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團體標準

T/CPUMTXXXX—XXXX

工業(yè)數(shù)字孿生數(shù)字模型與數(shù)據(jù)集成交換要

求

Industrialdigitaltwin——Digitalmodelsanddataintegrationandexchange

requirements

征求意見稿

完成時間：2024年10月8日

在提交反饋意見時，請將您知道的相關(guān)專利連同支持性文件一并附上。

XXXX-XX-XX發(fā)布XXXX-XX-XX實施

中國和平利用軍工技術(shù)協(xié)會發(fā)布

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工業(yè)數(shù)字孿生數(shù)字模型與數(shù)據(jù)集成交換要求

1范圍

本文件給出了工業(yè)數(shù)字孿生的數(shù)據(jù)交換基本框架，規(guī)定了工業(yè)數(shù)字孿生的數(shù)字模型、數(shù)據(jù)集成交換

要求等。

本文件適用于工業(yè)領(lǐng)域數(shù)字孿生系統(tǒng)，數(shù)字模型與數(shù)據(jù)集成的設(shè)計、開發(fā)、應(yīng)用等活動。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(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/T14213初始圖形交換規(guī)范

GB/T16656.203工業(yè)自動化系統(tǒng)與集成產(chǎn)品數(shù)據(jù)表達與交換第203部分：應(yīng)用協(xié)議：配置控制設(shè)

計

GB/T43441.1信息技術(shù)數(shù)字孿生第1部分：通用要求

T/CPUMTAAAA工業(yè)數(shù)字孿生總體框架

3術(shù)語和定義

GB/T43441.1界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。

3.1

數(shù)字孿生體digitaltwin

以數(shù)字模型為基礎(chǔ)，充分利用傳感器更新和運行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學(xué)科、多物理量、多尺度、多

概率的仿真過程，形成實體裝備在虛擬空間中數(shù)字映射。

3.2

數(shù)字模型digitalmodel

將系統(tǒng)、實體、現(xiàn)象、過程、知識、業(yè)務(wù)、機理等轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C可識別、處理、分析與應(yīng)用的數(shù)字

化表達。

3.3

數(shù)據(jù)交換dataexchange

按照約定的數(shù)據(jù)格式在系統(tǒng)之間進行的產(chǎn)品數(shù)據(jù)交流或共享。

4數(shù)字模型

4.1概述

綜合考慮工業(yè)數(shù)字孿生體多物理、多階段、多學(xué)科、多尺度、多層次、動態(tài)化等特征，以業(yè)務(wù)應(yīng)用

為牽引，模型數(shù)據(jù)為核心，工具手段為支撐，可信環(huán)境為依托，構(gòu)建工業(yè)數(shù)字孿生領(lǐng)域數(shù)字模型，模型

按照工業(yè)產(chǎn)品開發(fā)階段應(yīng)分為需求設(shè)計模型、生產(chǎn)制造模型及運維服務(wù)模型。模型間通過接口調(diào)用、信

息交換、數(shù)據(jù)映射等方式，實現(xiàn)需求設(shè)計、運維服務(wù)、生產(chǎn)制造等數(shù)字模型的關(guān)聯(lián)傳遞。

工業(yè)數(shù)字孿生數(shù)據(jù)交換典型場景案例見附錄A。

4.2需求設(shè)計模型

4.2.1適用場景

需求設(shè)計模型主要適用于工業(yè)產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計階段，以覆蓋產(chǎn)品需求分析及產(chǎn)品設(shè)計工作，應(yīng)配合需

求分析、概念設(shè)計、詳細設(shè)計等業(yè)務(wù)流程，完善細化產(chǎn)品需求及設(shè)計方案。

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——在需求分析階段應(yīng)對工業(yè)產(chǎn)品的應(yīng)用背景、概念方案、參數(shù)指標、通用性要求、試驗需求進

行數(shù)字化描述，向下傳遞概念方案、參數(shù)指標、通用性要求等模型中要素，支撐產(chǎn)品多方案

尋優(yōu)，準確把控需求。

——在產(chǎn)品設(shè)計階段應(yīng)對產(chǎn)品設(shè)計要求、方案可行性、產(chǎn)品功能性能、物理結(jié)構(gòu)等進行數(shù)字化描

述，向下傳遞物理結(jié)構(gòu)中的要素，支撐工業(yè)產(chǎn)品方案快速設(shè)計、虛擬仿真與初期評估，實現(xiàn)

設(shè)計迭代尋優(yōu)。

4.2.2分類及描述

根據(jù)工業(yè)產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計流程，需求設(shè)計模型應(yīng)涵蓋需求分析模型及產(chǎn)品設(shè)計模型。

a)需求分析模型

需求分析模型需包含應(yīng)用背景模型、參數(shù)指標模型、通用性要求模型、概念方案模型及試驗需求模

型：

1)應(yīng)用背景模型：應(yīng)描述工業(yè)產(chǎn)品的使用背景、使用需求、功能需求，包括在實際使用過

程中經(jīng)歷的工作場景、工作環(huán)境、人機交互等，包括需求背景、使用要求、使用流程、

工作環(huán)境、人機交互；

2)參數(shù)指標模型：應(yīng)描述工業(yè)產(chǎn)品的功能性能指標參數(shù)，具體情況根據(jù)工業(yè)產(chǎn)品功能需求

確定；

3)通用性要求模型：應(yīng)描述工業(yè)產(chǎn)品開發(fā)過程中必須滿足的特性，包括可靠性、維修性、

測試性、保障性、安全性、環(huán)境適應(yīng)性等；

4)概念方案模型：應(yīng)描述產(chǎn)品在產(chǎn)品設(shè)計過程中的結(jié)構(gòu)與接口關(guān)系，包括產(chǎn)品組成、產(chǎn)品

各模塊間的功能邏輯、主要約束、數(shù)據(jù)交互接口、物理拓撲等。

5)試驗需求模型：應(yīng)描述產(chǎn)品在全壽命周期過程中需開展的試驗，包括產(chǎn)品功能驗證、性

能驗證、系統(tǒng)聯(lián)試，從而驗證工業(yè)產(chǎn)品在功能、性能等各方面能滿足使用場景及需求情

況。

b)產(chǎn)品設(shè)計模型

產(chǎn)品設(shè)計模型應(yīng)包括設(shè)計要求模型、可行性模型、功能模型、性能模型及物理模型：

1)設(shè)計要求模型：應(yīng)基于需求分析模型將產(chǎn)品需求分析結(jié)果轉(zhuǎn)化為實際的產(chǎn)品設(shè)計要求供

后續(xù)設(shè)計中對照，包括功能要求、性能要求、集成接口要求、通用性要求、測試驗證要

求；

2)可行性模型：在產(chǎn)品設(shè)計過程中應(yīng)采用可行性模型對設(shè)計可行性評估，應(yīng)包含技術(shù)實現(xiàn)

可行性評估和財務(wù)可行性評估。技術(shù)實現(xiàn)可行性評估應(yīng)考慮物料、工藝、設(shè)備、質(zhì)量等

方面、財務(wù)可行性評估應(yīng)考慮成本、產(chǎn)能、利潤等方面；

3)功能模型：對標設(shè)計要求模型中的功能要求，功能模型應(yīng)描述產(chǎn)品功能與功能要求的匹

配程度，需包括系統(tǒng)架構(gòu)、功能組成及功能描述；

4)性能模型：對標設(shè)計要求模型中的性能要求，性能模型應(yīng)描述產(chǎn)品在電磁、材料、力熱、

聲光、控制等學(xué)科特性，需包括單學(xué)科性能仿真模型、多學(xué)科聯(lián)合仿真模型和通用性分

析模型；

5)物理模型：基于各設(shè)計模型，面向產(chǎn)品生產(chǎn)制造，物理模型應(yīng)描述產(chǎn)品幾何特性及物理

特性等，需包含產(chǎn)品幾何設(shè)計模型、硬件拓撲模型、工藝設(shè)計模型、物料清單。

4.2.3模型要素

工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計需求模型應(yīng)具備的具體要素組成見表1。

表1工業(yè)產(chǎn)品需求設(shè)計模型要素組成

模型種類模型名稱模型要素組成

需求背景

使用要求

需求分析模型應(yīng)用背景模型

使用流程

工作環(huán)境

2

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人機交互

參數(shù)指標模型視產(chǎn)品功能確定

可靠性

維修性

保障性

通用性要求模型測試性

安全性

環(huán)境適應(yīng)性

電磁兼容性

產(chǎn)品組成

功能邏輯

概念方案模型

拓撲關(guān)系

接口關(guān)系

功能試驗需求

試驗需求模型性能試驗需求

系統(tǒng)聯(lián)試需求

功能要求

性能要求

設(shè)計要求模型集成接口要求

通用性要求

測試驗證要求

物料可行性

工藝可行性

設(shè)備可行性

可行性模型質(zhì)量可行性

成本可行性

產(chǎn)能可行性

產(chǎn)品設(shè)計模型

利潤可行性

產(chǎn)品系統(tǒng)架構(gòu)

功能模型功能組成

功能描述

單學(xué)科性能仿真模型

性能模型多學(xué)科性能仿真模型

通用性分析模型

幾何設(shè)計模型

硬件拓撲模型

物理模型

工藝設(shè)計模型

物料清單

4.3生產(chǎn)制造模型

4.3.1適用場景

生產(chǎn)制造模型主要適用于工業(yè)產(chǎn)品研制生產(chǎn)階段，應(yīng)對工業(yè)設(shè)計、制造過程進行數(shù)字化描述，向下

傳遞質(zhì)量、制造過程中的模型要素，支撐產(chǎn)品虛擬加工、裝配、虛實結(jié)合的測試驗證，實現(xiàn)高質(zhì)量、低

成本生產(chǎn)制造。生產(chǎn)制造模型應(yīng)包括工藝規(guī)劃、詳細工藝設(shè)計、產(chǎn)品制造裝配、生產(chǎn)進度管控、出廠質(zhì)

量檢驗、備料及物流運輸?shù)葮I(yè)務(wù)流程，來描述生產(chǎn)制造數(shù)字模型的種類、要素組成。

4.3.2分類及描述

依據(jù)工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)制造流程，生產(chǎn)制造模型應(yīng)分為工藝技術(shù)模型及制造過程模型。

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a)工藝技術(shù)模型

需依據(jù)需求設(shè)計模型成果，描述產(chǎn)品組件的工藝設(shè)計、仿真過程及結(jié)果，應(yīng)包括產(chǎn)品開發(fā)所需的物

料清單、工藝清單、工藝方案、工藝規(guī)劃、工藝仿真。

b)制造過程模型

需依據(jù)工藝技術(shù)模型成果，描述系統(tǒng)或產(chǎn)品組件生產(chǎn)制造過程中的活動分解、制造步驟、工作狀態(tài)

及狀態(tài)間切換，應(yīng)包括裝配清單、物料庫存模型、供應(yīng)鏈模型、制造過程記錄、質(zhì)量檢驗。

4.3.3模型要素

工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)制造模型應(yīng)具備的要素組成見表2。

表2工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)制造模型要素組成

模型種類模型名稱模型要素組成

物料清單

工藝清單

工藝技術(shù)模型工藝方案

工藝規(guī)劃

工藝仿真

生產(chǎn)制造模型裝配清單

物料庫存模型

制造過程模型供應(yīng)鏈模型

制造過程記錄

質(zhì)量檢驗結(jié)果

4.4運維服務(wù)模型

4.4.1適用場景

運維服務(wù)模型主要適用于交付運維階段，應(yīng)在生產(chǎn)制造模型上根據(jù)用戶需求調(diào)整要素，同時應(yīng)添加

交付狀態(tài)、保障要求、使用方式、維修特性等要素，以支撐虛實結(jié)合的功能性能試驗，不斷迭代數(shù)字模

型準確度，實現(xiàn)實體與數(shù)字產(chǎn)品同步交付。而后應(yīng)描述交付后的產(chǎn)品進行技術(shù)狀態(tài)管理、運行維護、故

障處置、產(chǎn)品升級、報廢回收等信息，并通過虛實交互實現(xiàn)數(shù)字孿生體與實體產(chǎn)品間的數(shù)據(jù)交互。

4.4.2分類及描述

運維服務(wù)模型應(yīng)包括產(chǎn)品構(gòu)成模型、產(chǎn)品特性模型及產(chǎn)品運用保障模型。

a)產(chǎn)品構(gòu)成模型

應(yīng)描述工業(yè)產(chǎn)品的組成、布局情況，包括總體布局、產(chǎn)品組成、交付產(chǎn)品清單。

b)產(chǎn)品特性模型

應(yīng)描述工業(yè)產(chǎn)品功能性能特性、目標特性和通用性特性等。

c)產(chǎn)品運用保障模型

應(yīng)描述工業(yè)產(chǎn)品從交付到報廢處置全過程的技術(shù)狀態(tài)管理、運行維護、維修保障、數(shù)模聯(lián)動、報廢

措施等相關(guān)業(yè)務(wù)信息，確保工業(yè)產(chǎn)品穩(wěn)定運行。

4.4.3模型要素

工業(yè)設(shè)備運維服務(wù)應(yīng)具備的模型要素組成見表3。

表3工業(yè)產(chǎn)品運維服務(wù)模型要素組成

模型種類模型名稱模型要素組成

總體布局

產(chǎn)品構(gòu)成模型產(chǎn)品組成

運維服務(wù)模型交付產(chǎn)品清單

功能性能特性

產(chǎn)品特性模型

目標特性

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通用性特性

操作使用

運行維護

維修保障

產(chǎn)品運用保障模型保障物料清單

運行仿真模型

數(shù)模聯(lián)動模型

報廢措施

5數(shù)據(jù)集成交換要求

5.1數(shù)據(jù)交換方式

a)直接交換

工業(yè)數(shù)字孿生系統(tǒng)應(yīng)支持通過軟件系統(tǒng)的集成數(shù)據(jù)接口進行數(shù)據(jù)交換。直接交換應(yīng)能實現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)

無縫從一個應(yīng)用流入到另一個應(yīng)用，一般不需要人工干預(yù)，為直接的、非交互的自動數(shù)據(jù)交換方式。同

一軟件系統(tǒng)的不同版本之間的數(shù)據(jù)交換通常采用直接交換方式。

b)間接交換

支持通過中間工具、文件進行數(shù)據(jù)交換。間接交換應(yīng)提供一種獨立于應(yīng)用系統(tǒng)的機制來描述產(chǎn)品數(shù)

據(jù)，一般用于解決跨平臺異構(gòu)應(yīng)用系統(tǒng)、異構(gòu)數(shù)據(jù)庫或獨立網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享與集成。不同系統(tǒng)

間三維模型的數(shù)據(jù)交換應(yīng)符合GB/T16656.203、GB/T14213格式要求。

5.2傳遞接口要求

數(shù)字孿生系統(tǒng)之間進行數(shù)據(jù)交換時，數(shù)據(jù)傳輸接口應(yīng)符合下列要求：

a)數(shù)據(jù)格式規(guī)范化：接口應(yīng)采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，以確保數(shù)據(jù)在不同系統(tǒng)、不同平臺間的互通

性；

b)傳輸協(xié)議規(guī)范化：接口應(yīng)采用標準的傳輸協(xié)議，以確保數(shù)據(jù)安全、快速地傳輸；

c)數(shù)據(jù)安全性要求：接口應(yīng)具備安全性，具備完善的安全機制和措施保證數(shù)據(jù)在傳輸過程中的

完整和安全，防止數(shù)據(jù)被非法獲取、篡改或破壞；

d)數(shù)據(jù)交換可查性：通過接口執(zhí)行的數(shù)據(jù)交換動作應(yīng)支持數(shù)據(jù)追溯，在數(shù)據(jù)交互過程中應(yīng)進行

跟蹤和記錄；

e)接口可擴充性要求：接口應(yīng)支持可擴充性，以滿足未來業(yè)務(wù)需求的變化；

f)接口性能要求：接口應(yīng)具備高性能，以支持大數(shù)據(jù)量、高并發(fā)的數(shù)據(jù)處理，確保實體產(chǎn)品與

數(shù)字孿生產(chǎn)品間的數(shù)據(jù)實時交互處理；

g)文檔規(guī)范化要求：接口應(yīng)具有詳細、準確、規(guī)范的說明文檔，以方便用戶了解和使用接口。

5.3集成交換關(guān)系

集成交換關(guān)系描述需求設(shè)計模型、生產(chǎn)制造模型、運維服務(wù)模型各階段數(shù)字模型集成交換流程，數(shù)

據(jù)檢查要求，以及數(shù)據(jù)發(fā)送方及接收方的職責(zé)。為確保工業(yè)產(chǎn)品模型的權(quán)威性與一致性，全壽命周期間

的數(shù)字模型間的集成交互關(guān)系主要包含正向傳遞和反饋迭代。

工業(yè)產(chǎn)品數(shù)字模型集成交換關(guān)系見圖1。數(shù)字模型間集成交換示例見附錄B。

5

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方案論證研制生產(chǎn)交付運維

需求設(shè)計模型生產(chǎn)制造模型運維服務(wù)模型

概念方案幾何設(shè)計制造過程記錄

需求參數(shù)指標產(chǎn)品工藝設(shè)計生產(chǎn)裝配清單運維

分析設(shè)計制造服務(wù)

實作物料清單模型

模型通用性要求模型流程設(shè)計模型

供應(yīng)鏈

試驗需求工程物料清單

使用手冊

問題反饋

功能實現(xiàn)

設(shè)計方案

圖1工業(yè)產(chǎn)品數(shù)字模型集成交互關(guān)系

a)需求設(shè)計模型要素交互關(guān)系

工業(yè)產(chǎn)品需求設(shè)計模型中包括需求分析模型和產(chǎn)品設(shè)計模型。需求分析模型中的相關(guān)要素向產(chǎn)品設(shè)

計模型傳遞，作為產(chǎn)品設(shè)計模型的輸入，確保產(chǎn)品設(shè)計方案緊貼產(chǎn)品需求，應(yīng)涵蓋產(chǎn)品的概念方案、參

數(shù)指標、通用性要求及試驗需求等；同時產(chǎn)品設(shè)計模型向生產(chǎn)制造模型傳輸工藝、幾何、流程等設(shè)計方

案及相關(guān)工程物料，支撐后續(xù)開展工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)制造。

b)生產(chǎn)制造模型要素交互關(guān)系

工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)制造模型接收來自需求設(shè)計模型中的相關(guān)輸入要素，如幾何、工業(yè)、流程等設(shè)計方案

及工程物料清單等，作為研制生產(chǎn)的依據(jù)；同時將研制生產(chǎn)環(huán)節(jié)模型要素向后傳遞，作為運維服務(wù)模型

的輸入，支撐運維服務(wù)模型構(gòu)建；生產(chǎn)制造模型應(yīng)支持對研制生產(chǎn)過程中暴露的問題進行記錄，反饋給

產(chǎn)品設(shè)計模型，用于對產(chǎn)品設(shè)計方案進行修改完善。

c)運維服務(wù)模型要素交互關(guān)系

運維服務(wù)模型中的相關(guān)模型要素源自需求設(shè)計模型及生產(chǎn)制造模型，主要包含制造過程記錄、裝配

清單、物料清單、使用手冊等內(nèi)容，根據(jù)產(chǎn)品功能和需求，做好產(chǎn)品的運維保障。同時應(yīng)支持對運維過

程中暴露的問題反饋給產(chǎn)品設(shè)計模型，用于支持產(chǎn)品設(shè)計迭代更新。

6

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A

A

附錄A

（資料性）

工業(yè)數(shù)字孿生數(shù)據(jù)交換典型場景案例

為解決三維可視化監(jiān)控缺乏、裝備故障多且難以預(yù)測處置、物流作業(yè)策略缺乏自適應(yīng)調(diào)度、遠程運

維難等問題，北京航空航天大學(xué)數(shù)字孿生智造團隊與北自所（北京）科技發(fā)展股份有限公司面向紡織車

間中生產(chǎn)裝備多、占地面積大、工序長、轉(zhuǎn)運流程多的場景，聯(lián)合開發(fā)了紡織車間物流數(shù)字孿生系統(tǒng)。

系統(tǒng)具備孿生模型構(gòu)建、孿生數(shù)據(jù)處理、數(shù)實物聯(lián)網(wǎng)（IOT）連接、虛實交互配置、算法調(diào)用適配和多

維可視化等功能。

a)數(shù)字孿生車間體系架構(gòu)

根據(jù)實際數(shù)字孿生車間情況，構(gòu)建數(shù)字孿生車間體系架構(gòu)，包含物理車間、虛擬車間、車間孿生數(shù)

據(jù)、車間服務(wù)系統(tǒng)及其之間的交互路徑五部分構(gòu)成，其中前四部分應(yīng)具備基于交互路徑進行實時數(shù)據(jù)交

互能力，以間接實現(xiàn)物理車間與車間孿生模型的動態(tài)狀態(tài)映射。數(shù)字孿生車間體系架構(gòu)見圖A.1。

圖A.1數(shù)字孿生車間體系架構(gòu)

b)模型構(gòu)建

——首先針對物理車間進行基礎(chǔ)模型的構(gòu)建，根據(jù)物理對象的實際需求，從多領(lǐng)域多維度等方面

構(gòu)建相應(yīng)的幾何、物理、行為、規(guī)則與機械、電氣、液壓等模型。構(gòu)建的模型應(yīng)進行驗證以

確保其正確性、準確性。若當(dāng)前的模型不能滿足需求，需進行模型校正，并對校正后的模型

重新進行驗證，直到能滿足物理對象的刻畫需求；

——其次，利用空間維度對幾何模型進行組裝實現(xiàn)從設(shè)備到產(chǎn)線，再到車間的幾何模型構(gòu)建，組

裝后的模型需驗證其空間關(guān)系是否正確；

——隨后，考慮模型之間的耦合關(guān)系，將各學(xué)科各領(lǐng)域的模型進行融合以全面刻畫車間設(shè)備健康

特征、產(chǎn)線任務(wù)執(zhí)行情況、車間運行狀態(tài)。融合后的模型需再次進行驗證以確保融合方式以

及融合過程的正確性。

——最后，將各類模型進行分類管理以方便車間的各項應(yīng)用。

理想情況下的數(shù)字孿生車間包含以上所有流程，在實際應(yīng)用實踐構(gòu)成中需根據(jù)車間的實際需求進行

調(diào)整與取舍。

c)數(shù)模聯(lián)動

數(shù)字孿生車間數(shù)模聯(lián)動包括“幾何-物理-行為-規(guī)則”多維度模型數(shù)模聯(lián)動規(guī)則，多領(lǐng)域模型數(shù)模

聯(lián)動規(guī)則，“設(shè)備-產(chǎn)線-車間”多層級模型數(shù)模聯(lián)動規(guī)則以及車間生產(chǎn)過程模型數(shù)模聯(lián)動規(guī)則。物理車

間應(yīng)接入互聯(lián)互通網(wǎng)絡(luò)，通過通信協(xié)議實現(xiàn)物理車間采集數(shù)據(jù)與數(shù)字孿生車間模型的交互。面向模型運

行過程，數(shù)字孿生車間應(yīng)對輸入設(shè)備采集到的物理車間數(shù)據(jù)進行處理，并驅(qū)動數(shù)字孿生車間模型運行。

7

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根據(jù)車間運行需求，數(shù)字孿生車間應(yīng)生成控制指令并輸出給物理車間，由物理車間執(zhí)行控制指令。數(shù)模

聯(lián)動流程包括模型初始化和模型實時驅(qū)動。

——模型初始化：選取模型驅(qū)動數(shù)據(jù)對數(shù)字孿生車間模型賦初始值，實現(xiàn)數(shù)字孿生車間模型初始

狀態(tài)與物理車間當(dāng)前狀態(tài)一致。

——模型實時驅(qū)動：負責(zé)選擇模型驅(qū)動數(shù)據(jù)對數(shù)字孿生車間模型進行連續(xù)性賦值，實現(xiàn)數(shù)字孿生

車間模型的動態(tài)運行。

數(shù)模聯(lián)動依托虛實映射模塊、數(shù)模聯(lián)動模塊、模型校正模塊和交互控制模塊實現(xiàn)，數(shù)字孿生車間運

行過程中的數(shù)模聯(lián)動見圖A.2。

——虛實映射模塊根據(jù)輸入的模型驅(qū)動數(shù)據(jù)實時映射物理車間狀態(tài)。

——數(shù)模聯(lián)動模塊選取數(shù)字孿生車間模型的驅(qū)動數(shù)據(jù)并驅(qū)動數(shù)字孿生車間模型運行。

——模型校正模塊對模型的動態(tài)進行校驗與修正。通過驗證模型準確度并修正模型偏差參數(shù)，實

現(xiàn)模型的動態(tài)精準運行。

——交互控制模塊應(yīng)根據(jù)車間運行需求做出決策方案，并據(jù)此向物理車間下達控制指令。

數(shù)字孿生車間模型

虛實映射

物理車間數(shù)模聯(lián)動模型校正

交互控制

圖A.2數(shù)字孿生車間運行過程中的數(shù)模聯(lián)動

d)數(shù)字孿生車間功能場景

1)三維可視化監(jiān)控與交互

基于開發(fā)的孿生模型配置器、通信協(xié)議配置器及數(shù)模關(guān)聯(lián)配置器，支持物流產(chǎn)線模型、數(shù)據(jù)、協(xié)議

可配置搭建，實現(xiàn)虛擬產(chǎn)線、物理產(chǎn)線的高保真實時同步，進而實現(xiàn)物流產(chǎn)線“落卷—轉(zhuǎn)運—包裝—立

庫”全過程三維可視化監(jiān)控與交互；

2)典型物流裝備故障診斷與預(yù)測

基于開發(fā)的孿生數(shù)據(jù)處理及實際的車間運行數(shù)據(jù)，提取典型物流裝備故障數(shù)據(jù)特征，結(jié)合故障預(yù)測

算法，實現(xiàn)典型物流裝備的故障診斷與預(yù)測；

3)復(fù)雜作業(yè)策略調(diào)度優(yōu)化

構(gòu)建物流車間落卷、轉(zhuǎn)運、包裝、倉儲環(huán)節(jié)的運行工藝模型，設(shè)計不同環(huán)節(jié)的運行調(diào)度優(yōu)化算法，

支持物流產(chǎn)線高效率穩(wěn)定運行；

4)基于增強現(xiàn)實（AR）的遠程運維

通過調(diào)用、配置多種可視化插件，以AR形式，實現(xiàn)物流裝備遠程巡檢、視頻通話與維護指導(dǎo)；

5)虛擬培訓(xùn)

通過典型物流裝備虛擬培訓(xùn)功能模塊，實現(xiàn)裝備結(jié)構(gòu)、安裝調(diào)試、檢查維護、安全事項及故障排查

等數(shù)字化、可視化、交互化培訓(xùn)。

8

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附錄B

（資料性）

工業(yè)數(shù)字孿生數(shù)字模型集成交換示例

B.1工業(yè)數(shù)字孿生數(shù)字模型集成交換框架

工業(yè)數(shù)字模型集成交換關(guān)系框架示例見圖B.1，包括交換關(guān)系框架、需求設(shè)計模型要素間、需求設(shè)

計模型與生產(chǎn)制造模型要素間、生產(chǎn)制造模型與運維服務(wù)模型要素間的交互關(guān)系，供后續(xù)搭建工業(yè)數(shù)字

孿生參考。

方案論證研制生產(chǎn)交付運維

需求設(shè)計模型生產(chǎn)制造模型運維服務(wù)模型

需求制造過程記錄

裝配清單

分析應(yīng)用背景模型產(chǎn)品特性模型

模型

參數(shù)指標模型

功能性能特性

通用性特性

通用性要求模型

概念方案模型

試驗需求模型制造過程記錄

供應(yīng)鏈模型

質(zhì)量檢驗結(jié)果

概念方案通用性要求制造過程模型產(chǎn)品運用保障模型

參數(shù)指標試驗需求

產(chǎn)品設(shè)計要求模型

設(shè)計

功能要求

接口要求通

性能要求

模型用質(zhì)量實作

總體布局模型

性檢驗物料

制造物料清單交付物料清單

可行性模型要工藝規(guī)劃模型結(jié)果清單

求

功能組成

功能描述

功能模型系

功能組成統(tǒng)工藝技術(shù)模型產(chǎn)品構(gòu)成模型

功能描述架

構(gòu)幾何設(shè)

性能模型計模型

物理功

特征單學(xué)科仿真能工程物

和參多學(xué)科仿真組料清單

數(shù)成

物理模型工藝設(shè)

計模型

功能組成

圖B.1工業(yè)產(chǎn)品數(shù)字模型集成交換關(guān)系框架示例

B.2需求設(shè)計模型要素交互關(guān)系

工業(yè)產(chǎn)品需求設(shè)計模型中包括需求分析模型和產(chǎn)品設(shè)計模型。需求分析模型中的應(yīng)用背景模型、參

數(shù)指標模型、通用性要求模型、概念方案模型、試驗需求模型與產(chǎn)品設(shè)計模型中的設(shè)計要求模型、功能

模型、性能模型、物理模型間的傳遞關(guān)系見表B.1。

表B.1工業(yè)產(chǎn)品需求設(shè)計模型傳遞關(guān)系

傳遞來源傳遞目標

序號

模型分類模型要素模型要素模型分類

1使用要求

2使用流程

應(yīng)用背景模型產(chǎn)品各方面指標參數(shù)指標模型

3工作環(huán)境

4人機交互

5參數(shù)指標模型產(chǎn)品各方面指標技術(shù)指標要求設(shè)計要求模型

6可靠性

7維修性

8通用性要求模型測試性通用性要求設(shè)計要求模型

9保障性

10安全性

9

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11環(huán)境適應(yīng)性

12電磁兼容性

13產(chǎn)品組成硬件拓撲設(shè)計要求模型

拓撲結(jié)構(gòu)

概念方案模型

14功能邏輯產(chǎn)品系統(tǒng)架構(gòu)功能模型

15接口關(guān)系系統(tǒng)接口關(guān)系設(shè)計要求模型

功能、性能、系統(tǒng)聯(lián)試試

16試驗需求模型測試驗證要求設(shè)計要求模型

驗需求

21功能要求功能組成功能模型

22集成接口要求產(chǎn)品系統(tǒng)架構(gòu)功能模型

設(shè)計要求模型

23通用性要求通用性分析模型性能模型

24性能要求性能仿真模型性能模型

幾何設(shè)計模型

產(chǎn)品系統(tǒng)架構(gòu)

硬件拓撲模型

25功能模型功能組成物理模型

工藝設(shè)計模型

功能描述

物料清單

產(chǎn)品系統(tǒng)架構(gòu)

總體布局

26功能模型功能組成產(chǎn)品構(gòu)成模型

產(chǎn)品組成

功能描述

28性能特性產(chǎn)品特性模型

單學(xué)科性能仿真

29目標特性產(chǎn)品特性模型

性能模型

30多學(xué)科性能仿真性能特性產(chǎn)品特性模型

31通用性分析模型通用性特性產(chǎn)品特性模型

工藝清單

32工藝設(shè)計模型工藝方案工藝技術(shù)模型

物理模型工藝規(guī)劃

33物料清單物料清單工藝技術(shù)模型

34幾何設(shè)計、硬件拓撲模型總體布局、交付產(chǎn)品清單產(chǎn)品構(gòu)成模型

B.3生產(chǎn)制造模型要素交互關(guān)系

工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)制造模型中的工藝技術(shù)模型、制造過程模型要素向后傳遞，作為運維服務(wù)模型的部分

輸入，支撐運維服務(wù)模型構(gòu)建；制造過程模型中的質(zhì)量檢驗結(jié)果反饋給模型中的工藝技術(shù)模型，并根據(jù)

質(zhì)量問題分析結(jié)果對物理模型中的幾何設(shè)計模型進行修正，工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)制造模型傳遞關(guān)系見表B.2。

表B.2工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)制造模型傳遞關(guān)系

傳遞來源傳遞目標

序號

模型分類模型要素模型要素模型分類

物料清單

工藝清單裝配清單

1工藝技術(shù)模型工藝方案物料庫存模型制造過程模型

工藝規(guī)劃供應(yīng)鏈模型

工藝仿真

2實作物料清單交付物料清單產(chǎn)品構(gòu)成模型

3制造過程記錄維修保障產(chǎn)品運用保障模型

制造過程模型

4質(zhì)量檢驗結(jié)果維修保障產(chǎn)品運用保障模型

5裝配清單保障物料清單產(chǎn)品運用保障模型

6工藝方案工藝技術(shù)模型

制造過程模型質(zhì)量檢驗結(jié)果

7工藝設(shè)計模型物理模型

B.4運維服務(wù)模型要素交互關(guān)系

運維服務(wù)模型中的產(chǎn)品構(gòu)成模型、特性模型要素源自需求設(shè)計模型及生產(chǎn)制造模型，并向產(chǎn)品運用

保障模型傳遞工業(yè)產(chǎn)品說明及運營保障要求，工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)制造模型傳遞關(guān)系見表B.3

10

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表B.3工業(yè)產(chǎn)品運維服務(wù)模型傳遞關(guān)系

傳遞來源傳遞目標

序號

模型分類模型要素模型要素模型分類

1總體布局、產(chǎn)品組成數(shù)模聯(lián)動模型產(chǎn)品運用保障模型

產(chǎn)品構(gòu)成模型

2產(chǎn)品物料清單保障物料清單產(chǎn)品運用保障模型

3功能性能特性、目標特性操作使用產(chǎn)品運用保障模型

產(chǎn)品特性模型

4通用性特性運行仿真模型產(chǎn)品運用保障模型

11

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參考文獻

[1]GB/T16656.1工業(yè)自動化系統(tǒng)與集成產(chǎn)品數(shù)據(jù)表達與交換

[2]GB/T38672信息技術(shù)大數(shù)據(jù)接口基本要求

[3]GB/T38557.1系統(tǒng)與軟件工程接口與信息交換

[4]HB7833數(shù)字化產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換與傳遞要求

[5]工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)綜合標準化體系建設(shè)指南（2021版）

[6]數(shù)字孿生白皮書（2022版）

[7]數(shù)字孿生工業(yè)軟件白皮書（2023版）

12

《工業(yè)數(shù)字孿生數(shù)字模型與數(shù)據(jù)集成交換要求》（征求意見稿）

編制說明

一、工作簡況

（一）任務(wù)來源

為扎實推進實施軍民標準通用化工程，加強重點領(lǐng)域軍民通用標準制定，中國和平利用軍工技術(shù)協(xié)會

結(jié)合工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實際建設(shè)需求和當(dāng)下發(fā)展趨勢，于2023年2月15日提出了《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺》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)字孿生數(shù)字模型與數(shù)據(jù)集成交換要求》，計劃編號

為：T/CPUMT-P-2023011。

本標準由中國和平利用軍工技術(shù)協(xié)會提出并歸口。

本標準由中國運載火箭技術(shù)研究院裝備綜合保障中心為牽頭單位的起草小組組織起草。

（二）標準制訂的目的

工業(yè)數(shù)字孿生作為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)驅(qū)動的智能優(yōu)化閉環(huán)的核心使能技術(shù)，打通了數(shù)字空間和物理世

界，為企業(yè)開展智能化升級提供了新型應(yīng)用模式。近兩年，國內(nèi)外企業(yè)積極探索數(shù)字孿生在工業(yè)中的應(yīng)用，

在縮短產(chǎn)品研制周期、提高生產(chǎn)效益和設(shè)備運行效率等方面取得良好成效，展現(xiàn)了巨大的賦能潛力與廣闊

的推廣前景。隨著我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略深入實施，部分應(yīng)用企業(yè)已基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)完成了數(shù)字化、

網(wǎng)絡(luò)化改造，少數(shù)頭部企業(yè)渴望通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)開展智能化升級。數(shù)字孿生在工業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)、運維全鏈

條均發(fā)揮重要作用。在研發(fā)階段，數(shù)字孿生能夠通過虛擬調(diào)試加快推動產(chǎn)品研發(fā)低成本試錯。在生產(chǎn)階段，

數(shù)字孿生能夠構(gòu)建實時聯(lián)動的三維可視化工廠，提升工廠一體化管控水平。在運維階段，數(shù)字孿生可以將

仿真技術(shù)與大數(shù)據(jù)技術(shù)結(jié)合，不但能夠知道工廠或設(shè)備“什么時候發(fā)生故障”，還能夠了解“哪里發(fā)生

了故障”，極大提升了運維的安全可靠性。

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(guān)政策文件。國家發(fā)改委“上云用數(shù)賦智”、

科協(xié)“未來十大先進技術(shù)”、工信部“智能船舶標準”均將數(shù)字孿生列為未來發(fā)展關(guān)鍵技術(shù)，上海和海

南在城市規(guī)劃中也提出要打造數(shù)字孿生城市。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(yīng)用企業(yè)積極構(gòu)建三維數(shù)字化工廠，湃?？萍?、摩爾軟件等企業(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(gòu)建虛實聯(lián)動的煙草設(shè)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)字孿生的可視化元素》標準外，

沒有相關(guān)標準針對工業(yè)數(shù)字孿生進行規(guī)范和引導(dǎo)。造成系統(tǒng)沖突、信息不流通、設(shè)備相互間的兼容性和通

用性較差，造成資源浪費等問題，亟需制定相關(guān)標準進行規(guī)范和引導(dǎo)。

近期，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟組織中國信息通信研究院、中國航天科工集團有限公司、中國通信標準化

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(chǔ)共性、網(wǎng)絡(luò)、邊緣計算、平臺、安全、

應(yīng)用共