信息技术车间数字孪生参考架构

GB/T45873—2025 信息技术车间数字孪生参考架构 Informationtechnology—Digitaltwinforworkshop—Referencearchitecture 国 家 市 场 监 督 管 理 总 局国 家 标 准 化 管 理 委 员 会发布 目次 前言Ⅲ…………………………………………………………………………………………………………1范围1………………………………………………………………………………………………………2规范性引用文件1…………………………………………………………………………………………3术语和定义1………………………………………………………………………………………………4缩略语1……………………………………………………………………………………………………5车间数字孪生参考架构2…………………………………………………………………………………6车间数字实体3……………………………………………………………………………………………6.1孪生数据3……………………………………………………………………………………………6.2数字模型3……………………………………………………………………………………………7车间数字孪生应用4………………………………………………………………………………………7.1排产调度4……………………………………………………………………………………………7.2物流管理4……………………………………………………………………………………………7.3工艺优化4……………………………………………………………………………………………7.4质量控制4……………………………………………………………………………………………7.5设备管理5……………………………………………………………………………………………7.6产线重构5……………………………………………………………………………………………7.7能耗管理5……………………………………………………………………………………………7.8生产管控5……………………………………………………………………………………………7.9安全管控5……………………………………………………………………………………………8信息交互5…………………………………………………………………………………………………8.1孪生互动5……………………………………………………………………………………………8.2车间数字实体内部的交互6…………………………………………………………………………8.3车间数字实体与车间数字孪生应用的交互6………………………………………………………8.4企业管理系统与车间数字孪生应用的交互6………………………………………………………参考文献7……………………………………………………………………………………………………… 前言 本文件按照GB/T1.1—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。 本文件由全国信息技术标准化技术委员会(SAC/TC28)提出并归口。 本文件起草单位:北京航空航天 大 学、中 国 电 子 技 术 标 准 化 研 究 院、江 苏 赛 西 科 技 发 展 有 限 公 司、深圳赛西信息技术有限公司、北京小米移动软件有限公司、中国电子 工 程 设 计 院 股 份 有 限 公 司、东 南 大学、西安交通大学、北自所(北京)科技发展股份有限公司、金航数码科 技 有 限 责 任 公 司、重 庆 邮 电 大 学、北京东土科技股份有限公司、浪潮电子信息产业股份有限公司、东方电 气 集 团 数 字 科 技 有 限 公 司、浪 潮通用软件有限公司、北京电信规划设计院有限公司、浪潮工创(山东)智能制造 有 限 公 司、西 门 子(中 国)有限公司、浙江西图盟数字科技有限公司、北京航天万源科技有限公司、中国航空综合技术研究所、北京航天拓扑高科技有限责任公司、北京卫星环境工程研究所、本溪钢铁(集团)信 息 自 动 化 有 限 责 任 公 司、邦迪智能科技(上海)股份有限公司、中国兵器工业集团航空弹药研究院有限公司、潍柴动力股份有限公司、北京商询科技有限公司、中国海诚工程科技股份有限公司、长春金赛药业有限责任公司、北京中超伟业信息安全技术股份有限公司、成都银磁材料有限公司。 本文件主要起草人:陶飞、戚庆林、李佳、韩丽、程颖、程雨航、朱远哲、张星星、季旭、董昕阳、程星华、闫理跃、马立 群、刘 晓 军、张 树 蕊、刘 庭 煜、徐 俊、徐 慧、申 林、王 勇、张 晓 梅、张 焱、张 超、苑 森 康、马 腾、鹿海洋、何智勇、李家京、秦 念 彬、孙 铮、曹 佃 松、郭 成、吴 文 亮、易 航、张 祥 春、宫 建 华、金 小 辉、孟 凡 伟、崔健、王健、张谦、段雅琦、朱剑青、王琇玲、王先锋、刘欣昱、黄昆仑、罗远哲、柯华、陈海军。 信息技术车间数字孪生参考架构 1范围 本文件规定了车间数字孪生的参考架构以及车间数字实体、车间数字孪生应用、信息交互。 本文件适用于离散制造型车间、流 程 制 造 型 车 间、混 合 制 造 型 车 间 等 不 同 类 型 车 间 数 字 孪 生 的 规划、建设、运维。 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。 GB/T43441.1—2023信息技术数字孪生第1部分:通用要求 3术语和定义 GB/T43441.1—2023界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 3.1 物理车间physicalworkshop 为独立完成和执行实际生产任务,由所需要的人员、设备、工具和物料等以及车间布局、工艺流程等组成的基本单元。 注:物理车间包括离散制造型车间、流程制造型车间、混合制造型车间三种类型。 3.2 车间数字孪生digitaltwinforworkshop 具有保证物理状态和 虚 拟 状 态 之 间 以 适 当 速 率 和 精 度 同 步 数 据 连 接 的 物 理 车 间(3.1)的 数 字 化表达。 4缩略语 下列缩略语适用于本文件。 CAD:计算机辅助设计(Computer-AidedDesign)CAM:计算机辅助制造(Computer-Aided Manufacturing)CRM:客户关系管理(CustomerRelationshipManagement)ERP:企业资源规划(EnterpriseResourcePlanning)PDM:产品数据管理(ProductDataManagement)PLM:产品生命周期管理(ProductLifecycleManagement)SCM:供应链管理(SupplyChain Management) 5车间数字孪生参考架构 车间数字孪生参考架构包括物理车间、车间数字实体、车间数 字 孪 生 应 用,以 及 各 部 分 间 的 信 息 交互,见图1。 ———物理车间:由车间实体和关联关系组成,车间实体包括操作人员、制造设备、物料、环境等;关联关系包括车间布局、操作流程、工艺流程、物料分配等。———车间数字实体:包括孪生数据和数字模型。———车间数字孪生应用:基于物理车间和车间数字实体实现的车间管控应用,包括但不限于排产调度、物流管理、工艺优化、质量控制、设备管理、产线重构、能耗管理、生产管控、安全管控等。———信息交互:车间数字孪生各部分之间以及车间数字孪生与企业管理系统交换数据、控制信息和其他信息的过程,包括孪生互动。参与信息交互 的 对 象 包 括 物 理 车 间、车 间 数 字 实 体、车 间 数字孪生应用、企业管理系统以及车间数字实体内部各部分。 车间数字孪生的基本要求、功能要求、安全要求应符合GB/T43441.1—2023的规定。 注:虚线框部分不属于本文件车间数字孪生参考架构的组成部分。 6车间数字实体 6.1孪生数据 6.1.1测量感知数据 测量感知数据是指通过适当技术手段获取的孪生数据,应包括但不限于设备运行状态和位置、生产环境参数(如温度、湿度、光照等)、物料位置与状态、人员操作等实时数据。 6.1.2模型生成数据 模型生成数据是指在车间数字模型构建和运行过程中生成的并 应 用 于 外 部 交 互 的 数 据,应 包 括 但不限于仿真数据、模型运行结果数据等。 6.1.3车间应用数据 车间应用数据是指数字孪生系统运行过程中,各种车间数字孪生应用运行生成的用于管理的数据,应包括但不限于排产调度、物流管理、工艺优化、质量控制、设备管理、安全管理等数据。 6.1.4企业管理系统数据 企业管理系统数据是指来自企业管理系统(如CRM、ERP、PLM、PDM、SCM等)的数据,如生产计划、市场与客户、合作伙伴、车间设备供应商数据(如图纸、模型、操作文件等)等。 6.2数字模型 6.2.1几何模型 几何模型应对车间实体的外观形状、尺寸大小、内部结构、空 间 位 置、装 配 关 系 等 进 行 数 字 化 表 达。几何模型利用计算机图形学、CAD、CAM等领域的数字建模技术,结合各种数据采集和处理技术,构建车间三维几何信息。 6.2.2物理模型 物理模型应对物理车间的物理特征和功能特性等物理属性进行数字化表达。物理模型包括但不限于物理车间的物质性质、机械特性等,例如,机床刀具的力学性能、加工对象的热力学特性以及特殊车间电磁学特性、材料的膨胀系数和伸缩变形。 6.2.3行为模型 行为模型应对物理车间的行为特征和响应机制等行为属性进行数字化表达。 行为模型应反映外部变化与内部运行间的关系,如对物理车间的实际运行行为进行模拟,包括设备的运行状态、生产线的物流情况等。 6.2.4规则模型 规则模型应对物理车间的约束规则、关联规则、演绎规则及专 家 知 识 实 现 数 字 化 表 达,规 则 模 型 包括但不限于生产流程、设备维护规则、机床刀具疲劳、腐蚀退化规则等。 规则模型应支撑虚拟环境模拟物理车间的操作和管理。 7车间数字孪生应用 7.1排产调度 应利用数字孪生基于生产计划对资源进行智能化管理、调度和优化的服务。通过排产方案制定、实时调度调整、可视化监控与分析以及决策支持与优化等手段,对资源调度方案进行动态迭代优化、纠偏,包括排产方案制定、实时调度调整、可视化监控与分析、决策支持与优化。 a)排产方案制定:应按照生产计划,基于实时 和 历 史 生 产 数 据,结 合 工 装 与 设 备 状 态、物 料 库 存、资源规则约束等因素,生成最优排产方案。b)实时调度调整:应 实 时 监 控 生 产 现 场 的 数 据 变 化,如 设 备 故 障、物 料 短 缺、计 划 变 更 等 异 常。在超过警戒阈值后,自动触发排产调度方案的调整/优化。c)可视化监控与分析:应将生产计划和调度的执行情况以图形化的方 式 展 示 出 来。通 过 对 生 产过程中的各项指标进行 数 据 挖 掘 和 分 析,找 出 影 响 生 产 计 划 执 行 的 堵 点 和 瓶 颈,并 提 出 改 进建议。d)决策支持与优化:应基于排产调度的时序数据和历史数据,结合决策 模 型 进 行 智 能 决 策 支 持。通过持续优化算法的应用,不断对排产调度方案进行迭代优化。 7.2物流管理 应利用数字孪生实现物料监控分析和虚拟仿真测试的服务,包括物料监控分析、虚拟仿真测试。 a)物料监控分析:应实时获取物料在库与在 途、物 料 齐 套、物 料 有 效 期、替 代 料、出 入 库 记 录 等 各项数据,优化仓储方案和物料出入库策略,保证物料先进先出、物料减少库存冗余等。b)虚拟仿真测试:应进行虚拟