ICS 35.240.50 CCS J 07
GP
中华人民共和国国家标准
GB/T 41723—2022
自动化系统与集成 复杂产品
数字李生体系架构
Automation systems and integration-Digital twin architecture
ofcomplexproduct
2022-10-12发布
2023-05-01实施
国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会
发布 GB/T41723—2022
目 次
前言引言
范围规范性引用文件
1
2 3 术语和定义 4 缩略语 5 DTA-CP体系架构
5.1 概述 5.2 物理空间层 5.3 虚实数据管理层 5.4 数字李生模型层 5.5 业务交互层 5.6 应用与决策层 6DTA-CP主要模块的逻辑架构和功能 6.1 虚实数据管理逻辑架构和功能 6.2 数字李生模型逻辑架构和功能 6.3 物理-虚拟空间同步映射逻辑架构和功能 6.4 设计-制造-服务协同逻辑架构和功能参考文献
1D GB/T 41723—2022
前言
本文件按照GB/T1.1一2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。 本文件由中国机械工业联合会提出。 本文件由全国自动化系统与集成标准化技术委员会（SAC/TC159)归口。 本文件起草单位：西北工业大学、北京航空航天大学、北京机械工业自动化研究所有限公司、中国航
发商用航空发动机有限责任公司、清华大学、中国航空综合技术研究所、中车信息技术有限公司、中船重工信息科技有限公司、中国第一汽车集团有限公司、航天科工仿真技术有限责任公司、西安邮电大学、重庆大学、安世亚太科技股份有限公司、江苏长江智能制造研究院有限责任公司、青岛海尔工业智能研究院有限公司、东华大学、中车唐山机车车辆有限公司、中机研标准技术研究院（北京)有限公司、中国电子技术标准化研究院、国家工业信息安全发展研究中心、同济大学、深圳华龙讯达信息技术股份有限公司、 金航数码科技有限责任公司、剑维软件技术（上海）有限公司、聊城大学、金蝶软件（中国)有限公司、建筑材料工业信息中心、北自所北京)科技发展股份有限公司、罗克韦尔自动化（中国)有限公司。
本文件主要起草人：张映锋、任磊、尹作重、黄彬彬、赵曦滨、黄博、任杉、王海丹、吴灿辉、赵永宣、 张霖、张宝岭、藏大昕、吴清财、朱学武、李孝斌、段海波、刘玉明、张洁、任涛林、刘新、韩立新、刘义、周亚勤、 赖李媛君、蔡卫华、江沛、武斌、潘康华、李根梓、李君、胡琳、文莎、孙群、孙发亮、何宏宏、刘敏、董磊、 戴宝纯、韩冬阳、孙承武、陈曦、徐慧、任建勋、吴洪文、张亚杰、李岩、陈超。
I GB/T 41723—2022
引言
复杂产品的设计、制造和服务等过程涉及不同领域、学科、系统间的关联和耦合。为了提高复杂产品研发制造、运营维护等过程的效率和质量，提升其主要业务的管控水平和本身的智能化水平，包括实时仿真和预测复杂产品性能、建立复杂产品虚拟空间和物理空间的实时映射与交互关系、基于虚拟空间仿真结果指导和控制复杂产品物理实体、促进设计-制造-服务各阶段主要业务的一体化协同、提升复杂产品自诊断和自决策能力等，函需采用新一代信息技术和先进数据分析技术对复杂产品的设计、制造和服务等过程进行智能化管控。
本文件提出的复杂产品数字李生体系架构从设计、制造和服务等生命周期阶段出发，采用数字李生技术，建立和管理复杂产品设计、制造和服务过程的虚实数据和数字李生模型，进而实现数字李生驱动下的复杂产品设计、制造和服务的虚实空间实时映射、业务活动交互协同，为规划新一代复杂产品或智能化升级复杂产品提供解决方案和思路，形成具有自适应、自决策、自诊断、虚实交互等特征的智能化复杂产品。
Ⅱ GB/T41723—2022
自动化系统与集成复杂产品
数字李生体系架构
1范围
本文件规定了复杂产品数字李生体系架构，并具体规定了复杂产品在设计、制造和服务过程的虚实数据管理模块、数字李生模型模块、物理-虚拟空间同步映射模块、设计-制造-服务协同模块的逻辑架构与主要功能。
本文件适用于复杂产品设计、制造和服务过程的数字李生体系顶层规划与智能化升级。
2规范性引用文件
本文件没有规范性引用文件。
3术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1
复杂产品complexproducts 客户需求复杂、产品构成复杂、产品技术复杂、制造流程复杂、生产管理复杂的一类产品。 ［来源：GB/T36457—2018,3.1]
3.2
数字李生digitaltwin 由物理资产、虚拟镜像和用户界面组成的混合模型［来源：ISO/TR24464：2020,3.1.4]
3.3
复杂产品数字李生 complexproductdigital twin 集成了多学科、多物理场、多尺度、多概率的数字化模型集合，可以充分利用逼真物理模型、传感器、
运行历史等数据，在虚拟空间中完成对物理实体的实时映射，反映复杂产品物理实体设计、制造和服务过程的物理活动，并与其产生虚实交互效应。 3.4
大数据bigdata 复杂产品在设计、制造和服务过程产生的海量、多源、异构实时/非实时数据，具有数据量大、数据种
类繁多、数据产生速度快、数据变化更新速度快的特性，可采用可扩展技术进行存储、处理、管理和分析。
［来源：ISO/IEC20546：2019，3.1.2，有修改］
3.5
基于模型的定义 model based definition 由精确几何实体、相关3D几何、3D标注及属性构成的数据集定义的完整的产品定义。 ［来源：GB/T36252—2018,3.1.3]
1 GB/T41723—2022
3.6
同步synchronization 复杂产品数字李生模型与其物理实体之间的实时耦合，表现为数字李生模型以适当的速率更新至
物理实体的状态。 3.7
仿真simulation 基于模型的活动，即利用模型来复现实际系统中发生的某些本质过程，并通过对系统模型的实验来
研究、分析、改进实际中存在或设计中的系统。 3.8
校核 verification 评估模型、仿真及其相关数据对开发人员的概念描述和规范的表征程度的过程。
3.9
验证 validation 从预期使用用途角度，评估模型、仿真及其相关数据表征真实世界的准确程度的过程。
3.10
确认accreditation 对模型、仿真及其相关数据的官方认可，表明其适用于特定的目的。
4 缩略语
下列缩略语适用于本文件。 AR：增强现实（AugmentedReality） CAD：计算机辅助设计（ComputerAidedDesign） CAE：计算机辅助工程（ComputerAidedEngineering） DDBS：分布式数据库系统（DistributedDataBaseSystem） DTA-CP：复杂产品数字李生体系架构(DigitalTwinArchitectureofComplexProduct) FEA：有限元分析（FiniteElementAnalysis） HDFS：Hadoop分布式文件系统（HadoopDistributedFileSystem) MBD：基于模型的定义（ModelBasedDefinition） MES：制造执行系统（ManufacturingExecutionSystem） MR：混合现实（MixedReality） MRO：维护维修大修（Maintenance，RepairandOverhaul) NoSQL：非关系型数据库（NotonlyStructuredQueryLanguage） PDM：产品数据管理（ProductDataManagement) PMI：产品制造信息（ProductManufacturingInformation) RFID：射频识别（RadioFrequencyIdentification) VR：虚拟现实(VirtualReality) VV&A：校核、验证与确认（Verification，ValidationandAccreditation) XML：可扩展标记语言（ExtensibleMarkupLanguage） XR：扩展现实（ExtendedReality) 3D：三维（3-dimensional) 2 GB/T 41723—2022
5DTA-CP体系架构
5.1 概述
DTA-CP体系架构从功能及业务实施角度，包括物理空间层、虚实数据管理层、数字李生模型层、 业务交互层和应用与决策层，如图1所示。本文件从数据、模型和业务交互角度阑述支撑DTA-CP实施的主要模块功能及主要模块间交互协作的逻辑关系，并简要概述数据、模型和业务与物理空间层、面向行业应用框架的应用与决策层之间的逻辑关系。
应用与 虚实交互 分析预测 人机协同 智能决策
决策层
业务交互层
物理-虚拟空间同步映射
设计-制造-服务协同
本文件的适用范围
金服务数字李生模型
数字李生
模型层 设计数字李生模型
制造数字李生模型
金管理层 数据采集
金大数据存储与管理
虚实数据
数据预处理
数据增值计算
物理空间层
> 复杂产品制造
> 复杂产品服务
复杂产品设计
A
层级/功能/
复杂产品生命周期阶段
M
模型
层级内交互 层级间交互图1 DTA-CP体系架构
5.2 物理空间层
物理空间层是复杂产品在设计、制造、服务过程中所处的物理世界，在复杂产品开展各种业务活动时，产生多源、异构的业务过程数据，与复杂产品虚拟空间形成实时映射和交互，执行或开展复杂产品的各项物理活动等。
虚实数据管理层虚实数据管理层从物理空间层获取设计、制造和服务过程的多源异构数据，如产品设计、加工质量、
5.3
装配信息、运行参数、环境工况、维修信息等，从数字李生模型层获取仿真、分析预测、验证等结果信息，比如复杂产品性能、行为状态仿真结果等，通过数据预处理过程对数据进行清洗、集成、融合等操作，采取合适的大数据存储与管理方式对数据进行统一管理，并采用先进算法及仿真模拟模型从处理过的数据中挖掘出设计、制造和服务增值信息，支撑复杂产品设计、制造和服务过程的各项业务活动。
3 GB/T 41723—2022
5.4 数字李生模型层
在获取复杂产品设计、制造和服务过程数据的基础上，依托三维建模软件、仿真软件、人工智能算法等手段，结合复杂产品设计、制造和服务过程外部实体模型，建立复杂产品设计数字李生模型、制造数字李生模型和服务数字李生模型，直接与物理空间层进行虚实交互，如根据物理空间实时状态在虚拟空间开展同步仿真、仿真结果传递至物理空间，为物理空间的各项活动提供仿真、验证、优化和指导。复杂产品数字李生模型应从设计过程开始建立，对制造、服务等过程提前开展验证，并逐步迭代和完善形成设计、制造、服务数字李生模型。 5.5 业务交互层
业务交互层建立物理-虚拟空间同步映射和设计-制造-服务协同等主要模块，将复杂产品物理空间数据传输至虚拟空间以支撑数字李生模型的实时映射、仿真和验证，基于虚拟空间的仿真结果指导、控制和优化复杂产品的物理活动，实现复杂产品虚实交互和以虚控实的智能管理；在复杂产品设计、制造和服务过程数据采集与管理的基础上，贯通复杂产品设计、制造和服务阶段业务，建立阶段内和跨阶段业务活动实时传递、交互和反馈的控制逻辑，实现复杂产品设计-制造-服务一体化协同管理。复杂产品宜以数字李生模型为基础，协同规划、验证和实施设计、制造、服务过程的业务活动。 5.6应用与决策层
DTA-CP的数据采集与管理、数字李生模型和业务交互层进行服务化封装后，会形成应用与决策层的各类控制和决策软件/平台进行集成和交互，实现虚实交互、分析预测、人机协同、智能决策等应用。
6DTA-CP主要模块的逻辑架构和功能
6.1 虚实数据管理逻辑架构和功能 6.1.1概述
虚实数据管理逻辑架构如图2所示，应具备但不限于6.1.2～6.1.5的功能。
数字李生模型层
设计、制造、服务数据增值计算
大数据存储与管理
产品服务数据增值
产品设计数据增值
产品制造数据增值
物理实体数据
融合数据
虚拟数据
人工智能算法和分析模型
数据预处理
数据采集
数据（设计、 制造、服务）
数据融合
数据降维
数据清洗
数据转换
输入/输出
内部模型
功能模块
内部数据
图2 虚实数据管理逻辑架构