《工业数字孪生应用成熟度模型与评估方法》 编制说明

1一、工作简况（一）任务来源为扎实推进实施军民标准通用化工程，加强重点领域军民通用标准制定，中国和平利用军工技术协会结合工业互联网实际建设需求和当下发展趋势，于2023年2月15日提出了《工业互联网平台》系列团体标准编制计划并予以立项。本项团体标准为《工业数字孪生应用成熟度模型与评估方法》，计划编号为：T/CPUMT-P-2023013。本标准由中国和平利用军工技术协会提出并归口。本标准由成都飞机工业（集团）有限责任公司为牵头单位的起草小组组织起草。（二）标准制订的目的工业数字孪生作为工业互联网数据驱动的智能优化闭环的核心使能技术，打通了数字空间和物理世界，为企业开展智能化升级提供了新型应用模式。近两年，国内外企业积极探索数字孪生在工业中的应用，在缩短产品研制周期、提高生产效益和设备运行效率等方面取得良好成效，展现了巨大的赋能潜力与广阔的推广前景。随着我国工业互联网创新发展战略深入实施，部分应用企业已基于工业互联网完成了数字化、网络化改造，少数头部企业渴望通过工业互联网开展智能化升级。数字孪生在工业研发、生产、运维全链条均发挥重要作用。在研发阶段，数字孪生能够通过虚拟调试加快推动产品研发低成本试错。在生产阶段，数字孪生能够构建实时联动的三维可视化工厂，提升工厂一体化管控水平。在运维阶段，数字孪生可以将仿真技术与大数据技术结合，不但能够知道工厂或设备“什么时候发生故障”，还能够了解“哪里发生了故障”，极大提升了运维的安全可靠性。2021年我国各部委和地方政府开始纷纷出台数字孪生相关政策文件。国家发改委“上云用数赋智”、科协“未来十大先进技术”、工信部“智能船舶标准”均将数字孪生列为未来发展关键技术，上海和海南在城市规划中也提出要打造数字孪生城市。在产业实践方面，我国多类主体均开展数字孪生探索，如恒力石化、中广核等流程行业应用企业积极构建三维数字化工厂，湃睿科技、摩尔软件等企业利用AR/VR提升数字孪生人机交互效果，工业自动化企业华龙迅达构建虚实联动的烟草设备数字孪生。但是目前在数字孪生方面除了在研的20221218-Z-604《自动化系统与集成工业数据数字孪生的可视化元素》标准外，没有相关标准针对工业数字孪生进行规范和引导。造成系统冲突、信息不流通、设备相互间的兼容性和通用性较差，造成资源浪费等问题，亟需制定相关标准进行规范和引导。近期，工业互联网产业联盟组织中国信息通信研究院、中国航天科工集团有限公司、中国通信标准化协会等单位起草了《工业互联网标准体系（3.0版）》，建议从基础共性、网络、边缘计算、平台、安全、应用共6个维度对工业互联网标准体系进行完善。在“工业数字孪生”方面拟定制定7项标准进行配套2工业数字孪生总体框架工业数字孪生通用要求工业数字孪生开发运维通用要求工业数字孪生数据交换与接口要求工业数字孪生应用和服务规范工业数字孪生应用成熟度评估方法工业数字孪生工业互联网数据中心数字孪生技术规范（三）主要工作过程（1）项目预研专家座谈会2023年8月30日，由中国和平利用军工技术协会主办，北京蓝象标准咨询服务有限公司承办的《工业数字孪生》系列团体标准预研研讨会在北京召开。中国和平利用军工技术协会标准化工作委员会副主任委员李锦程出席会议并点评，中国和平利用军工技术协会标准化工作委员会副主任委员乔华阳出席会议并致辞和总结。航空工业信息技术中心设计与制造工程部部长（一级技术专家）许鸿杰、中国标准化研究院原副院长（研究员）汤万金出席会议并点评。《工业数字孪生》系列团体标准主编单位及核心参编单位代表等30余人参加了本次会议。会议由中国和平利用军工技术协会标准化工作委员会高级工程师（北京蓝象标准咨询服务有限公司首席技术官）张德保主持。成都飞机工业（集团）有限责任公司代表介绍了公司在工业数字孪生应用方面的主要工作、标准化战略布局等情况，以及《工业数字孪生》系列团体标准的研制思路与核心内容。参会专家和代表重点围绕《工业数字孪生》系列团体标准的定位、核心内容、标准名称和范围展开了热烈的讨论，并研讨了系列标准之间的关系，认为该系列标准应该坚持需求牵引，急用先行，优先解决现有成熟场景的标准化问题，对数字孪生场景和模型做好研究，并在此基础上推进系列标准的研制。同时，该系列标准作为协会首批工业数字孪生领域的标准，应为后续标准研制留有开口，逐步对该系列标准进行扩展。会后，标准研制组根据会议的建议和意见进行分析和研究，对《工业数字孪生应用成熟度评估方法》标准草案进行相应修改与完善。（2）首次研讨会2024年7月2日，由中国和平利用军工技术协会主办、蓝象标准（北京）科技有限公司承办的《工业数字孪生》系列7项团体标准首次研讨会在北京召开。中国和平利用军工技术协会标准化工作委员会副主任委员乔华阳出席会议并致辞，公安部科技信息化局原党委书记、局长（研究员）厉剑出席会议并点评，标准主编单位、副主编单位、部分参编单位代表等30余人参加了本次会议。会议由中国和平利用军工技术协会标准化办公室技术负责人、蓝象标准（北京）科技有限公司首席技术官张德保主持。成都飞机工业（集团）有限责任公司代表标准研制组对标准研制思路、核心内容进行了介绍。3参会专家和代表重点围绕系列标准的统一协调性以及标准的名称、技术框架、性能指标、条款的陈述方式等方面展开了热烈的讨论。根据编制组研究讨论，标准名称修改为《工业数字孪生应用成熟度模型与评估方法》。会后，标准研制组根据会议的建议和意见进行分析和研究，会前和会上各单位和专家提出的10条修改建议进行了处理，并对标准草案进行了相应修改与完善，形成标准征求意见稿报协会审批。（四）主要参加起草单位和工作组成员所做的工作本标准起草工作组由成都飞机工业（集团）有限责任公司为牵头单位组成。起草组承担了标准起草的组织、标准文本的编制、重点企业意见征求、标准编制说明的撰写和内审等工作。二、标准编制原则和确定标准主要内容的依据（一）标准编写原则本标准按照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。起草过程，充分考虑现有相关标准的统一和协调；标准的要求充分考虑了国内当前的行业技术水平，对草案内容进行多次征求意见和充分讨论。（二）主要内容本文件旨在提供工业数字孪生应用成熟度模型与评估方法，为工业数字孪生系统的应用成熟度评估提供指导。本文件给出了工业数字孪生应用成熟度模型框架、成熟度等级、能力域、成熟度要求、评估方法等关键内容，旨在准确评估工业数字孪生应用成熟度。1)术语和定义在分析调研船舶、交通、石化、核工业、信息工业、航空工业、航天工业等领域的基础上，借鉴了GB/T43441.1《信息技术数字孪生第1部分：通用要求》标准中相关的术语定义，提出了评估域、评估准则的术语定义，并在系列标准中做好统一，T/CPUMTAAAA《工业数字孪生总体框架》的术语定义也适合本标准。相关条款描述符合GB/T1.1相关规定。2）模型框架工业数字孪生应用成熟度模型框架见图1,模型框架由成熟度等级、能力域、能力子域和成熟度要求组成。其中，能力域包括组织（战略规划、组织建设）、模型（几何模型、机理模型、数据模型）、资源（人才与知识储备、资金投入、应用支撑资源）、应用（应用广度和深度）四个模块。图1工业数字孪生应用成熟度模型框架43）成熟度等级工业数字孪生应用成熟度等级适用于根据组织现状和数字化发展目标明确工业数字孪生应用所要达成的成熟度等级目标,并根据目标等级的分级特征和要求制定详细的转型工作路径和各细项目标。成熟度等级分为五个等级,自低向高分别为一级（规划级）、二级（模型级）、三级（集成级）、四级（优化级）和五级（引领级）。图2工业数字孪生应用成熟度等级4）能力域工业数字孪生应用成熟度模型能力域见表1.表1工业数字孪生应用成熟度模型能力域5）成熟度要求成熟度从组织、模型、资源和应用层面进行约束，成熟度等级划分五级。5组织能力域包括战略规划、组织建设2个能力子域。模型能力域包括几何模型、机理模型、数据模型3个能力子域。资源能力域包括人才与知识储备、资金投入、应用支撑资源3个能力子域。应用能力域包括应用广度、应用深度2个能力子域。6）评估方法工业数字孪生应用成熟度评估流程包括评估准备、现场预评估、正式评估、发布评估报告等环节，如图所示。图3工业数字孪生应用成熟度评估流程在成熟度评估准备阶段，评估方宜对受评估方提交的材料进行评审，确认受评估方所从事的活动符合法律法规规定，并根据受评估方所申请的评估范围及其它影响评估活动的因素，综合确定是否受理受评估方评估申请。首次评估等级为被评估方自行申请，但首次评级最高只能申请第三级（集成级）评估。非首次评估只能申请已到达应用成熟度级别的下一级等级评估。7）成熟度等级评定评估小组宜将采集的证据与待评估的成熟度等级条件进行对照，按照满足程度对评估域的每一条等级条件进行打分，成熟度等级条件满足程度与对应得分情况见表6。当成熟度等级条件满足程度为“大部分满足”时，根据采集的证据情况，得分取0.7~0.9区间的某一固定值；当成熟度等级条件满足程度为“部分满足”时，根据采集的证据情况，得分取0.4~0.6区间的某一固定值。表2工业数字孪生应用成熟度等级条件满足程度与对应得分成熟度等级条件满足程度特征得分完全满足①存在准确良好的直接证据②有其他间接证据和观察、访谈的验证支持③有效实施了标准的内容1大部分满足①存在准确的直接证据0.7~0.96②有其他间接证据和观察、访谈的验证支持③实施情况存在个别不足部分满足①缺少直接证据或证据不够充分②实施了标准内容的某些部分0.4~0.6不满足①没有直接或间接的证据表明实施了标准的内容②无法提供观察、访谈的验证支持0根据航空制造企业的特点，给出了工业数字孪生应用成熟度评估域的推荐权重，如表7所示。在现场预评估阶段，评估小组可根据受评估方的实际情况对权重进行调整。表3工业数字孪生应用成熟度评估域推荐权重能力要素能力要素权重能力子域能力子域权重评估域评估域权重组织战略规划50%战略规划组织建设50%组织建设模型30%几何模型20%几何模型机理模型40%机理模型数据模型40%数据模型资源20%人才和知识储备40%人才和知识储备资金投入30%资金投入应用支撑资源30%应用支撑资源应用40%应用广度50%应用广度应用深度50%应用深度工业数字孪生应用成熟度等级的得分为该等级下能力要素的加权求和。工业数字孪生应用成熟度总体分数为各等级评分结果的累计求和，用S表示。评分结果与工业数字孪生应用成熟度等级对应关系如表8所示。根据表8给出的分数与成熟度等级的对应关系，结合实际得分S，即可直接判断航空制造企业当前所处的工业数字孪生应用成熟度等级。表4评分结果与工业数字孪生应用成熟度等级对应关系成熟度等级对应评分区间五级（引领级）4.8≤S≤5.0四级（优化级）3.8≤S＜4.8三级（集成级）2.8≤S＜3.8二级（模型级）1.8≤S＜2.8一级（规划级）0.8≤S＜1.8（三）主要依据本标准在编制过程中可能会参考借鉴以下标准：GB/T43441.1信息技术数字孪生第1部分：通用要求GB/T43439信息技术服务数字化转型成熟度模型与评估GB/T39116智能制造能力成熟度模型GB/T39117智能制造能力成熟度评估方法7DB5101/T171航空零部件制造企业制造运行管理软件应用成熟度模型DB5101/T172航空零部件制造企业制造运行管理软件应用成熟度评估指南本标准的编制将严格按照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》的要求，参考借鉴数字孪生方面的相关国家标准、行业标准等，并考虑与已有法律法规、标准规范之间的协调性，与工业数字孪生系列其他标准之间的协调性和一致性。三、国外相关法律、法规和标准情况的说明美国从战略规划、应用实践、产业创新等方面全方位布局数字孪生发展。一是“政产研”合力推动数字孪生上升为国家战略。二是依托航空航天基础优势，探索形成了成熟的应用路径。三是供给侧企业加快技术创新，利用新一代信息技术优化数字孪生应用效果。美国数字孪生综合优势体现在在三个方面：一是构建了基于模型的系统工程方法论，通过统一语义和语法标准、给定系统集成路径，为数字孪生应用提供理论指导。二是拥有强大的仿真产业，ANSYS、MathWorks、Altair等企业为数字孪生应用提供基础建模工具。三是拥有丰富的应用数据和模型，空客、洛克希德马丁、特斯拉等应用在产品研制过程中积累了大量机理模型，持续优化数字孪生精度。德国立足标准制定基础优势，面向数字孪生打造了数据互联、信息互通、模型互操作的标准体系（即管理壳理论），实现各类数字化资产（数据、信息、模型）之间的无缝集成融合，提升物理实体在虚拟空间映射精准度。相较于美国更多开展“装备级”数字孪生，德国具有西门子单点优势，是全球极少数能够提供“工厂级”数字孪生的工业服务商。工业自动化巨头西门子近10年花费100多亿美元收购了几乎全类工业软件，涵盖了产品生命周期管理（Teamcenter）、计算机辅助设计(NX)、电子设计自动化(Mentor)、事件仿真(Simcenter)、制造运营管理系统（Opcenter）等，并持续将各类工业软件集成至Mindsphere工业互联网平台。四、我国有关现行法律、法规和其他强制性标准的关系我国在理论研究方面，中国关于数字孪生思想的研究由来已久，1978年钱学森提出系统工程理论，由此开创国内学术界研究系统工程的先河。2004年，继美国提出数字孪生概念，中国科学院王飞跃聚焦解决复杂系统方法论，首次提出平行系统的概念，将系统工程与新一代信息技术结合；在产业实践方面，我国多类主体均开展数字孪生探索，如恒力石化、中广核等流程行业应用企业积极构建三维数字化工厂，湃睿科技、摩尔软件等企业利用AR/VR提升数字孪生人机交互效果，工业自动化企业华龙迅达构建虚实联动的烟草设备数字孪生。尽管我国多类主体探索数字孪生热情高涨，但产业实践大多数停留在简单的可视化和数据分析，与国外基于复杂机理建模的分析应用还存在一定差距。五、重大意见分歧的处理结果依据本标准在标准起草过程中，对标准中的技术内容没有发生重大分歧。六、数据验证本标准通过收集、整理当前