2023制造业数字化仿真 分类

制造业数字化仿真 分类 （2023） 目 次 1 范围 1 2 规范性引用文件 1 3 术语和定义 1 4 分类原则 1 4.1 通用性 1 4.2 正交性 1 4.3 全面性 1 5 分类维度 1 5.1 概述 1 5.2 制造业数字化仿真应用维度 2 5.3 制造业数字化仿真系统维度 2 5.4 制造业数字化仿真方法维度 2 6 从制造业数字化仿真应用的维度分类 2 6.1 概述 2 6.2 从制造业生产类型子维度分类 2 6.2.1 离散型制造仿真 2 6.2.2 流程型制造仿真 3 6.2.3 混合型制造仿真 3 6.3 从产品生命周期子维度分类 3 6.3.1 面向需求的仿真 3 6.3.2 面向设计的仿真 3 6.3.3 面向工艺的仿真 3 6.3.4 面向生产制造过程的仿真 3 6.3.5 面向试验验证的仿真 3 6.3.6 面向维护回收的仿真 3 6.3.7 面向其他过程的仿真 4 6.4 从制造系统范围子维度分类 4 6.4.1 设备级仿真 4 6.4.2 产线级仿真 4 6.4.3 车间级仿真 4 6.4.4 企业级仿真 4 6.4.5 跨企业级仿真 4 7 从制造业数字化仿真系统的维度分类 4 7.1 概述 4 7.2 从制造业数字化仿真系统的运行模式子维度分类 4 7.2.1 制造业离线仿真 4 7.2.2 制造业在线仿真 4 7.2.3 制造业混合模式仿真 5 7.3 从制造业数字化仿真系统架构子维度分类 5 7.3.1 面向制造业的单机仿真 5 7.3.2 面向制造业的云仿真 5 7.3.3 面向制造业的边缘仿真 5 7.3.4 面向制造业的云边协同仿真 5 7.3.5 基于其他系统架构的制造业数字化仿真 5 8 从制造业数字化仿真方法的维度分类 5 8.1 概述 5 8.2 从制造业数字化仿真的学科原理子维度分类 5 8.2.1 几何学仿真 5 8.2.2 结构力学仿真 5 8.2.3 流体力学仿真 5 8.2.4 动力学仿真 5 8.2.5 电子电路仿真 6 8.2.6 电磁仿真 6 8.2.7 光学仿真 6 8.2.8 声学仿真 6 8.2.9 热力学仿真 6 8.2.10 化学仿真 6 8.2.11 控制仿真 6 8.2.12 运筹学仿真 6 8.2.13 面向其他学科原理的数字化仿真 6 8.3 从制造业数字化仿真的模型原理子维度分类 6 8.3.1 基于连续模型的制造业仿真 6 8.3.2 基于离散事件模型的制造业仿真 6 8.3.3 基于概率统计模型的制造业仿真 7 8.3.4 基于人工智能模型的制造业仿真 7 8.3.5 基于多智能体模型的制造业仿真 7 8.3.6 基于其他模型的制造业仿真 7 9 分类汇总 7 参 考 文 献 10 Ⅱ 前 言 本标准按照GB/T 1.1-2020给出的规则起草。 本文件由中关村信息技术和实体经济融合发展联盟提出并归口。 本标准起草单位： 本标准主要起草人： 引 言 随着互联网、大数据、人工智能等新一代信息技术与制造业持续深度融合，加快数字化转型步伐，发挥数字化手段对制造业全要素生产率的提升作用是当前制造业的普遍共识和共同选择。数字化仿真是推进制造业数字化转型的重要解决方案，在一定程度上反映了制造业数字化转型的水平和程度。深入利用数字化仿真，对于制造企业降低开发成本、提升自主创新能力、抢占市场竞争优势，打造资源节约型、环境友好型、持续创新型企业具有重要的作用。 当前，数字化仿真已在众多制造领域产品研发设计中得到大量应用，并扩展到生产制造、试验验证、运行维护等全生命周期中，成为制造活动中必不可少的方法工具。然而，大多数制造企业，对数字化仿真的认识和运用不够深入和系统，阻碍了数字化仿真效能的充分发挥。总体来看，我国制造业数字化仿真的应用水平尚处于起步阶段。 为加快数字化仿真在制造业的深度应用和普及推广，为制造业开展数字化仿真提供依据和指引，研制形成了制造业数字化仿真系列标准。本标准作为该系列标准之一，从多个维度对制造业正在使用和尚待发展的数字化仿真进行了分类梳理和系统阐述，是制造业数字化仿真系列标准中基础性标准，与该系列中其他标准形成配套。该系列其余标准为： ——制造业数字化仿真 分级 ——制造业数字化仿真 通用管理要求 ——制造业数字化仿真 建模过程规范 ——制造业数字化仿真 仿真环境要求 III 制造业数字化仿真 分类 1 范围 本文件规定了制造业数字化仿真分类原则、分类维度和制造业数字化仿真分类。 本文件适用于制造业数字化仿真应用。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T 230XX-XXXX 制造业数字化仿真 分级 SJ/T XXXXX-XXXX 制造业数字化仿真 通用管理要求 SJ/T XXXXX-XXXX 制造业数字化仿真 建模过程规范 SJ/T XXXXX-XXXX 制造业数字化仿真 仿真环境要求 3 术语和定义 3.1 制造业数字化仿真 Manufacturing Digital simulation 针对制造业全生命周期各个环节，利用数字化模型复现实际系统中发生的某些本质过程，并通过对模型的实验来研究、分析、改进实际存在或尚处于设计阶段的系统的一系列活动。以下简称仿真。 4 分类原则 4.1 通用性 制造业数字化仿真分类应考虑制造业的共性特征，保证分类对于制造业全行业各细分领域的数字化仿真具有通用性。 4.2 正交性 制造业数字化仿真从多个不同维度进行分类，同一维度下分为多个类别，不同的维度之间，同一维度的不同类之间保证不重复、不交叉，彼此正交。 4.3 全面性 制造业数字化仿真分类应包含制造业中正在使用和尚在发展的各类数字化仿真，保证覆盖的全面性。 5 分类维度 5.1 概述 按照分类原则，以制造业数字化仿真应用为牵引、仿真系统为支撑、仿真方法为依据，从制造业数字化仿真应用、制造业数字化仿真系统和制造业数字化仿真方法三个彼此关联、互相正交的维度进行划分，并在此基础上进行进一步细分。如图1所示，在制造业数字化仿真应用维度，按照制造业生产类型、产品生命周期、制造系统范围等子维度进一步细分；在制造业数字化仿真系统维度，按照制造业数字化仿真系统运行模式、制造业数字化仿真系统架构等子维度进行细分；在制造业数字化仿真方法维度，按照制造业数字化仿真的学科原理、制造业数字化仿真模型原理等子维度进行细分。 5.2 制造业数字化仿真应用维度 制造业数字化仿真应用维度从制造业对数字化仿真应用的场景出发，按照制造业生产类型、产品生命周期、制造系统范围等子维度对制造业数字化仿真进行分类，体现开展数字化仿真的内在牵引和本质驱动。 5.3 制造业数字化仿真系统维度 制造业数字化仿真系统维度从制造业数字化仿真支撑系统的特点出发，按照制造业数字化仿真系统运行模式、系统架构等子维度对制造业数字化仿真进行分类，为制造业数字化仿真系统的建立提供依据，是开展数字化仿真的重要基础和支撑。 5.4 制造业数字化仿真方法维度 制造业数字化仿真方法维度从制造业数字化仿真运用的方法原理出发，按照制造业数字化仿真学科原理、仿真模型原理等子维度对制造业数字化仿真进行分类，为开展制造业数字化仿真提供针对性的方法模型参考，是开展数字化仿真的方法依据。 图1 制造业数字化仿真分类维度 6 从制造业数字化仿真应用的维度分类 6.1 概述 根据数字化仿真在制造行业中应用的具体场景、具体制造环节，按照制造业生产类型、产品生命周期和制造系统范围三个子维度对制造业数字化仿真进行细分。 6.2 从制造业生产类型子维度分类 6.2.1 离散型制造仿真 在离散型制造工业场景下，针对离散制造全生命周期过程所进行的一类仿真活动。通常具备以下特点： a) 离散制造业仿真应考虑离散型制造行业产品的多体动力学、多学科、多粒度、多尺度等特性，对产品设计参数、多学科性能以及产品生命周期其他阶段进行数字化仿真分析和优化， b) 离散制造业仿真应针对离散型制造行业生产过程不连续、变化多，生产计划受动态订单影响大的问题，采用离散事件系统仿真方法对其生产过程、生产调度过程进行仿真。 6.2.2 流程型制造仿真 在流程型制造工业场景下，针对流程制造全生命周期过程所进行的一类仿真活动。通常具备以下特点： a) 流程制造业仿真应考虑流程制造行业产品物料的化学物理特性及加工设备的反应条件，通常包含稳态过程仿真和动态过程仿真，以分析、优化工艺流程； b) 流程制造业仿真应针对流程型制造行业生产过程连续、稳定的特点，采用连续系统仿真方法对其生产过程、生产调度过程进行仿真。 6.2.3 混合型制造仿真 在同时包含流程型制造过程和离散型制造过程的混合型制造工业场景下，针对混合制造全生命周期过程所进行的一类仿真活动。混合制造业仿真通常同时采用离散制造业仿真方法和连续制造业仿真方法。 6.3 从产品生命周期子维度分类 6.3.1 面向需求的仿真 为指导产品研发、生产、维护，在产品具体设计阶段之前，围绕客户对产品产生的各项具体需求所进行的一类仿真活动，以模拟用户需求、分析需求科学性，如用户需求仿真、产品性能需求仿真。 6.3.2 面向设计的仿真 在产品设计阶段（包含对产品的概念设计、架构设计、分系统详细设计等），为论证、优化设计方案，使用细分领域各类计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助分析（CAE）等软件生成产品仿真模型，对所设计产品的性能进行仿真的活动，如产品物理特性仿真、产品功能特性仿真、产品协同设计过程仿真等。 6.3.3 面向工艺的仿真 为预先验证加工工艺的可行性、发现并解决加工工艺问题，保证投产成功率，使用对应的计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助工艺规划（CAPP）、化工流程模拟等软件，对产品加工工艺进行预先验证的一类仿真活动，如产品机加工工艺（切削，焊接，涂装等）仿真、过程工业工艺流程仿真等。 6.3.4 面向生产制造过程的仿真 为协调匹配各类生产资源、提高生产效率、快速响应生产任务、降低投产错误成本，对产品实际生产制造过程、装配过程等进行的一类仿真活动，如产线布局仿真、生产排程仿真、装配仿真、生产设备仿真、人员调度仿真、物流仓储仿真、过程控制仿真。 6.3.5 面向试验验证的仿真 为降低测试投入、保障测试过程安全、提高测试质量，针对产品制造过程中的试验、测试、质量检验等环节所进行的一类仿真活动，如基于虚拟仪器的虚拟测试仿真、基于软件仿真的虚拟测试、基于虚拟现实的虚拟测试、基于孪生体模型的虚拟试验。 6.3.6 面向维护回收的仿真 为产品或设备使用企业及时发现和处理故障，提高产品使用寿命，降低产品损失，并重复利用可用资源，减少环境污染，围绕产品或者设备的健康状态检测、安全检验、预测性维护以及回收利用、退役退出等所进行的一类仿真活动。如维护方案仿真、维护过程仿真、产品寿命预测、回收设备仿真、拆卸过程仿真、回收效益仿真等。 6.3.7 面向其他过程的仿真 除上述过程外，面向产品生命周期中其他过程开展的仿真活动。 6.4 从制造系统范围子维度分类 6.4.1 设备级仿真 为降低设备损坏和故障率，提高设备使用效率，针对单一生产设备，模拟设备真实运作情形所进行的一类仿