ICS35.240.50CCS

L77團(tuán) 體 標(biāo) 準(zhǔn)T/CPUMT034—2025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——Digitalmodelsanddataintegrationandexchangerequirements2025-03-12發(fā)布 2025-03-12實(shí)施中國和平利用軍工技術(shù)協(xié)會 發(fā)布T/CPUMT034—2025T/CPUMT034—2025目 次前言 II引言 III1范圍 12規(guī)范性引用文件 13術(shù)語和定義 14數(shù)字模型 14.1概述 1需求設(shè)計(jì)模型 1生產(chǎn)制造模型 2使用保障模型 35數(shù)據(jù)集成交換要求 3數(shù)據(jù)交換方式 3傳輸接口要求 4集成交換關(guān)系 4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 5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 7參考文獻(xiàn) 10前 言本文件按照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。T/CPUMT034T/CPUMT031T/CPUMTT/CPUMT035T/CPUMT0360377份文件共同構(gòu)成工業(yè)數(shù)字孿生的基本型標(biāo)準(zhǔn)。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識別專利的責(zé)任。本文件由中國和平利用軍工技術(shù)協(xié)會提出并歸口。（蘇州（集團(tuán)（北京（北京有限公司、寧夏企業(yè)合規(guī)促進(jìn)會、中質(zhì)認(rèn)證（北京）有限公司、藍(lán)象標(biāo)準(zhǔn)（北京）科技有限公司。王致遠(yuǎn)、邱天、段小莉、張德保、喬華陽。本文件為首次發(fā)布。引 言產(chǎn)品性能提升等功能，極大地提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。了系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本，還限制了工業(yè)數(shù)字孿生的廣泛應(yīng)用。工業(yè)數(shù)字孿生數(shù)字模型與數(shù)據(jù)集成交換要求范圍本文件規(guī)定了工業(yè)數(shù)字孿生的數(shù)字模型和數(shù)據(jù)集成交換要求。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(jì)、開發(fā)、應(yīng)用等活動。規(guī)范性引用文件（適用于本文件。GB/T14213初始圖形交換規(guī)范GB/T43441.1信息技術(shù)數(shù)字孿生第1部分：通用要求GB/Z44267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T/CPUMT031工業(yè)數(shù)字孿生總體框架術(shù)語和定義GB/T43441.1、TCPUMT031界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。數(shù)字孿生digitaltwin由物理資產(chǎn)、數(shù)字替身和接口組成的復(fù)合模型。[來源：GB/Z44267—2024,3.1.4]數(shù)字模型digitalmodel將系統(tǒng)、實(shí)體、現(xiàn)象、過程、知識、業(yè)務(wù)、機(jī)理等轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)可識別、處理、分析與應(yīng)用的數(shù)字化表達(dá)。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(jìn)行的產(chǎn)品數(shù)據(jù)交流或共享。數(shù)字模型概述息交換、數(shù)據(jù)映射等方式，實(shí)現(xiàn)需求設(shè)計(jì)、運(yùn)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。需求設(shè)計(jì)模型適用場景需求設(shè)計(jì)模型主要適用于工業(yè)產(chǎn)品需求分析及方案設(shè)計(jì)階段，以覆蓋產(chǎn)品需求分析及產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作，配合需求分析、產(chǎn)品設(shè)計(jì)等業(yè)務(wù)流程，完善細(xì)化產(chǎn)品需求及設(shè)計(jì)方案，應(yīng)符合下列要求：在需求分析階段對工業(yè)產(chǎn)品的應(yīng)用背景、概念方案、參數(shù)指標(biāo)、通用性要求、試驗(yàn)需求進(jìn)行數(shù)字化描述，向下傳遞概念方案、參數(shù)指標(biāo)、通用性要求等模型中要素，支撐產(chǎn)品多方案尋優(yōu)，準(zhǔn)確把控需求；在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段應(yīng)對產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求、方案可行性、產(chǎn)品功能性能、物理結(jié)構(gòu)等進(jìn)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(jì)、虛擬仿真與初期評估，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)迭代尋優(yōu)。分類及描述需求分析模型需求分析模型應(yīng)符合下列要求：應(yīng)用背景模型：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(shí)際使用過程的工作場景、工作環(huán)境、人機(jī)交互等，包括需求背景、使用要求、使用流程、工作環(huán)境、人機(jī)交互；參數(shù)指標(biāo)模型：描述工業(yè)產(chǎn)品的功能性能指標(biāo)參數(shù)，具體情況根據(jù)工業(yè)產(chǎn)品功能需求確定；保障性、安全性、環(huán)境適應(yīng)性等；概念方案模型：描述產(chǎn)品在產(chǎn)品設(shè)計(jì)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?fù)涞?；試?yàn)需求模型：描述產(chǎn)品在全壽命周期過程的需要開展的產(chǎn)品功能驗(yàn)證、性能驗(yàn)證、系統(tǒng)聯(lián)試等試驗(yàn)，驗(yàn)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。產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型應(yīng)符合下列要求：設(shè)計(jì)要求模型：支持基于需求分析模型將產(chǎn)品需求分析結(jié)果轉(zhuǎn)化為實(shí)際的產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，包括功能要求、性能要求、集成接口要求、通用性要求、測試驗(yàn)證要求；可行性模型：采用可行性模型對設(shè)計(jì)可行性評估，包含技術(shù)實(shí)現(xiàn)可行性評估和財(cái)務(wù)可行性評估。技術(shù)實(shí)現(xiàn)可行性評估包括物料、工藝、設(shè)備、質(zhì)量等方面、財(cái)務(wù)可行性評估包括成本、產(chǎn)能、利潤等方面；功能模型：包括產(chǎn)品功能與功能要求的匹配程度，包括系統(tǒng)架構(gòu)、功能組成及功能描述；多學(xué)科聯(lián)合仿真模型和通用性分析模型；物理模型：描述產(chǎn)品幾何特性及物理特性等，包含產(chǎn)品幾何設(shè)計(jì)模型、硬件拓?fù)淠Ｐ?、工藝設(shè)計(jì)模型、物料清單。生產(chǎn)制造模型適用場景分類及描述型應(yīng)依據(jù)需求設(shè)計(jì)模型（4.2）1。表1工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)制造模型要素組成模型名稱模型要素組成工藝技術(shù)模型物料清單工藝清單工藝方案表1工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)制造模型要素組成（續(xù)）模型名稱模型要素組成工藝規(guī)劃工藝仿真制造過程模型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(yàn)結(jié)果使用保障模型適用場景產(chǎn)品升級、報廢回收等信息，并通過虛實(shí)交互實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生體與實(shí)體產(chǎn)品間的數(shù)據(jù)交互。分類及描述工業(yè)產(chǎn)品運(yùn)維服務(wù)模型要素組成見表2。表2 工業(yè)產(chǎn)品運(yùn)維服務(wù)模型要素組成模型名稱模型要素組成產(chǎn)品構(gòu)成模型總體布局產(chǎn)品組成交付產(chǎn)品清單產(chǎn)品特性模型功能性能特性目標(biāo)特性通用性特性產(chǎn)品運(yùn)用保障模型操作使用運(yùn)行維護(hù)維修保障保障物料清單運(yùn)行仿真模型數(shù)模聯(lián)動模型報廢措施數(shù)據(jù)集成交換要求數(shù)據(jù)交換方式直接交換。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(jìn)行數(shù)據(jù)交換。直接交換應(yīng)不同版本之間的數(shù)據(jù)交換通常采用直接交換方式。間接交換。應(yīng)支持通過中間工具、文件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，應(yīng)提供獨(dú)立于應(yīng)用系統(tǒng)的機(jī)制來描述產(chǎn)GB/T14213、GB/Z44267傳輸接口要求數(shù)字孿生系統(tǒng)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時，數(shù)據(jù)傳輸接口應(yīng)符合下列要求：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；傳輸協(xié)議規(guī)范化：接口應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)的傳輸協(xié)議，以確保數(shù)據(jù)安全、快速地傳輸；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(jī)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；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?jǐn)?shù)據(jù)追溯，在數(shù)據(jù)交互過程中應(yīng)進(jìn)行跟蹤和記錄；接口可擴(kuò)充性要求：接口應(yīng)支持可擴(kuò)充性，以滿足未來業(yè)務(wù)需求的變化；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(shí)體產(chǎn)品與數(shù)字孿生產(chǎn)品間的數(shù)據(jù)實(shí)時交互處理；文檔規(guī)范化要求：接口應(yīng)具有詳細(xì)、準(zhǔn)確、規(guī)范的說明文檔，以方便用戶了解和使用接口。集成交換關(guān)系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。需求設(shè)計(jì)模型要素交互關(guān)系。工業(yè)產(chǎn)品需求設(shè)計(jì)模型中包括需求分析模型和產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型。需求分析模型中的相關(guān)要素向產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型傳遞，作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型的輸入，確保產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(biāo)、通用性要求及試驗(yàn)需求等；同時產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型向生產(chǎn)制造模型傳輸工藝、幾何、流程等設(shè)計(jì)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。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(jì)模型中的相關(guān)輸入要素，如幾何、工業(yè)、流程等設(shè)計(jì)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(yùn)維服務(wù)模型的輸入，支撐運(yùn)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(jìn)行記錄，反饋給產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型，用于對產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案進(jìn)行修改完善。運(yùn)維服務(wù)模型要素交互關(guān)系。運(yùn)維服務(wù)模型中的相關(guān)模型要素源自需求設(shè)計(jì)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(yùn)維保障。同時應(yīng)支持對運(yùn)維過程中暴露的問題反饋給產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型，用于支持產(chǎn)品設(shè)計(jì)迭代更新。工業(yè)產(chǎn)品數(shù)字模型集成交換關(guān)系見圖1。數(shù)字模型集成交換示例見附錄B。方案論證 研制生產(chǎn) 交付運(yùn)維需求設(shè)計(jì)模型需求設(shè)計(jì)模型生產(chǎn)制造模型運(yùn)維服務(wù)模型需求概念方案參數(shù)指標(biāo)幾何設(shè)計(jì)工藝設(shè)計(jì)制造過程記錄裝配清單通用性要求試驗(yàn)需求產(chǎn)品生產(chǎn)制造流程設(shè)計(jì) 模工程物料清單運(yùn)維服務(wù)實(shí)作物料清單模型供應(yīng)鏈?zhǔn)褂檬謨詥栴}反饋功能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案圖1 工業(yè)產(chǎn)品數(shù)字模型集成交互關(guān)系附 錄 A（資料性）工業(yè)數(shù)字孿生數(shù)據(jù)交換典型場景案例工業(yè)數(shù)字孿生數(shù)據(jù)交換案例概況（IOT）算法調(diào)用適配和多維可視化等功能?；ツ芰?，以間接實(shí)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)模型構(gòu)建根據(jù)車間的實(shí)際情況，搭建車間的數(shù)字模型，用于實(shí)現(xiàn)實(shí)體車間的孿生：——首先針對物理車間進(jìn)行基礎(chǔ)模型的構(gòu)建，根據(jù)物理對象的實(shí)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(jī)械、電氣、液壓等模型。構(gòu)建的模型應(yīng)進(jìn)行驗(yàn)證以確保其正確性、準(zhǔn)確性。若當(dāng)前的模型不能滿足需求，需進(jìn)行模型校正，并對校正后的模型重新進(jìn)行驗(yàn)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(jìn)行組裝實(shí)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(yàn)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(jìn)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(yùn)行狀態(tài)。融合后的模型需再次進(jìn)行驗(yàn)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(jìn)行分類管理以方便車間的各項(xiàng)應(yīng)用。調(diào)整與取舍。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)模根據(jù)車間運(yùn)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(shí)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(shí)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(shí)時驅(qū)動：負(fù)責(zé)選擇模型驅(qū)動數(shù)據(jù)對數(shù)字孿生車間模型進(jìn)行連續(xù)性賦值，實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生車間模型的動態(tài)運(yùn)行。數(shù)模聯(lián)動依托虛實(shí)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(shí)現(xiàn)：——虛實(shí)映射模塊根據(jù)輸入的模型驅(qū)動數(shù)據(jù)實(shí)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(yùn)行?！Ｐ托ＵK對模型的動態(tài)進(jìn)行校驗(yàn)與修正。通過驗(yàn)證模型準(zhǔn)確度并修正模型偏差參數(shù)，實(shí)現(xiàn)模型的動態(tài)精準(zhǔn)運(yùn)行。數(shù)字孿生車間模型交互控制數(shù)字孿生車間模型交互控制物理車間模型校正數(shù)模聯(lián)動虛實(shí)映射圖A.2數(shù)字孿生車間運(yùn)行過程中的數(shù)模聯(lián)動數(shù)字孿生車間功能場景。景。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(shí)現(xiàn)虛擬產(chǎn)線、物理產(chǎn)線的高保真實(shí)時同步，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)物流產(chǎn)線“落卷—轉(zhuǎn)運(yùn)—包裝—立庫”全過程三維可視化監(jiān)控與交互。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(shí)際的車間運(yùn)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(shí)現(xiàn)典型物流裝備的故障診斷與預(yù)測。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(yùn)、包裝、倉儲環(huán)節(jié)的運(yùn)行工藝模型，設(shè)計(jì)不同環(huán)節(jié)的運(yùn)行調(diào)度優(yōu)化算法，支持物流產(chǎn)線高效率穩(wěn)定運(yùn)行。基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）備遠(yuǎn)程巡檢、視頻通話與維護(hù)指導(dǎo)。虛擬培訓(xùn)。通過典型物流裝備虛擬培訓(xùn)功能模塊，實(shí)現(xiàn)裝備結(jié)構(gòu)、安裝調(diào)試、檢查維護(hù)、安全事項(xiàng)及故障排查等數(shù)字化、可視化、交互化培訓(xùn)。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工業(yè)數(shù)字孿生數(shù)字模型集成交換框架方案論證需求設(shè)計(jì)模型研制生產(chǎn)交付運(yùn)維運(yùn)維服務(wù)模型方案論證需求設(shè)計(jì)模型研制生產(chǎn)交付運(yùn)維運(yùn)維服務(wù)模型需求應(yīng)用背景模型產(chǎn)品特性模型參數(shù)指標(biāo)模型通用性要求模型制造過程模型產(chǎn)品運(yùn)用保障模型產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求模型可行性模型功能模型工藝技術(shù)模型產(chǎn)品構(gòu)成模型性能模型物理模型圖B.1 工業(yè)產(chǎn)品數(shù)字模型集成交換關(guān)系框架示例需求設(shè)計(jì)模型要素交互關(guān)系模型、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(jì)模型傳遞關(guān)系序號傳遞來源傳遞目標(biāo)模型分類模型要素模型要素模型分類1應(yīng)用背景模型使用要求產(chǎn)品各方面指標(biāo)參數(shù)指標(biāo)模型2使用流程3工作環(huán)境4人機(jī)交互5參數(shù)指標(biāo)模型產(chǎn)品各方面指標(biāo)技術(shù)指標(biāo)要求設(shè)計(jì)要求模型6通用性要求模型可靠性通用性要求設(shè)計(jì)要求模型7維修性8測試性9保障性10安全性表B.1工業(yè)產(chǎn)品需求設(shè)計(jì)模型傳遞關(guān)系（續(xù)）序號傳遞來源傳遞目標(biāo)模型分類模型要素模型要素模型分類11通用性要求模型環(huán)境適應(yīng)性12電磁兼容性13概念方案模型產(chǎn)品組成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)功能邏輯硬件拓?fù)湓O(shè)計(jì)要求模型14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(jì)要求模型16試驗(yàn)需求模型功能、性能、系統(tǒng)聯(lián)試試驗(yàn)需求測試驗(yàn)證要求設(shè)計(jì)要求模型21設(shè)計(jì)要求模型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25功能模型產(chǎn)品系統(tǒng)架構(gòu)功能組成功能描述幾何設(shè)計(jì)模型硬件拓?fù)淠Ｐ凸に囋O(shè)計(jì)模型物料清單物理模型26功能模型產(chǎn)品系統(tǒng)架構(gòu)功能組成功能描述總體布局產(chǎn)品組成產(chǎn)品構(gòu)成模型28性能模型單學(xué)科性能仿真性能特性產(chǎn)品特性模型29目標(biāo)特性產(chǎn)