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1、 ICS 35.240 CCS L 65 制造业数字化仿真 分级 Digital simulation in manufacturing industryGrading 中关村信息技术和实体经济融合发展联盟中关村信息技术和实体经济融合发展联盟 发布发布 团团 体体 标标 准准 T/AIITRE 210022022 2022-04-18 发布 2022-04-18 实施 T/AIITRE 210022022 I 目 次 前 言.II 引 言.III 1 范围.1 2 规范性引用文件.1 3 术语和定义.1 4 制造业数字化仿真分级原则.2 4.1 通用性.2 4.2 等级性.2 4.3 实操性.
2、2 5 制造业数字化仿真等级划分要素.2 6 制造业数字化仿真分级模型.2 7 制造业数字化仿真等级要求.3 7.1 原理演示（0 级）.3 7.2 辅助参考（1 级）.3 7.3 决策依据（2 级）.3 7.4 正向驱动（3 级）.4 附 录 A（资料性）.5 参 考 文 献.6 T/AIITRE 210022022 II 前 言 本文件按照 GB/T 1.1-2020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。本文件由中关村信息技术和实体经济融合发展联盟提出并归口。本文件起草单位：国家工业信息
3、安全发展研究中心、北京临近空间飞行器系统工程研究所、北京航空航天大学、清华大学、安世亚太科技股份有限公司、西安科宇馨盛工程咨询有限公司、卡奥斯工业智能研究院（青岛）有限公司、中车长春轨道客车股份有限公司、中国航空发动机研究院、北京汽车股份有限公司、浙江省标准化研究院。本文件主要起草人：李君、文莎、铁鸣、张霖、李清、田锋、唐毅强、吴春涛、任涛林、张克木、唐梓杰、白国利、王勇、路妍、蒋建平。T/AIITRE 210022022 III 引 言 数字化仿真是实现制造业数字化转型的重要解决方案，是数字化研发设计、生产制造、运营管理等活动中重要的方法工具。当前，纵观中国企业的仿真现状，面临大企业“假仿真
4、”、小企业“无仿真”的困局，昂贵的仿真软件、人员成本使广大的中小企业对数字化仿真踌躇不前，而具备开展仿真条件的大中型企业中，相当一部分仅限于演示和展示，数字化仿真并未真正成为指导生产的依据，仿真的效用效能远没有得到充分发挥。其中重要的一个原因，是因为缺少一套系统的标准来明确规范不同级别的仿真应达到的水平和能力要求，导致行业内无法统一评判企业仿真水平和能力的高低；而对于制造企业，在围绕战略目标开展数字化仿真的过程中，对于其仿真应达到的能力目标、可实现提升的路径、可使用的方法工具、可发挥的效用效能尚不清晰。因此，制定制造业数字化仿真分级标准，以标准为抓手，规范制造业数字化仿真应用实践，切实引导制造
5、企业应用数字化仿真提升业务能力，不断构建完善科学的、适宜的数字化仿真能力体系，是当今制造行业广大企业的迫切需求。为响应行业需求，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，从规范并引导制造业系统推进数字化仿真深度应用的角度，给出了制造业场景下数字化仿真分级模型和各等级要求，是一项通用性、综合性、引导性的标准，与该系列中其他标准形成配套。制造业数字化仿真系列标准拟组成如下：制造业数字化仿真 分类。目的在于对制造业正在使用和最新涌现的数字化仿真进行分类、梳理和描述，引导制造企业系统认识从而深入开展数字化仿真实践。制造业数字化仿真 分级。目的在于确定制造业数字化仿真等级划分要素，确
6、立制造业数字化仿真分级模型，规定各等级的具体要求，引导制造企业逐级提高数字化仿真应用水平与能力。制造业数字化仿真 通用管理要求。目的在于给出制造业数字化仿真的通用管理要求，为制造企业科学开展数字化仿真全过程有效管控提供依据。制造业数字化仿真 建模过程规范。目的在于对制造业数字化仿真中建模的各个阶段活动给出统一规范，为制造企业科学规范地开展满足业务需求的仿真建模活动提供依据与指引。制造业数字化仿真 仿真环境要求。目的在于对制造业数字化仿真环境的构建与应用提出要求，引导制造企业根据差异化的仿真需求构建适宜的仿真环境。T/AIITRE 210022022 1 制造业数字化仿真 分级 1 范围 本文件
7、给出了制造业数字化仿真分级原则、等级划分要素及分级模型，并规定了各等级的具体要求。本文件适用于制造业的数字化仿真分级。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）适用于本文件。T/AIITRE 21001-2022 制造业数字化仿真 分类 T/AIITRE 21003-2022 制造业数字化仿真 通用管理要求 T/AIITRE 21004-2022 制造业数字化仿真 建模过程规范 T/AIITRE 21005-2022 制造业数字化仿真 仿真环境要求
8、 3 术语和定义 T/AIITRE 21001-2022、T/AIITRE 21003-2022、T/AIITRE21004-2022 和 T/AIITRE 21005-2022 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1 数字化仿真 digital simulation 利用数字模型复现真实系统中的特定特性或过程，并通过对模型的实验来研究、分析、改进现实中存在或设计中的系统。3.2 数字化仿真模型 digital simulation model 经仿真计算机软件和硬件实现，由系统的数学模型转换得到的对现实世界数字化形式的抽象表达。3.3 集成验证 integration verifica
9、tion 集成各方面的数字化仿真模型对实际系统进行验证的过程。3.4 原理性仿真软件 principle simulation software 集成各方面的数字化仿真模型对实际系统进行验证的过程。3.5 仿真可信度 simulation reliability 仿真系统与仿真目的相适应的程度。注：由仿真系统与原型系统之间相似性决定。T/AIITRE 210022022 2 3.6 数字化验证 digital verification 利用仿真模型，运用软件工具、系统平台等数字化手段，在搭建的数字化实验环境中，对产品设计方案进行验证，以观察其是否与设计意图的相应数据相符的过程。4 制造业数字化
10、仿真分级原则 4.1 通用性 制造业数字化仿真分级考虑制造业数字化仿真的共性特征，保证分级对于制造业全行业的数字化仿真具有通用性。4.2 等级性 制造业数字化仿真分级具有阶梯状的等级性，从最低级到最高级逐等级递进，引导企业依据标准逐级提升数字化仿真应用水平。4.3 实操性 制造业数字化仿真分级具有实际可操作性，便于依据标准进行制造业数字化仿真水平定级。5 制造业数字化仿真等级划分要素 基于以下3个要素对制造业数字化仿真等级进行划分：仿真实验替代实物实验的程度；仿真结果在生产实践中发挥作用的程度；仿真模型对仿真对象的复现程度。6 制造业数字化仿真分级模型 综合考虑制造业数字化仿真等级划分各要素，
11、将制造业数字化仿真划分为如下0级3级共四个等级，见图1：a）0级：原理演示。企业可运用原理性仿真软件对制造原理、过程进行演示性仿真，仅限于分析研究和实验测试，仿真结果无法指导生产，企业无法对产品的设计、制造与运维等制造活动进行数字化验证，均采用实物实验进行验证。0级不是无数字化仿真；b）1级：辅助参考。企业可运用某种仿真软件开展单元级离线仿真和验证，仿真模型可较准确的反映仿真对象某一方面的功能、性能，仿真结果可作为制造活动辅助参考，辅助开展产品小批量试制；c）2级：决策依据。企业可基于集成多个仿真软件的仿真平台开展系统级协同仿真，仿真模型可较准确的反映仿真对象多个方面的功能、性能，仿真结果可作
12、为制造活动的决策依据，指导开展产品小批量生产，实现产品数字化集成验证，支持网络化协同、平台化设计业务模式；d）3级：正向驱动。企业可对仿真对象从不同领域、不同维度、不同尺度建立仿真模型，并实现模型的融合与交互调用，以反映仿真对象的综合功能、性能，可开展实时在线仿真对制造活动进行实时操控、在线优化，仿真结果驱动产品迭代创新，支持大批量个性化定制、服务化延伸业务模式。面向制造业的数字化仿真等级与划分要素的关系见附录 A。T/AIITRE 210022022 3 原理性仿真（原理性仿真（0级）关键环节验证（级）关键环节验证（1级）系统性集成验证（级）系统性集成验证（2级）级）数字孪生（数字孪生（3级
13、）级）决策依据（2级）正向驱动（3级）辅助参考（1级）原理演示（0级）图 1 制造业数字化仿真分级模型 7 制造业数字化仿真等级要求 7.1 原理演示（0 级）处于0级，即原理演示级的制造企业，应达到下列要求：a）企业可运用原理性仿真软件进行演示性仿真；b）企业可对产品的外观样式、结构组成、生产流程等基本属性进行模拟仿真，可对原理性数据进行基本计算分析，但仿真精度和分析结果尚不能用于指导生产实践；c）仿真在企业的运营活动中，仅用于对制造过程底层机理和流程环节进行演示展示，尚不能作为指导生产的依据；d）无法对产品的设计、制造与运维等进行数字化验证，均采用实物实验进行验证。7.2 辅助参考（1 级
14、）处于1级，即辅助参考级的制造企业，应达到下列要求：a）企业可基于某种仿真软件对制造过程中的单个部分、单个方面、单个模块的功能、性能及其他特性开展单元级离线仿真和验证；b）产品的参数和流程的仿真结果可作为制造活动的参考，部分关键参数或流程的仿真精度可满足生产需求，根据仿真结果开展产品小批量试制；c）企业针对部分仿真活动建立了仿真模型库、算法库，可快速调用模型、算法开展建模和仿真实验，但不同仿真模型库、算法库尚未实现集成连通；d）仿真实验可在受限的环境条件下，对实物实验进行补充或替代，与实物实验相结合共同实现产品部分关键参数和流程的验证；e)可支持参数化的数字化研发设计模式。7.3 决策依据（2
15、 级）处于 2 级，即决策依据级的制造企业，应达到下列要求：a）企业可基于集成多个仿真软件的仿真平台对制造过程中的多个部分、多个方面、多个模块的功能、性能及其他特性进行系统级的协同仿真活动；b）企业可对复杂产品的参数、复杂流程、及多学科特性和技术依赖关系、环境交互关系进行等复杂 属性进行高精度、高仿真可信度且全面综合的仿真，仿真结果可作为制造活动的开展依据，按照仿真结果进行小批量生产；c）企业可运用大数据、人工智能、AR/VR等先进信息技术，建立涵盖人工智能、孪生映射、多智能体等复杂模型的模型库，和调度、预测、决策等算法库，实现了模型库与算法库的集成连通，并针对高实时性、高交互性等不同需求，实
16、时调用相应模型和调度控制算法；d）企业建立了支持企业内部业务的云平台，可协同使用云端和边缘端的仿真、计算等资源，通过开展云仿真、云边协同仿真，满足其仿真全生命周期活动的需求；T/AIITRE 210022022 4 e)仿真实验可在受限的环境条件下替代一部分实物实验，或者在非受限的环境条件下，与实物实验相结合，共同完成产品数字化验证；f)可支持网络化协同、平台化设计业务模式。7.4 正向驱动（3 级）处于 3 级，即正向驱动级的制造企业，应达到下列要求：a）企业可运用跨平台、跨地域的分布式计算集群等分布式架构的多平台对企业各项制造相关活动进行体系级协同仿真；b）企业可对仿真对象从不同领域、不同
17、维度、不同尺度建立仿真模型，并实现模型的融合与交互调用，以反映仿真对象的综合功能、性能；c）在模型库与算法库集成与实时调度的基础上，企业可对仿真对象进行实时映射，其映射模型可根据真实场景的自动数据采集进行自适应的调整优化，仿真结果可正向驱动研发设计、生产制造、运行维护等实践与创新活动；d）企业建立了覆盖业务链上下游的云平台，实时监控业务链动态，将仿真资源和仿真能力虚拟化、服务化，构成仿真资源和仿真能力的服务云池，并进行统一的、集中的管理和经营，基于服务云池创新业务模式，为有仿真需求的企业通过网络和云端随时提供仿真资源与能力服务，通过云端资源能力共享创建仿真生态，高精度、高效率完成产品全生命周期
18、实时仿真活动，协同、持续优化仿真资源与能力；e）企业可在非受限的环境条件下，进行全流程数字化验证，完全替代实物实验；f）可支持大批量个性化定制、服务化延伸业务模式。T/AIITRE 210022022 5 附 录 A（资料性）制造业数字化仿真等级与划分要素的关系 表A.1给出了制造业数字化仿真等级与各主要划分要素的关系。表 A.1 制造业数字化仿真等级与划分要素的关系 制造业数字化仿真级别 仿真实验替代实物实验的程度 仿真结果在生产实践中发挥作用的程度 仿真模型对仿真对象的复现程度 原理演示（0 级）全部实物实验验证 无法指导生产 对仿真对象进行基础展示 辅助参考（1 级）部分替代实物实验 辅助小批量试制 较准确的反映仿真对象某一方面的功能、性能 决策依据（2 级）有条件替代实物实验 指导小批量生产 较准确的反映仿真对象多个方面的功能、性能 正向驱动（3 级）完全替代实物实验 指导大批量生产并驱动产品创新 可对仿真对象的综合功能、性能进行实时映射 T/AIITRE 210022022 6 参 考 文 献 1 GB/T 26101-2010 机械产品虚拟装配通用技术要求 2 ISO 26262-2:2018 Road vehicles Functional safety Part 2:Management of functional safety