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1、数字孪生车间 第 1 部分：通用要求目次1 范围12 规范性引用文件13 术语和定义14 数字孪生车间体系架构及组成34.1 数字孪生车间体系架构34.2 数字孪生车间组成35 数字孪生车间技术要求55.1 物理车间要求55.2 车间孪生模型要求55.3 车间虚实交互要求55.4 车间孪生数据要求55.5 车间智能服务要求65.6 仿真要求65.7 与信息系统的集成要求65.8 数字孪生车间运行模型要求65.9 数字孪生车间应用要求75.10 文档要求76 数字孪生车间评价指标组成及量化方法76.1 指标设立原则76.2 指标权重确定原则76.3 数据可采性76.4 要素可控性76.5 数据完
2、备性86.6 车间连通性86.7 虚实交互一致性86.8 虚实交互实时性86.9 配置灵活性86.10 信息直观性86.11 功能集成性96.12 模式多样性96.13 数字孪生车间性能91数字孪生车间第 1 部分：通用要求1 范围本文件规定了数字孪生车间的术语与定义、数字孪生车间架构及配置、数字孪生车间通用要求、数字孪生车间评价指标组成及量化方法。本文件适用于数字孪生车间的设计、建设、应用和评估。2 规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件， 仅该日期对应的版本适用于本文件；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
3、文件。3 术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1数字孪生 digital twin数字孪生是一种促进物理实体实现高水平数字化、信息化、智能化的技术（手段），兼具以下特征：a) 利用数字化、形式化、虚拟化、语义化、可视化等方式创建物理实体的虚拟模型；b) 通过数据采集获取、传输交换的方式实现虚拟模型和相应物理实体之间的实时或低延时数据交互与状态映射；c) 能够基于虚拟模型数据实现状态监测、数据分析、过程仿真、结果预测、决策优化等有助于物理实体增值或优化的功能。3.2数字孪生车间模型 digital twin shop-floor model以物理车间为对象，利用数字孪生技术（手段）得到的与
4、之对应的虚拟模型。3.3物理实体 physical entity现实世界中客观存在并可相互区别的物体。3.4车间要素 shop-floor element物理车间中的物理实体，可归类为人员、设备、工具、物料、产品等。3.5车间信息系统 shop-floor information system基于计算机软硬件和网络环境，集成车间要素基本数据、车间要素配置数据、制造任务数据、工艺流程数据等多种数据资源，并实现对生产任务和生产运行过程进行监测、规划、管控、诊断、优化的软件系统。3.6数字孪生车间 digital twin shop-floor数字孪生车间是在新一代信息技术和制造技术驱动下，通过物理
5、车间与虚拟车间的双向真实映射与实时交互，实现物理车间、虚拟车间、车间服务系统的全要素、全流程、全业务数据的集成和融合，在车间孪生数据的驱动下，实现车间生产要素管理、生产活动计划、生产过程控制等在物理车间、虚拟车间、车间服务系统间迭代运行，从而在满足特定目标和约束前提下，达到车间生产和管控最优的一种车间运行新模式。3.7物理车间 physical shop-floor以生产对象（产品）所要求的人员、设备、工具、物料、工艺、知识为基础，由所有车间要素构成的对生产任务和生产运行过程进行实际执行的单元。3.8车间孪生模型 digital twin model of shop-floor以物理车间为对象
6、，利用数字孪生技术（手段）得到的与之对应的虚拟模型，即车间的数字孪生模型。包括全部的车间要素孪生模型。3.9要素孪生模型 digital twin model of element车间要素的数字孪生模型，包括人员孪生模型、设备孪生模型、工具孪生模型、物料孪生模型、产品孪生模型等。3.10车间孪生数据 data of digital twin shop-floor数字孪生车间中的所有数据，包括物理车间运行数据、物理车间历史数据、车间要素参数、信息系统数据、任务数据、车间孪生模型参数、仿真数据等，同时也包括基于上述数据处理得到或新生成的数据。3.11数字孪生车间交互 interaction in
7、digital twin shop-floor数字孪生车间内不同要素、要素孪生模型、服务之间的数据交换或状态映射。3.12虚实交互 interaction between elements and models属于数字孪生车间交互，特指车间要素以及与其对应的要素孪生模型之间的数据交换或状态映射。3.139数字孪生车间服务 digital twin shop-floor service能够以工具组件、中间件、功能模块等形式支撑数字孪生车间运行和满足不同业务需求的服务化封装好的数字孪生车间的各种功能及具有某种功能的事物（包括要素、模型、数据、交互、算法、仿真、可视化等），具有可请求、可调用、可分配
8、、可组合、可复用等特征。3.14数字孪生车间活动仿真digital twin shop-floorsimulation基于数字孪生模型在虚拟环境下对制造过程、制造环境、加工工艺、空间运动、物理属性、车间布局、设备配置、物流等进行分析、预测、评估和优化的活动。3.15数字孪生车间运行模式 digital twin Shop-floor Operation Mode数字孪生车间在不同需求驱动下的各种运行状态。4 数字孪生车间体系架构及组成4.1 数字孪生车间体系架构数字孪生车间应由物理车间、车间孪生模型、车间孪生数据、数字孪生车间服务和其之间的交互路 径五部分构成，如图 1 所示。其中，物理车间、
9、车间孪生模型、数字孪生车间服务和车间孪生数据四部分应具备基于交互路径进行实时数据交互能力，从而间接实现物理车间与车间孪生模型的动态状态映射。图1 数字孪生车间体系架构4.2 数字孪生车间组成数字孪生车间的组成应包括：硬件设备/设施、软件功能/系统。选项包括：必需、建议、自选，具体应根据应用需求根据表 1 进行功能选配。表 1 数字孪生车间组成选配数字孪生车间选配项选项必需建议自选硬件设备/设施数控生产设备/单元/产线数控辅助工具数控物流设备数控仓储设备数据采集/传感器设备数据存储设备数据传输/网络设备能源供应设备计算机/服务器设备人机交互设备软件功能/系统数字控制功能数据采集与监控功能表 1
10、数字孪生车间组成选配（续）数字孪生车间选配项选项必需建议自选软件功能/系统数据库/知识库设备联网功能信息接入功能目视化管理功能备份与存储功能生产指挥调度中心/总控室生产运作管理系统物流仓储管理系统供应链管理系统人力资源管理系统客户关系管理系统计算机辅助设计系统计算机辅助工程系统计算机辅助制造系统计算机辅助测试系统计算机辅助质量管理系统质量追溯系统基本业务办公系统产品数据管理系统产品全生命周期管理系统知识管理系统综合布线系统能效管理系统设备维护系统防差错管理系统安全管理系统应急指挥调度系统5 数字孪生车间技术要求5.1 物理车间要求物理车间应符合以下要求：a) 应满足数字孪生车间配置“硬件设备/
11、设施”部分的配置要求；b) 数控生产设备/单元/产线应具有模块化、集成化、一体化、数字化等特点，应具备数据采集功能和数据接口；c) 数控辅助工具应具有模块化、数字化等特点，应具备数据采集功能、数字控制功能和数据接口；d) 数控物流设备应具有模块化、数字化等特点，应具备数据采集功能、数字控制功能和数据接口；e) 数控仓储设备应具有模块化、数字化等特点，应具数据采集功能、数字控制功能和备数据接口；f) 数据采集/传感器设备应具有模块化、数字化等特点，应具备数据接口，建议具有数字控制功能；g) 数据存储设备应具备数据接口；h) 计算机/服务器设备应具备一定的本地运算能力和数据接口；i) 人机交互设备
12、应具备数字控制功能和数据接口；j) 能源供应设备应具备数据采集功能和数据接口；k) 数据传输/网络设备应具备将上述硬件设备/设施连接入网的能力。5.2 车间孪生模型要求车间孪生模型应满足以下要求：a) 应包括描述物理车间及车间要素几何形状、尺寸规格、空间位置姿态、空间位置关系（装配关系）等空间几何属性的几何模型；b) 应包括描述物理车间及车间要素材质、重量、温度、湿度、结构功能、机械特性、电磁特性、流体特性等物理属性及其变化规律的物理模型；c) 应包括描述物理车间及车间要素状态转移、受激响应、性能演化等行为属性及其变化规律的行为模型；d) 应包括描述物理车间及车间要素生产工艺流程、关联关系（约
13、束关系、依赖关系、递进关系等） 等既定规律和规则的规则模型；e) 应具有整体性、灵活性。应由模块化的、具有兼容性、可复用性特征的车间要素孪生模型关联/组装/融合获得，应能够根据业务需求进行重构或优化；f) 应具有准确性、有效性、可预见性。应能够动态精准映射物理车间实时状态，并能够通过仿真手段或数据处理方法一定程度地预测物理车间的未来状态；g) 应能够以直观可视的方式显示车间孪生模型状态和运行过程（直观性）；h) 车间孪生模型中的各要素孪生模型应具有数据接口，应能够有效连通数字孪生车间中物理车间中的各要素以及车间智能服务中的各服务，应具备实时交互功能（连通性）；i) 应具有时效性、自适应性、智能性。应能够在运行过程中实现自更新、自优化。除此之外，还应符合 T/CMIE.2-“数字孪生车间第 2 部分：模型构建”的有关规定。5.3 车间虚实交互要求车间虚实交互应满足以下要求：a) 虚实交互过程的时间延时应保证在可接受范围之内，即数据从物理车间要素和相应的要素孪生模型的其中一端发出至另一端收到所耗费的时间，应保证在可接受范围之内；b) 应保证虚实交互准确性、完整性、一致性。交互过程数据不漏传、不错传、不重复传；c) 应
