《工業(yè)數(shù)字孿生建設(shè)與運(yùn)維管理要求》編制說明

1一、工作簡況（一）任務(wù)來源為扎實(shí)推進(jìn)實(shí)施軍民標(biāo)準(zhǔn)通用化工程，加強(qiáng)重點(diǎn)領(lǐng)域軍民通用標(biāo)準(zhǔn)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(shí)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(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)編制計劃并予以立項。本項團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)為《工業(yè)數(shù)字孿生建設(shè)與運(yùn)維管理要求》，計劃編號為：T/CPUMT-P-2023010。本標(biāo)準(zhǔn)由中國和平利用軍工技術(shù)協(xié)會提出并歸口。本標(biāo)準(zhǔn)由中國汽車工程研究院股份有限公司為牽頭單位的起草小組組織起草。（二）標(biāo)準(zhǔn)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(yùn)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(shí)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(yùn)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(shí)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(yùn)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(yùn)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(jìn)技術(shù)”、工信部“智能船舶標(biāo)準(zhǔn)”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(shí)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(jī)交互效果，工業(yè)自動化企業(yè)華龍迅達(dá)構(gòu)建虛實(shí)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(biāo)準(zhǔn)外，沒有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)針對工業(yè)數(shù)字孿生進(jìn)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(fèi)等問題，亟需制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)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(tuán)有限公司、中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會等單位起草了《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)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6個維度對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系進(jìn)行完善。在“工業(yè)數(shù)字孿生”方面擬定制定7項標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行配套2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(yùn)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(yīng)用和服務(wù)規(guī)范工業(yè)數(shù)字孿生應(yīng)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(shù)規(guī)范本文件擬定主要規(guī)定工業(yè)數(shù)字孿生開發(fā)、構(gòu)建和運(yùn)維等相關(guān)要求，包括產(chǎn)品、設(shè)備、產(chǎn)線、工廠等的工業(yè)數(shù)字孿生開發(fā)流程、開發(fā)方法、建設(shè)指南、管理運(yùn)維等。標(biāo)準(zhǔn)的制定主要具有以下幾點(diǎn)意義：（1）可以為工業(yè)數(shù)字孿生的開發(fā)和設(shè)計提供指引，保障不同平臺和系統(tǒng)之間的兼容和信息流通；（2）可以為工業(yè)數(shù)字孿生采購方在項目招標(biāo)、項目驗收等方面提供技術(shù)支撐；（3）可以為工業(yè)數(shù)字孿生相關(guān)檢測、認(rèn)證單位提供技術(shù)支撐；（4）可以為工信部、市場監(jiān)督管理局等政府監(jiān)管部門在相關(guān)政策制定方面提供依據(jù)。（三）主要工作過程（1）項目預(yù)研專家座談會2023年8月30日，由中國和平利用軍工技術(shù)協(xié)會主辦，北京藍(lán)象標(biāo)準(zhǔn)咨詢服務(wù)有限公司承辦的《工業(yè)數(shù)字孿生》系列團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)預(yù)研研討會在北京召開。中國和平利用軍工技術(shù)協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)化工作委員會副主任委員李錦程出席會議并點(diǎn)評，中國和平利用軍工技術(shù)協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)化工作委員會副主任委員喬華陽出席會議并致辭和總結(jié)。航空工業(yè)信息技術(shù)中心設(shè)計與制造工程部部長（一級技術(shù)專家）許鴻杰、中國標(biāo)準(zhǔn)化研究院原副院長（研究員）湯萬金出席會議并點(diǎn)評?！豆I(yè)數(shù)字孿生》系列團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)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(shù)協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)化工作委員會高級工程師（北京藍(lán)象標(biāo)準(zhǔn)咨詢服務(wù)有限公司首席技術(shù)官）張德保主持。中國汽車工程研究院股份有限公司教授嚴(yán)中紅和算法工程師付琰介紹了公司在工業(yè)數(shù)字孿生應(yīng)用方面的主要工作、標(biāo)準(zhǔn)化戰(zhàn)略布局等情況，以及《工業(yè)數(shù)字孿生》系列團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)的研制思路與核心內(nèi)容。參會專家和代表重點(diǎn)圍繞《工業(yè)數(shù)字孿生》系列團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)的定位、核心內(nèi)容、標(biāo)準(zhǔn)名稱和范圍展開了熱烈的討論，并研討了系列標(biāo)準(zhǔn)之間的關(guān)系，認(rèn)為該系列標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)化問題，對數(shù)字孿生場景和模型做好研究，并在此基礎(chǔ)上推進(jìn)系列標(biāo)準(zhǔn)的研制。同時，該系列標(biāo)準(zhǔn)作為協(xié)會首批工業(yè)數(shù)字孿生領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)為后續(xù)標(biāo)準(zhǔn)研制留有開口，逐步對該系列標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行擴(kuò)展。會后，標(biāo)準(zhǔn)研制組根據(jù)會議的建議和意見進(jìn)行分析和研究，對《工業(yè)數(shù)字孿生開發(fā)運(yùn)維通用要求》標(biāo)準(zhǔn)草案進(jìn)行相應(yīng)修改與完善。（2）首次研討會32024年7月2日，由中國和平利用軍工技術(shù)協(xié)會主辦、藍(lán)象標(biāo)準(zhǔn)（北京）科技有限公司承辦的《工業(yè)數(shù)字孿生》系列7項團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)首次研討會在北京召開。中國和平利用軍工技術(shù)協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)評，標(biāo)準(zhǔn)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(shù)協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)化辦公室技術(shù)負(fù)責(zé)人、藍(lán)象標(biāo)準(zhǔn)（北京）科技有限公司首席技術(shù)官張德保主持。中國汽車工程研究院股份有限公司代表標(biāo)準(zhǔn)研制組對標(biāo)準(zhǔn)研制思路、核心內(nèi)容進(jìn)行了介紹。根據(jù)會議討論，標(biāo)準(zhǔn)名稱修改為《工業(yè)數(shù)字孿生建設(shè)與運(yùn)維管理要求》。參會專家和代表重點(diǎn)圍繞系列標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一協(xié)調(diào)性以及標(biāo)準(zhǔn)的名稱、技術(shù)框架、性能指標(biāo)、條款的陳述方式等方面展開了熱烈的討論。會后，標(biāo)準(zhǔn)研制組根據(jù)會議的建議和意見進(jìn)行分析和研究，會前和會上各單位和專家提出的9條修改建議進(jìn)行了處理，并對標(biāo)準(zhǔn)草案進(jìn)行了相應(yīng)修改與完善，形成標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿報協(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(biāo)準(zhǔn)起草工作組由中國汽車工程研究院股份有限公司為牽頭單位組成。起草組承擔(dān)了標(biāo)準(zhǔn)起草的組織、標(biāo)準(zhǔn)文本的編制、重點(diǎn)企業(yè)意見征求、標(biāo)準(zhǔn)編制說明的撰寫和內(nèi)審等工作。二、標(biāo)準(zhǔn)編制原則和確定標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容的依據(jù)（一）標(biāo)準(zhǔn)編寫原則本標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)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(guān)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一和協(xié)調(diào)；標(biāo)準(zhǔn)的要求充分考慮了國內(nèi)當(dāng)前的行業(yè)技術(shù)水平，對草案內(nèi)容進(jìn)行多次征求意見和充分討論。（二）主要內(nèi)容本文件規(guī)定了工業(yè)數(shù)字孿生系統(tǒng)建設(shè)流程和運(yùn)維要求，包括場景調(diào)研、可行性評估、系統(tǒng)開發(fā)、系統(tǒng)驗證、系統(tǒng)部署和日常運(yùn)維等，旨在為工業(yè)數(shù)字孿生的開發(fā)和運(yùn)維提供一套通用要求和指導(dǎo)原則。這些要求和指導(dǎo)原則旨在幫助企業(yè)建立和維護(hù)高效、可靠的數(shù)字孿生系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)工業(yè)過程的數(shù)字化轉(zhuǎn)型和優(yōu)化。1)術(shù)語和定義在分析調(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(lǐng)域的基礎(chǔ)上，借鑒了GB/T43441.1《信息技術(shù)數(shù)字孿生第1部分：通用要求》標(biāo)準(zhǔn)中相關(guān)的術(shù)語定義，提出了驗證、解耦、耦合的術(shù)語定義，并在系列標(biāo)準(zhǔn)中做好統(tǒng)一，T/CPUMTAAAA《工業(yè)數(shù)字孿生總體框架》的術(shù)語定義也適合本標(biāo)準(zhǔn)。相關(guān)條款描述符合GB/T1.1相關(guān)規(guī)定。2）建設(shè)與運(yùn)維管理要求4工業(yè)數(shù)字孿生作為一種將數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)制造行業(yè)的創(chuàng)新模式，旨在實(shí)現(xiàn)工業(yè)制造的數(shù)字化轉(zhuǎn)型和升級。工業(yè)數(shù)字孿生建設(shè)與運(yùn)維管理需要在工業(yè)數(shù)字孿生項目實(shí)施過程中，滿足場景調(diào)研、可行性評估、系統(tǒng)開發(fā)、結(jié)果驗證、系統(tǒng)部署、日常運(yùn)維6個階段的系統(tǒng)性定義及可執(zhí)行要求。場景調(diào)研：通過詳細(xì)分析和理解目標(biāo)應(yīng)用場景，來確定數(shù)字孿生系統(tǒng)的功能需求、數(shù)據(jù)需求、技術(shù)要求和設(shè)備資源需求的過程。包括對當(dāng)前運(yùn)營環(huán)境、工作流程和預(yù)期結(jié)果的深入研究?？尚行栽u估：基于場景調(diào)研在運(yùn)營環(huán)境、工作流程和預(yù)期結(jié)果方面的調(diào)研結(jié)果，從數(shù)字孿生系統(tǒng)物理層、數(shù)據(jù)層、資源層3個方面進(jìn)行結(jié)果分析，評估該場景是否具備建設(shè)工業(yè)數(shù)字孿生系統(tǒng)客觀實(shí)施條件系統(tǒng)開發(fā)：包括在構(gòu)建數(shù)字孿生系統(tǒng)過程中，從初始設(shè)計到最終部署所涉及的一系列開發(fā)和測試活動，以確保系統(tǒng)的架構(gòu)、功能和可靠性滿足預(yù)期需求。系統(tǒng)驗證：指對開發(fā)的數(shù)字孿生系統(tǒng)的各個功能性模塊進(jìn)行解耦、耦合功能性驗證，驗證系統(tǒng)是否滿足預(yù)期成果。工業(yè)數(shù)字孿生系統(tǒng)正式部署上線前應(yīng)在隔離情況下進(jìn)行模塊解耦、模塊耦合、仿真場景、用戶場景和安全性能等基本測試驗證。系統(tǒng)部署：將開發(fā)完成的數(shù)字孿生系統(tǒng)從開發(fā)和測試環(huán)境遷移到生產(chǎn)環(huán)境，并使其正式投入使用的過程。包括系統(tǒng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)和安裝，及確保系統(tǒng)能穩(wěn)定運(yùn)行、滿足業(yè)務(wù)需求并與現(xiàn)有系統(tǒng)有效集成日常運(yùn)維：確保數(shù)字孿生系統(tǒng)在生產(chǎn)環(huán)境中穩(wěn)定、高效、安全地運(yùn)行，為企業(yè)的生產(chǎn)和決策提供持續(xù)支持。包括系統(tǒng)的日常監(jiān)控、數(shù)據(jù)管理、故障恢復(fù)、性能優(yōu)化及升級維護(hù)5個基本方面，確保系統(tǒng)的全生命周期管理（三）主要依據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)在編制過程中可能會參考借鑒以下標(biāo)準(zhǔn)：GB/T41723-2022《自動化系統(tǒng)與集成復(fù)雜產(chǎn)品數(shù)字孿生體系架構(gòu)》；GB/T33781-2017《可編程邏輯器件軟件開發(fā)通用要求》；GB/T43441.1—2023《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)字孿生總體框架本標(biāo)準(zhǔn)的編制將嚴(yán)格按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的要求，參考借鑒數(shù)字孿生方面的相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等，并考慮與已有法律法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范之間的協(xié)調(diào)性，與工業(yè)數(shù)字孿生系列其他標(biāo)準(zhǔn)之間的協(xié)調(diào)性和一致性。三、國外相關(guān)法律、法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)情況的說明美國從戰(zhàn)略規(guī)劃、應(yīng)用實(shí)踐、產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新等方面全方位布局?jǐn)?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(chǔ)優(yōu)勢，探索形成了成熟的應(yīng)用路徑。三是供給側(cè)企業(yè)加快5技術(shù)創(chuàng)新，利用新一代信息技術(shù)優(yōu)化數(shù)字孿生應(yīng)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(gòu)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(biāo)準(zhǔn)、給定系統(tǒng)集成路徑，為數(shù)字孿生應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。二是擁有強(qiáng)大的仿真產(chǎn)業(yè)，ANSYS、MathWorks、Altair等企業(yè)為數(shù)字孿生應(yīng)用提供基礎(chǔ)建模工具。三是擁有豐富的應(yīng)用數(shù)據(jù)和模型，空客、洛克希德馬丁、特斯拉等應(yīng)用在產(chǎn)品研制過程中積累了大量機(jī)理模型，持續(xù)優(yōu)化數(shù)字孿生精度。德國立足標(biāo)準(zhǔn)制定基礎(chǔ)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(biāo)準(zhǔn)體系（即管理殼理論），實(shí)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(shí)體在虛擬空間映射精準(zhǔn)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(diǎn)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(wù)商。工業(yè)自動化巨頭西門子近10年花費(fèi)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(jī)輔助設(shè)計(NX)、電子設(shè)計自動化(Mentor)、事件仿真(Simcenter)、制造運(yùn)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(guān)現(xiàn)行法律、法規(guī)和其他強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系我國在理論研究方面，中國關(guān)于數(shù)字孿生思想的研究由來已久，1978年錢學(xué)森提出系統(tǒng)工程理論，由此開創(chuàng)國內(nèi)學(xué)術(shù)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(xué)院王飛躍聚焦解決復(fù)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(shù)結(jié)合；在產(chǎn)業(yè)實(shí)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，湃睿科技、摩爾軟件等企業(yè)利用AR/VR提升數(shù)字孿生人機(jī)交互效果，工業(yè)自動化企業(yè)華龍迅達(dá)構(gòu)建虛實(shí)聯(lián)動的煙草設(shè)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(shí)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(fù)雜機(jī)理建模的分析應(yīng)用還存在一定差距。五、重大意見分歧的處理結(jié)果依據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)在標(biāo)準(zhǔn)起草過程中，對標(biāo)準(zhǔn)中的技術(shù)內(nèi)容沒有發(fā)生重大分歧。六、數(shù)據(jù)驗證本標(biāo)準(zhǔn)通過收集、整理當(dāng)前工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)及數(shù)字孿生相關(guān)國內(nèi)外文獻(xiàn)10余篇，查閱相關(guān)現(xiàn)行國家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)12項，并調(diào)研涉及工業(yè)數(shù)字孿生應(yīng)用的7個行業(yè)，對標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了充分的試點(diǎn)驗證。1）術(shù)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(lǐng)域的基礎(chǔ)上，核實(shí)了規(guī)范性引用文件GB/T43441.1《信息技術(shù)數(shù)字孿生第1部分：通用要求》標(biāo)準(zhǔn)中相關(guān)的術(shù)語定義，并與系列標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了比對，相關(guān)術(shù)語規(guī)范性引用符合要求，條款表述符合GB/T1.1相關(guān)規(guī)定。2）工業(yè)數(shù)字孿生通用要求本部分重點(diǎn)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(lǐng)域主流企業(yè)