引自：《數(shù)字孿生及車間實(shí)踐》（作者：陶飛，戚慶林，張萌，程江峰）

數(shù)字孿生關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)用于規(guī)范數(shù)字孿生實(shí)施過程中涉及的關(guān)鍵技術(shù)要求，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)如圖1所示，包括物理實(shí)體標(biāo)準(zhǔn)、虛擬實(shí)體標(biāo)準(zhǔn)、孿生數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、連接與集成標(biāo)準(zhǔn)、服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)五部分。[1]

圖1 數(shù)字孿生關(guān)鍵技術(shù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[1]

「1. 物理實(shí)體標(biāo)準(zhǔn)」

物理實(shí)體標(biāo)準(zhǔn)主要對物理實(shí)體的感知接入、決策執(zhí)行、邊緣端協(xié)作方面進(jìn)行規(guī)范，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及主要內(nèi)容如圖2所示，包括以下幾個(gè)方面：[1]

（1）感知接入標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)范數(shù)字孿生系統(tǒng)中人、機(jī)、物、環(huán)境等物理實(shí)體的感知接入相關(guān)技術(shù)要求，保證物理實(shí)體信息獲取與上傳的規(guī)范性和兼容性，包括固有屬性感知接口、歷史屬性讀取接口等靜態(tài)屬性感知要求，以及實(shí)時(shí)狀態(tài)感知接口、感知裝置安裝部署、感知裝置性能、感知接入時(shí)間敏感性等動(dòng)態(tài)屬性感知要求。

（2）決策執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)范物理實(shí)體的運(yùn)行控制、運(yùn)行優(yōu)化、維護(hù)策略、故障自恢復(fù)的決策執(zhí)行相關(guān)技術(shù)要求，包括控制指令格式、指令校驗(yàn)、指令注入權(quán)限等控制指令接入要求；響應(yīng)時(shí)間、執(zhí)行效率、時(shí)序同步等時(shí)間敏感性要求；執(zhí)行精度、執(zhí)行穩(wěn)定性、執(zhí)行反饋等執(zhí)行有效性要求。

（3）邊緣端協(xié)作標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)范數(shù)字孿生系統(tǒng)物理實(shí)體邊緣端協(xié)作相關(guān)技術(shù)要求，包括邊緣端部署架構(gòu)、邊緣端功能邊界劃分準(zhǔn)則、邊緣端計(jì)算接口、邊緣端計(jì)算性能、邊緣端網(wǎng)絡(luò)性能等。

圖2 物理實(shí)體相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及主要內(nèi)容[1]

「2. 虛擬實(shí)體標(biāo)準(zhǔn)」

虛擬實(shí)體標(biāo)準(zhǔn)主要對模型功能、模型描述、模型構(gòu)建、模型組裝、模型驗(yàn)證、模型運(yùn)行、模型管理進(jìn)行規(guī)范，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及主要內(nèi)容如圖3所示，包括以下幾個(gè)方面：[1]

（1）模型功能與描述標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)范幾何、物理、行為、規(guī)則多維多時(shí)空尺度模型的功能與描述相關(guān)技術(shù)要求[2]，包括幾何功能、物理功能、行為功能、規(guī)則功能、維度功能、尺度功能、時(shí)空粒度功能、能力描述、性能描述、建模語言、模型封裝、模型輸入輸出描述等。

（2）模型構(gòu)建與組裝標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)范幾何、物理、行為、規(guī)則多維多時(shí)空尺度模型的構(gòu)建與組裝相關(guān)技術(shù)要求，包括考慮模型性能的建模規(guī)則、建模環(huán)境、建模過程、模型組裝規(guī)則、模型組裝接口、模型組裝過程、模型擴(kuò)展等。

（3）模型驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)范幾何、物理、行為、規(guī)則單個(gè)模型與組裝模型的分層級驗(yàn)證相關(guān)技術(shù)要求，包括單個(gè)模型與組裝模型的驗(yàn)證規(guī)則、驗(yàn)證環(huán)境、驗(yàn)證流程、功能驗(yàn)證、性能（包括粒度、質(zhì)量、準(zhǔn)確性、可用性、易用性等）驗(yàn)證、一致性驗(yàn)證、兼容性驗(yàn)證等。

（4）模型運(yùn)行與管理標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)范模型的運(yùn)行與管理相關(guān)技術(shù)要求，包括模型運(yùn)行環(huán)境、模型運(yùn)行配置、模型運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測、模型簡化/輕量化原則、模型更新、模型優(yōu)化、模型增刪改查等。

圖3 虛擬實(shí)體相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及主要內(nèi)容[1]

「3. 孿生數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)」

數(shù)據(jù)是驅(qū)動(dòng)數(shù)字孿生系統(tǒng)運(yùn)行的根本。孿生數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)主要是對數(shù)字孿生系統(tǒng)涉及的孿生數(shù)據(jù)表示、分類、存儲、預(yù)處理、使用與維護(hù)、測試進(jìn)行規(guī)范，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及主要內(nèi)容如圖4所示，包括以下幾個(gè)方面：[1]

（1）數(shù)據(jù)表示標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)范數(shù)字孿生數(shù)據(jù)表示涉及的相關(guān)技術(shù)要求，包括數(shù)據(jù)屬性、數(shù)據(jù)描述、數(shù)據(jù)索引、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)時(shí)序關(guān)系、數(shù)據(jù)空間關(guān)系、數(shù)據(jù)用例等。

（2）數(shù)據(jù)分類標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)范數(shù)字孿生系統(tǒng)涉及到的孿生數(shù)據(jù)類別，包括分類準(zhǔn)則、歷史數(shù)據(jù)和實(shí)況數(shù)據(jù)，其中歷史數(shù)據(jù)和實(shí)況數(shù)據(jù)包含物理實(shí)體、虛擬實(shí)體、服務(wù)產(chǎn)生的狀態(tài)數(shù)據(jù)、控制數(shù)據(jù)、衍化數(shù)據(jù)、知識數(shù)據(jù)、仿真數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)等。

（3）數(shù)據(jù)存儲標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)范孿生數(shù)據(jù)存儲相關(guān)技術(shù)要求，包括分布式存儲、本地存儲、存儲介質(zhì)、數(shù)據(jù)存取等。

（4）數(shù)據(jù)預(yù)處理標(biāo)準(zhǔn)。獲取到物理實(shí)體、虛擬實(shí)體、服務(wù)的原始數(shù)據(jù)之后，需要對其進(jìn)行預(yù)處理操作，相關(guān)技術(shù)要求包括數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)降階、數(shù)據(jù)變換、數(shù)據(jù)規(guī)約、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、數(shù)據(jù)集成等。

（5）數(shù)據(jù)使用與維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)范孿生數(shù)據(jù)使用過程中涉及的相關(guān)技術(shù)要求，包括使用環(huán)境、數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)優(yōu)化、數(shù)據(jù)加載、數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)維護(hù)等。

（6）數(shù)據(jù)測試標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)范數(shù)據(jù)測試相關(guān)技術(shù)要求，主要包括數(shù)據(jù)測試流程、數(shù)據(jù)規(guī)范性測試、數(shù)據(jù)完整性測試、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性測試、數(shù)據(jù)兼容性測試、數(shù)據(jù)易用性測試等。

圖4 孿生數(shù)據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及主要內(nèi)容[1]

「4. 孿生數(shù)據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及主要內(nèi)容」

連接與集成標(biāo)準(zhǔn)主要對數(shù)字孿生物理實(shí)體、虛擬實(shí)體、服務(wù)、數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)連接與集成進(jìn)行規(guī)范，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及主要內(nèi)容如圖5所示，包括以下幾個(gè)方面：[1]

（1）連接映射標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)范數(shù)字孿生中物理實(shí)體、虛擬實(shí)體、服務(wù)與數(shù)據(jù)庫之間的連接映射相關(guān)技術(shù)要求，包含連接方式、映射模型、映射字典等。

（2）信息傳輸標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)范物理實(shí)體、虛擬實(shí)體、服務(wù)與數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)傳輸相關(guān)技術(shù)要求，包括傳輸協(xié)議，傳輸實(shí)時(shí)性，傳輸可靠性，傳輸安全等。

（3）交互與集成標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)范物理實(shí)體、虛擬實(shí)體、孿生數(shù)據(jù)與服務(wù)之間的交互與集成相關(guān)技術(shù)要求，包括物理實(shí)體與虛擬實(shí)體交互、物理實(shí)體與孿生數(shù)據(jù)交互、物理實(shí)體與服務(wù)交互、虛擬實(shí)體與孿生數(shù)據(jù)交互、虛擬實(shí)體與服務(wù)交互、服務(wù)與孿生數(shù)據(jù)交互、交互網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)集成方法、系統(tǒng)集成運(yùn)行機(jī)制等。

（4）連接測試標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)范物理實(shí)體、虛擬實(shí)體、服務(wù)與數(shù)據(jù)庫之間的連接測試相關(guān)技術(shù)要求，包括連接兼容性測試、連接可靠性測試、連接時(shí)間敏感性測試、交互功能與性能測試、系統(tǒng)集成測試等。

圖5 連接與集成相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及主要內(nèi)容[1]

「5. 服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)」

服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)主要對服務(wù)描述模型、服務(wù)開發(fā)、服務(wù)部署、服務(wù)運(yùn)行、服務(wù)管理、服務(wù)質(zhì)量與測評、服務(wù)交易進(jìn)行規(guī)范，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及主要內(nèi)容如圖6所示，包括以下幾個(gè)方面：[1]

（1）服務(wù)描述模型標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)范數(shù)字孿生中的服務(wù)描述模型建模相關(guān)技術(shù)要求，包括建模規(guī)則、建模環(huán)境、建模語言、建模流程等。

（2）服務(wù)開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)范服務(wù)開發(fā)的相關(guān)技術(shù)要求，包括功能描述、設(shè)計(jì)規(guī)范、開發(fā)環(huán)境、開發(fā)流程、服務(wù)封裝、服務(wù)模板庫等。

（3）服務(wù)部署與運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)范數(shù)字孿生中服務(wù)部署及運(yùn)行相關(guān)技術(shù)要求，包括部署要求、運(yùn)行環(huán)境、服務(wù)實(shí)例化、運(yùn)行監(jiān)測、服務(wù)協(xié)作、服務(wù)運(yùn)行容錯(cuò)等。

（4）服務(wù)管理標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)范服務(wù)全生命周期過程管理相關(guān)技術(shù)要求，包括服務(wù)搜索、供需匹配、服務(wù)優(yōu)選、服務(wù)調(diào)度、服務(wù)組合、服務(wù)容錯(cuò)、服務(wù)協(xié)作等。

（5）服務(wù)QoS與測評標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)范數(shù)字孿生的服務(wù)QoS與測評相關(guān)技術(shù)要求，包括時(shí)間、成本、信譽(yù)、滿意度、非功能服務(wù)質(zhì)量（包括可伸縮性、可擴(kuò)展性、可重用性、魯棒性、可測試性）等。

（6）服務(wù)交易標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)范數(shù)字孿生的服務(wù)交易相關(guān)技術(shù)要求，包括服務(wù)交易平臺、服務(wù)交易方式、服務(wù)交易安全、服務(wù)定價(jià)與計(jì)費(fèi)、服務(wù)授權(quán)等。

圖6 服務(wù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及主要內(nèi)容[1]

參考文獻(xiàn)

[1]陶飛, 馬昕, 胡天亮, 等. 數(shù)字孿生標(biāo)準(zhǔn)體系[J]. 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng), 2019(10): 2405-2418.

[2]陶飛, 張萌, 程江峰, 等. 數(shù)字孿生車間——一種未來車間運(yùn)行新模式[J]. 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng), 2017, 23(1): 1-9.