信息技術 數(shù)字孿生能力成熟度模型

ICS35.240.50CCSL67中華人民共和國國家標準`Informationtechnology—Maturitymodelofdigitaltwincapability（本草案完成時間：2024年6月）在提交反饋意見時，請將您知道的相關專利連同支持性文件一并附上。IGB/TXXXXX—XXXX 2規(guī)范性引用文件 3術語和定義 4縮略語 5成熟度模型構成 6成熟度等級 7成熟度能力要素要求 7.1概述 7.2基礎要素要求 7.2.1模型 7.2.2數(shù)據(jù) 7.2.3交互 7.3應用能力要素要求 7.3.1可視化 7.3.2仿真 7.3.3預測 7.3.4優(yōu)化 7.3.5控制 7.4擴展能力要素要求 7.4.1功能更新 7.4.2系統(tǒng)集成 7.4.3新技術融合 7.5管理能力要素要求 本文件按照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。本文件由全國信息技術標準化技術委員會(SAC/TC28)提出并歸口。本文件起草單位：本文件主要起草人：1GB/TXXXXX—XXXX信息技術數(shù)字孿生能力成熟度模型本文件規(guī)定了數(shù)字孿生能力成熟度模型構成、成熟度等級和成熟度要求。本文件適用于用戶、供應商等利益相關方規(guī)劃、識別和提升數(shù)字孿生系統(tǒng)水平，也適用于第三方機構評估數(shù)字孿生系統(tǒng)水平。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構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/T43441.1-2023信息技術數(shù)字孿生第1部分：通用要求3術語和定義下列術語和定義適用于本文件。3.1實體entity具體或抽象的事物，包括這些事物之間的關聯(lián)。[來源：GB/T43441.1-2023，定義3.1]3.2目標實體targetentity現(xiàn)實世界被選中進行數(shù)字化映射的實體。[來源：GB/T43441.1-2023，定義3.2]3.3數(shù)字實體digitalentity目標實體的數(shù)字化映射。[來源：GB/T43441.1-2023，定義3.3]3.4數(shù)字孿生digitaltwin具有保證物理狀態(tài)和虛擬狀態(tài)之間以適當速率和精度同步的數(shù)據(jù)連接的特定目標實體的數(shù)字化表達。[來源：GB/T43441.1-2023，定義3.4]3.5幾何模型geometricmodel用于描述目標實體外形、內部結構、尺寸大小和空間位置的模型。3.6物理模型physicalmodel2用于描述目標對實體物理屬性和運行機理的模型。3.7行為模型behaviormodel用于描述目標實體狀態(tài)轉移、屬性變化和響應機制的模型。3.8規(guī)則模型rulemodel用于描述目標實體相關規(guī)律、規(guī)則、標準、準則和約束的模型。3.9數(shù)字孿生系統(tǒng)digitaltwinsystem基于數(shù)據(jù)驅動來實現(xiàn)目標實體與數(shù)字實體間各要素動態(tài)迭代的系統(tǒng)。注：數(shù)字孿生系統(tǒng)由目標實體、數(shù)字實體,兩者之間的數(shù)據(jù)連接以及數(shù)據(jù)連接過程中涉及的模型、數(shù)據(jù)和接口等要[來源：GB/T43441.1-2023，定義3.5]3.10功能重構functionreconfiguration對現(xiàn)有功能進行的組合、拆解、增強和選擇性裁剪操作。4縮略語下列縮略語適用于本文件。MR：混合現(xiàn)實（MixedReality）VR：虛擬現(xiàn)實（VirtualReality）5成熟度模型構成數(shù)字孿生能力成熟度模型由能力域、成熟度等級和成熟度要求構成，能力域由能力子域組成，能力子域由能力要素組成。其中，能力域包括基礎能力、應用能力、擴展能力和管理能力等4項；系統(tǒng)集成、新技術融合2個能力要素直接從屬于擴展能力域，安全管理、資源管理2個能力要素直接從屬于管理能力域，其余20個能力要素從屬于對應的能力子域。見圖1。模型給出5個成熟度等級。見第6條。每個成熟度等級由相應的能力要素及其要求予以衡量。見第7條。3GB/TXXXXX—XXXX圖1成熟度模型6成熟度等級數(shù)字孿生能力成熟度等級分為五個等級，自低向高分別為：一級（虛擬建模）、二級（以虛映實）、三級（雙向交互）、四級（智能管控）、五級（自主演化）。各層級呈遞進關系，較高層級涵蓋了較低層級的各項能力要素要求。五個成熟度等級基本含義如下：——一級（虛擬建模）：利用建模技術實現(xiàn)對目標實體結構外觀、屬性特征、能力、行為等的定義與數(shù)字化描述?！墸ㄒ蕴撚硨崳夯趩蜗驍?shù)據(jù)實時傳輸實現(xiàn)數(shù)字實體動態(tài)跟隨目標實體的運行過程?！墸p向交互）：基于雙向數(shù)據(jù)實時傳輸實現(xiàn)數(shù)字實體與目標實體間的雙向交互，即可實現(xiàn)數(shù)字實體對目標實體運行過程的實時監(jiān)測與管控。——四級（智能管控）：基于數(shù)字實體實現(xiàn)對目標實體的預測性分析和智能決策，實現(xiàn)對目標實體的智能管控?！寮墸ㄗ灾餮莼簩崿F(xiàn)數(shù)字實體和目標實體在全生命周期中的自主學習和迭代優(yōu)化。各個成熟度等級覆蓋有不同的能力要素，并且對所覆蓋的能力要素有不同的要求。見第7條。7成熟度要求7.1概述本條中，按圖1的能力要素逐條描述各個成熟度等級對應的要求。用列表形式給出不同成熟度等級下的能力要素要求。列表最左邊一列是能力子域或能力域下面的能力要素。每個能力要素名稱右邊一行給出等級對應的成熟度要求。給出的要求可能是一對一，即該要求只適用于某一個成熟度等級；也可能是一對多，即該要求適用于兩個或更多個成熟度等級。7.2基礎能力要求7.2.1模型模型能力子域包括模型精度、模型種類和可復用性3個能力要素。相應等級的成熟度要求見表1。4表1模型能力子域的成熟度要求a)構建出的模型應能夠精準描述目標實體幾何結b)構建出的模型應能夠精準描述目標實體幾何、物理、行為、規(guī)則7.2.2數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)能力子域包括數(shù)據(jù)獲取和數(shù)據(jù)處理2個能力要素。相應等級的成熟度要求見表2。表2數(shù)據(jù)能力子域的成熟度要求a)應具備人工手動獲取b)應具備獲取目標實體c)應具備從歷史運行過程或經(jīng)驗中獲取數(shù)據(jù)a)應具備利用傳感器自動獲b)應具備獲取目標實體運行a)應具備獲取數(shù)字實體運行過程b)應具備獲取目標實體與數(shù)字實a)應能具備獲取目標實體全生命周b)應具備獲取數(shù)字孿生系統(tǒng)外部數(shù)a)應具備人工方式辨識a)數(shù)據(jù)處理正確率與速度應滿足a)應具備基于歷史數(shù)據(jù)實時提取特源、不同格式數(shù)據(jù)的能對目標實體進行實時管控的需a)應具備實時解析、歸類、存儲和b)應具備明確現(xiàn)有數(shù)據(jù)b)應具備基于歷史數(shù)據(jù)和當前數(shù)據(jù)b)應具備通過實時分析目標b)應具備通過實時分析數(shù)字實5GB/TXXXXX—XXXX實體運行數(shù)據(jù)，將其轉化為數(shù)字實體所需輸入?yún)?shù)體運行數(shù)據(jù)，生成目標實體c)應具備實時分析和拆解復雜管控7.2.3交互交互能力子域包括連接能力和實時性2個能力要素。相應等級的成熟度要求見表3。表3交互能力子域的成熟度要求性7.3應用能力要求7.3.1可視化可視化能力子域包括可視化內容和可視化方式2個能力要素。相應等級的成熟度要求見表4。表4可視化能力子域的成熟度要求容a)應支持模型基礎信息的呈現(xiàn)，包含但不限于數(shù)據(jù)標簽、標識信息a)應支持對目標實體管控結果的a)應支持對預測結果的實時呈現(xiàn)；b)應支持對優(yōu)化結果的呈現(xiàn)；c)應支持對管控方案實施過程的呈現(xiàn)a)應支持對演化內容的呈現(xiàn)，包括6式a)應支持2D或3D可視化a)應支持將動態(tài)數(shù)據(jù)、模型信息和模型變化過程等進行聯(lián)動顯示；b)應支持根據(jù)可視化需求調整呈現(xiàn)方式7.3.2仿真仿真能力子域包括仿真精度和仿真速度2個能力要素。相應等級的成熟度要求見表5。表5仿真能力子域的成熟度要求a)應滿足對目標實體進行仿真分析的基本需求a)應滿足實時決策對于預測內容精a)應保證唯一仿真結果與實際運行結果一致，或實際運行結果與多a)應滿足實時決策對于預測仿真速a)應大于目標實體實際演化的速度7.3.3預測預測能力子域包括預測精度、預測時長和參數(shù)規(guī)模3個能力要素。相應等級的成熟度要求見表6。表6預測能力子域的成熟度要求a)應具備基于真實的動態(tài)數(shù)據(jù)進行b)應具備基于歷史數(shù)據(jù)和模型進行a)應具備基于歷史數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)、現(xiàn)有知識、現(xiàn)有模型對目標實體的狀態(tài)、性能、運行過程和a)應能基于動態(tài)數(shù)據(jù)進行秒級預b)預測時長應不少于智能決策與管a)應能基于動態(tài)數(shù)據(jù)進行分鐘級預b)預測時長應不少于目標實體與數(shù)字實體演化過程趨于平穩(wěn)所需的7GB/TXXXXX—XXXXa)應包括大部分與管控需求相關的a)應包括數(shù)字孿生系統(tǒng)中全部已明7.3.4優(yōu)化優(yōu)化能力子域包括優(yōu)化內容和優(yōu)化程度2個能力要素。相應等級的成熟度要求見表7。表7優(yōu)化能力子域的成熟度要求a)應包括被管控實體在未來一段時a)應包括數(shù)字孿生系統(tǒng)在未來一段b)應包括數(shù)字孿生系統(tǒng)在未來一段c)應包括使數(shù)字孿生系統(tǒng)在未來一段時間內組成和結構按照預期變a)應優(yōu)于被管控實體依據(jù)原方案運b)應不顯著影響除被管控實體以外a)應優(yōu)于數(shù)字孿生系統(tǒng)依據(jù)原方案7.3.5控制控制能力子域包括控制目標實體和控制數(shù)字實體2個能力要素。相應等級的成熟度要求見表8。表8控制能力子域的成熟度要求a)可基于人工操作的形式控制和配置目標實體a)可基于對數(shù)字實體的虛擬控制b)控制精度應滿足目標實體的應a)可將智能管控方案拆解為被控a)應能對目標實體進行改造，包括8a)可基于人工操作的形式控a)可基于目標實體的運行數(shù)據(jù)實現(xiàn)對數(shù)字實體的a)應具備在目標實體運行數(shù)據(jù)對a)可將智能管控方案拆解為被控制數(shù)字實體可執(zhí)行的簡單控制a)應能對數(shù)字實體進行改造，包括但不限于數(shù)字實體的模型內容、模型結構、模型間關聯(lián)關系和數(shù)據(jù)7.4擴展能力要求7.4.1功能更新功能更新能力子域包括功能重構能力和功能遷移能力2個能力要素。相應等級的成熟度要求見表9。表9功能更新能力子域的成熟度要求a)應具備對目標實體管理和控制功能進行人工配a)應具備對可視化、仿真、預測、a)應具備對可視化、仿真、預測、a)應具備將數(shù)字孿生系統(tǒng)功能自動遷移至目標實體與數(shù)字實體演化過程所需場景，并實現(xiàn)相關功能7.4.2系統(tǒng)集成系統(tǒng)集成能力要素的成熟度要求見表10。9GB/TXXXXX—XXXX表10系統(tǒng)集成能力要素的成熟度要求a)應能夠導入利用其它建模軟件構建的模型，或可將其它軟件建模功能作為插件集成在數(shù)字孿a)應能夠集成傳感器系統(tǒng)功能或與傳感器系統(tǒng)實b)應能夠集成通信系統(tǒng)功能或與通信系統(tǒng)實時交互a)應能夠集成目標實體控制系統(tǒng)功能或與目標實體控制系a)應能夠集成智能分析系統(tǒng)功能或b)應能夠集成決策系統(tǒng)功能或與決a)應具備自主集成新接入的數(shù)字孿生系統(tǒng)的能力或與新接入的數(shù)字b)應能夠集成機器學習系統(tǒng)功能或7.4.3新技術融合新技術融合能力要素的成熟度要求見表11。表11新技術融合能力要素的成熟度要求合a)應具備與