)態(tài)模擬分析設(shè)備機(jī)理、處理規(guī)則和生產(chǎn)邏輯等。3.6.2.3應(yīng)提供冶煉設(shè)備最優(yōu)運(yùn)行參數(shù)及設(shè)備最優(yōu)運(yùn)行控制策略。3.6.2.4應(yīng)給出冶煉設(shè)備的處置能力和實(shí)際需求的比對(duì)分析，通過(guò)量化數(shù)據(jù)揭示設(shè)備與生產(chǎn)需求之間的差距，為設(shè)備的選型調(diào)整、參數(shù)優(yōu)化以及技術(shù)升級(jí)改造提供數(shù)據(jù)支撐。3.6.2.5應(yīng)對(duì)冶煉設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)等人工智能方法，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的自適應(yīng)修正。3.6.3物料平衡3.6.3.1物料平衡計(jì)算模型應(yīng)以生產(chǎn)規(guī)模、產(chǎn)品方案、工藝流程、工藝參數(shù)、生產(chǎn)班制、外部物料供應(yīng)條件等核心要素為基礎(chǔ)。3.6.3.2應(yīng)綜合考慮實(shí)際的設(shè)備運(yùn)行機(jī)理、相關(guān)物料反應(yīng)、生產(chǎn)操作策略等條件。3.6.3.3應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)隨生產(chǎn)動(dòng)態(tài)過(guò)程而變化的物料消耗進(jìn)行模擬、預(yù)測(cè)、控制和優(yōu)化。3.6.3.4應(yīng)確定物料需求動(dòng)態(tài)變化，形成物料平衡表，優(yōu)化物料消耗。3.6.3.5應(yīng)確定內(nèi)部物料缺口，計(jì)算可以滿足生產(chǎn)的外部物料供應(yīng)量。3.6.3.6應(yīng)綜合考慮生產(chǎn)需求與環(huán)保要求，制定最優(yōu)的生產(chǎn)物料控制策略。3.6.3.7應(yīng)確定不同生產(chǎn)負(fù)荷下物料消耗及平衡情況，為生產(chǎn)負(fù)荷調(diào)整與優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支持。3.6.3.8應(yīng)提出物料供應(yīng)異常情況下的應(yīng)急操作策略，提升生產(chǎn)系統(tǒng)應(yīng)對(duì)突發(fā)物料供應(yīng)問(wèn)題的能力。3.6.3.9應(yīng)具備向設(shè)備選型、參數(shù)設(shè)置、輔助工程建設(shè)規(guī)模確定等提供支撐數(shù)據(jù)的功能。3.6.4智能決策支持3.6.4.1應(yīng)能夠?qū)σ睙捁S的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、工藝參數(shù)、生產(chǎn)進(jìn)度等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并以直觀的圖形化界面展示給用戶。應(yīng)具備報(bào)警功能，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障或工藝參數(shù)超出設(shè)定范圍時(shí)，能夠及時(shí)發(fā)出警報(bào)。3.6.4.2應(yīng)對(duì)各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行精細(xì)化梳理，構(gòu)架科學(xué)的運(yùn)行指標(biāo)評(píng)價(jià)，及時(shí)對(duì)問(wèn)題環(huán)節(jié)進(jìn)行調(diào)整。3.6.4.3應(yīng)結(jié)合數(shù)字孿生工廠的虛擬運(yùn)行試驗(yàn)，對(duì)不同影響因素下的工廠運(yùn)行狀況進(jìn)行潛在問(wèn)題的預(yù)判分析，及時(shí)制定準(zhǔn)確的調(diào)度方案。3.6.4.4應(yīng)基于工廠庫(kù)存結(jié)構(gòu)，以及產(chǎn)品的暢銷、滯銷狀況，動(dòng)態(tài)調(diào)整經(jīng)營(yíng)策略，控制生產(chǎn)進(jìn)度和業(yè)務(wù)細(xì)節(jié)，制定科學(xué)合理的生產(chǎn)計(jì)劃。3.6.4.5生產(chǎn)工藝模型應(yīng)以工藝機(jī)理為基礎(chǔ)，以數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)為分析手段，以專家系統(tǒng)、傳統(tǒng)決策支持系統(tǒng)為決策框架。3.6.4.6應(yīng)與已有的機(jī)理模型的模擬結(jié)果的對(duì)比，對(duì)機(jī)理模型進(jìn)行修正和優(yōu)化。3.6.4.7可使用譜聚類對(duì)工序參數(shù)進(jìn)行聚類分析生產(chǎn)過(guò)程中復(fù)雜工序?qū)Ξa(chǎn)品質(zhì)量的影響機(jī)制，解決工序參數(shù)多特征少樣本的問(wèn)題，發(fā)掘工序參數(shù)與產(chǎn)品質(zhì)量之間的關(guān)系，優(yōu)化徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(RBF)模型的特征參數(shù)，最終基于質(zhì)量波動(dòng)理論構(gòu)建質(zhì)量傳遞網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)加工過(guò)程狀態(tài)進(jìn)行分析并基于分析結(jié)果預(yù)測(cè)產(chǎn)品質(zhì)量。3.6.5配料優(yōu)化3.6.5.1應(yīng)通過(guò)對(duì)物料的物化參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)配料的相容性判定，驗(yàn)證配料過(guò)程的安全性。3.6.5.2應(yīng)結(jié)合生產(chǎn)系統(tǒng)的處置能力和指標(biāo)限定范圍，確定系統(tǒng)配料的約束條件和優(yōu)化目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)的最優(yōu)配料方案。3.6.5.3應(yīng)結(jié)合物料的處置成本和市場(chǎng)效益，實(shí)現(xiàn)配料的多目標(biāo)優(yōu)化。3.6.6能耗分析與預(yù)測(cè)3.6.6.1應(yīng)從單體設(shè)備、工序段以及全廠三個(gè)層面，對(duì)主要耗能節(jié)點(diǎn)的能源供需比和有效利用率進(jìn)行計(jì)算分析。3.6.6.2應(yīng)從全廠能量流網(wǎng)絡(luò)的整體評(píng)價(jià)出發(fā)，制定科學(xué)合理的能源調(diào)整和優(yōu)化決策方案。3.6.6.3應(yīng)針對(duì)工況的瞬間變化，做出能耗的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)。3.6.6.5應(yīng)對(duì)不同時(shí)間跨度的能源需求量進(jìn)行預(yù)測(cè)，合理制定能源的長(zhǎng)中短期采購(gòu)計(jì)劃和檢修計(jì)劃等。3.6.6.6應(yīng)針對(duì)不同類型的能源故障，對(duì)全廠能源信息系統(tǒng)進(jìn)行虛擬運(yùn)行分析，研究能源系統(tǒng)的安全響應(yīng)行為的合理性及效率。3.6.7生產(chǎn)成本分析與預(yù)測(cè)3.6.7.1生產(chǎn)工藝優(yōu)化方案應(yīng)結(jié)合工藝設(shè)計(jì)，考慮生產(chǎn)規(guī)模、市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)波動(dòng)、現(xiàn)場(chǎng)施工調(diào)整等限制條件，確保優(yōu)化方案的科學(xué)性與可操作性。3.6.7.2應(yīng)給出設(shè)備的處置能力和安裝計(jì)劃的比對(duì)分析，為調(diào)整設(shè)備的選型、安裝路徑以及參數(shù)設(shè)置提供數(shù)據(jù)支撐。3.6.7.3生產(chǎn)成本的計(jì)算應(yīng)結(jié)合運(yùn)維階段生產(chǎn)主工藝流程中的物質(zhì)流平衡模型，以及生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)各個(gè)設(shè)備的物料消耗進(jìn)行動(dòng)態(tài)計(jì)算分析。3.6.7.4應(yīng)對(duì)生產(chǎn)流程中輔助物料的消耗過(guò)程，進(jìn)行精細(xì)化計(jì)算和調(diào)控優(yōu)化分析，制定針對(duì)性的優(yōu)化策略。3.6.7.5應(yīng)對(duì)工程進(jìn)行功能分析，對(duì)材料進(jìn)行性能分析，科學(xué)合理確定進(jìn)貨批量、進(jìn)貨批次、材料儲(chǔ)備最優(yōu)策略。3.6.8設(shè)備健康診斷3.6.8.1應(yīng)在設(shè)備管理模塊內(nèi)加入設(shè)備孿生和設(shè)備運(yùn)行大數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)工廠級(jí)(或車間級(jí))的軟件系統(tǒng)、智能診斷分析系統(tǒng)和運(yùn)行大數(shù)據(jù)的有效銜接和深度融合。3.6.8.2應(yīng)形成以機(jī)器學(xué)習(xí)和自決策為智能大腦的新型設(shè)備管控系統(tǒng)架構(gòu)。3.6.8.3應(yīng)從策略層面實(shí)施設(shè)備健康診斷，將維護(hù)技術(shù)與設(shè)備實(shí)時(shí)信息關(guān)聯(lián)起來(lái)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備預(yù)測(cè)性維護(hù)工作。3.6.9安全預(yù)測(cè)預(yù)警3.6.9.1應(yīng)對(duì)多個(gè)事故應(yīng)急疏散方案進(jìn)行反復(fù)動(dòng)態(tài)模擬，對(duì)疏散人數(shù)、疏散用時(shí)等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，通過(guò)模擬結(jié)果分析制定科學(xué)的疏散方案。3.6.9.2應(yīng)通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的疏散救援全過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬及數(shù)字演練，確定各車間最優(yōu)的應(yīng)急設(shè)備位置、數(shù)量、設(shè)施布局、應(yīng)急出口位置等，發(fā)現(xiàn)并消除疏散瓶頸點(diǎn)。3.6.9.3應(yīng)對(duì)包含救援流程、救援路線、救援資源調(diào)度等在內(nèi)的多個(gè)救援方案進(jìn)行反復(fù)動(dòng)態(tài)模擬并優(yōu)化。3.6.9.4應(yīng)通過(guò)救援效率、救援成功率等大量結(jié)果數(shù)據(jù)，確定最優(yōu)的救援通道設(shè)計(jì)，針對(duì)不同事故場(chǎng)景確定救援路線選擇，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的消防、醫(yī)療等資源調(diào)度。3.6.9.5應(yīng)設(shè)置多樣化的訓(xùn)練場(chǎng)景、訓(xùn)練目標(biāo)和任務(wù)，針對(duì)具有不同的能力和權(quán)限的不同角色進(jìn)行定制化訓(xùn)練。3.6.9.6培訓(xùn)系統(tǒng)應(yīng)與生產(chǎn)全流程動(dòng)態(tài)模型相結(jié)合，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)主要生產(chǎn)工藝路線中的操作流程以及各種已出現(xiàn)或人為設(shè)定的事故產(chǎn)生和排除解決過(guò)程進(jìn)行相關(guān)建模和模擬。3.6.9.7系統(tǒng)應(yīng)具備對(duì)操作不規(guī)范導(dǎo)致的失誤、事故等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的功能。3.6.10環(huán)境預(yù)測(cè)預(yù)警3.6.10.1系統(tǒng)應(yīng)具備對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中環(huán)保指標(biāo)的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)能力，提前預(yù)判環(huán)保指標(biāo)的變化趨勢(shì)。3.6.10.2可通過(guò)環(huán)保監(jiān)測(cè)指標(biāo)的數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程，調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)，為環(huán)保指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)提供數(shù)據(jù)建議。3.7實(shí)現(xiàn)要求3.7.1系統(tǒng)集成要求3.7.1.1采用微服務(wù)架構(gòu)設(shè)計(jì)，確保各功能模塊可獨(dú)立部署和擴(kuò)展。3.7.1.2建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)中臺(tái)，實(shí)現(xiàn)各模塊間的數(shù)據(jù)共享和業(yè)務(wù)協(xié)同。3.7.1.3應(yīng)能夠與冶煉工廠現(xiàn)有的企業(yè)資源規(guī)劃（ERP）、制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）、過(guò)程控制系統(tǒng)（PCS）等信息系統(tǒng)進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和業(yè)務(wù)協(xié)同。系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)接口應(yīng)符合相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸和交互。3.7.1.4應(yīng)支持與智能安防系統(tǒng)、智能能源管理系統(tǒng)、智能物流系統(tǒng)等其他智能化系統(tǒng)的集成，實(shí)現(xiàn)工廠的全面智能化管理和運(yùn)營(yíng)。3.7.1.5實(shí)現(xiàn)功能模塊的智能化升級(jí)，支持算法和模型的持續(xù)優(yōu)化。3.7.2安全與可靠性要求3.7.2.1應(yīng)采取有效的數(shù)據(jù)安全措施，保護(hù)數(shù)字孿生系統(tǒng)的數(shù)據(jù)不被泄露、篡改和破壞。包括數(shù)據(jù)加密、訪問(wèn)控制、用戶認(rèn)證等技術(shù)手段，確保數(shù)據(jù)的安全性和保密性。3.7.2.2應(yīng)遵循國(guó)家信息安全相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，建立健全信息安全管理制度，加強(qiáng)對(duì)數(shù)字孿生系統(tǒng)的信息安全管理。防止網(wǎng)絡(luò)攻擊、病毒感染等安全事件的發(fā)生，確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。3.7.2.3數(shù)字孿生系統(tǒng)應(yīng)具備高可靠性和穩(wěn)定性，能夠連續(xù)、穩(wěn)定地運(yùn)行。應(yīng)采用冗余設(shè)計(jì)、容錯(cuò)機(jī)制等技術(shù)措施，提高系統(tǒng)的可用性。3.7成熟度等級(jí)宜根據(jù)物理實(shí)體工廠與數(shù)字孿生工廠交互模式與相互作用，將數(shù)字孿生系統(tǒng)成熟度分為虛擬建模、以虛映實(shí)、雙向交互、智能管控、自主演化等五個(gè)等級(jí)。一級(jí)（L0虛擬建模）：數(shù)字孿生模型從幾何、物理、行為和規(guī)則等維度對(duì)物理實(shí)體進(jìn)行描述，可代替物理實(shí)體進(jìn)行仿真分析或?qū)嶒?yàn)驗(yàn)證，但模型與物理實(shí)體無(wú)法直接數(shù)據(jù)交換實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)交互，主要依賴人介入實(shí)現(xiàn)間接虛實(shí)交互。二級(jí)（L1單向映射）：基于單向數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸實(shí)現(xiàn)數(shù)字實(shí)體動(dòng)態(tài)跟隨目標(biāo)實(shí)體的運(yùn)行過(guò)程。數(shù)字孿生模型由真實(shí)且具有時(shí)效性的物理實(shí)體相關(guān)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)運(yùn)行，能同步直觀呈現(xiàn)與物理實(shí)體相同的運(yùn)行狀態(tài)和過(guò)程，輸出相同結(jié)果，但對(duì)物理實(shí)體的操作和管控仍依賴現(xiàn)場(chǎng)人員直接介入，無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程可視化