数字孪生车间 第2部分：模型构建

ICS

CCSJ

团体标准

T/CMIFXXXX.2—202X

数字孪生车间

第2部分：模型构建

Digitaltwinshop-floor-Part2:Modelconstruction

（征求意见稿）

20XX-XX-XX发布20XX-XX-XX实施

中国机械工业联合会发布

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数字孪生车间第2部分：模型构建

1范围

本文件规定了数字孪生车间模型构建的术语与定义、基本要求、建模准则、建模要求、模型验证和

校正要求、模型管理要求。

本文件主要适用于数字孪生车间模型构建中的基础模型构建、模型组装、模型融合、模型验证、模

型校正和模型管理。

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/T26099.2-2010机械产品三维建模通用规则第2部分：零件建模

T/CMIExxxx.1—xxxx数字孪生车间第1部分：通用要求

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

数字孪生模型构建digitaltwinmodelconstruction

模型构建是指针对物理对象，构建其基本单元的模型，可从多领域模型构建以及“几何-物理-行为-

规则”多维模型构建两方面构建数字孪生模型。

3.2

数字孪生模型组装digitaltwinmodelassembly

数字孪生模型组装是从空间维度上实现数字孪生模型从单元级模型到系统级模型再到复杂系统级

模型的过程。

3.3

数字孪生模型融合digitaltwinmodelfusion

模型融合是针对一些物理对象，空间维度的模型组装不能满足物理对象的刻画需求，还需进一步进

行模型的融合，即实现不同学科不同领域模型之间的融合，以刻画物理对象的特征属性、行为约束、演

化规律等。

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3.4

数字孪生模型验证digitaltwinmodelassembly

数字孪生模型验证是指在模型构建、组装或融合后，对模型进行验证以确保模型的正确性和有效性。

模型验证针对不同特征或需求，设计相应的实验，通过检验模型的输出与物理对象的输出是否一致来判

定模型是否准确。

3.5

数字孪生模型校正digitaltwinmodelverification

模型校正是指模型验证中验证结果与物理对象存在一定偏差，不能满足需求时，需对模型参数进行

调整，使模型更加逼近物理对象的实际状态或特征。

3.6

数字孪生模型管理digitaltwinmodelmanagement

模型管理是指针对模型组装、融合以及验证、修正过程中产生的数据或模型，通过合理分类存储与

管理数字孪生模型及相关信息为用户提供便捷服务。

4基本要求

4.1一般要求

数字孪生车间模型构建应包括以下要求：

a)数字孪生车间模型应包含人、机、料、法、环等生产要素模型；

b)数字孪生车间模型应包含几何信息、物理特征、行为逻辑、规则规律等多维度模型；

c)数字孪生车间模型应包含机械、电气、控制等多领域模型；

d)数字孪生车间模型应具备可被更新或修改的能力；

e)数字孪生车间模型不应存在冗余元素，具体包括不含有与建模无关的几何元素、物理元素、

行为元素或规则元素。

4.2命名要求

数字孪生模型的命名应符合下列规定：

a)命名应正确、合理、简明；

b)宜使用字母、数字和下划线组合命名；

c)所有模型的命名必须唯一；

d)命名规则应具备可扩充性；

e)命名中应包含模型类型、模型层次、模型维度等模型主要特征信息。

5建模准则

5.1精准化

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数字孪生模型精准化应包括模型静态和模型动态的精准化。

a)模型能对物理实体或系统进行准确的静态刻画和描述；

b)模型能保持与物理对象的动态一致性，即随时间的变化使模型所表现的属性特征与实际特征相

符。

5.2标准化

数字孪生模型的标准化应包括但不限于以下几个方面：

a)模型定义标准化；

b)编码策略标准化；

c)开发流程标准化；

d)数据接口标准化；

e)通信协议标准化；

f)解算方法标准化；

g)模型服务化封装及使用标准化。

5.3轻量化

数字孪生模型轻量化应在主要信息无损、模型精度、使用功能等前提下，对模型进行精简。模型轻量

化应包括但不限于以下几个方面进行精简：

a)几何描述的轻量化；

b)承载信息的轻量化；

c)逻辑模型定义的轻量化。

5.4可视化

数字孪生模型可视化应将模型以直观、可见的形式呈现给用户，方便用户与模型进行深度交互。数字

孪生模型可视化应包括但不限于以下几个方面：

a)模型构建过程的可视化；

b)模型使用过程的可视化；

c)模型管理过程的可视化。

5.5可交互

数字孪生模型可交互应包括但不限于以下几个方面：

a)不同模型之间通过兼容的接口互相交换数据；

b)模型与物理实体之间能够通过兼容的接口互相交换数据和指令；

c)模型与服务之间能够通过兼容的接口互相交换数据。

5.6可融合

数字孪生模型可融合将多个或多种数字孪生模型能够基于关联关系整合成一个整体，数字孪生模型可

融合包括但不限于以下几个方面。

a)几何-物理-行为-规则等多维度模型的融合；

b)多领域模型的融合；

c)机理模型与数据模型之间的融合；

d)数据特征的融合。

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5.7可重构

数字孪生模型可重构是模型能够适应不同的应用环境，从而数字孪生车间的灵活性。数字孪生模型

可重构包括但不限于以下几个方面：

a）能根据生产设备更替、工艺路线变化、生产技术改良、车间产能提升、新型产品投产等客观需

求，进行模型的重构；

b）能对设备故障、人员疲劳、环境波动等不确定事件，进行模型的重构。

5.8可进化

数字孪生模型可进化是为提升数字孪生车间的智能化程度。数字孪生模型可进化包括但不限于以下

几个方面：

a)能根据物理车间运行过程中产生的数据跟随车间变化进行迭代更新；

b)能基于车间数据的挖掘与知识的积累，优化车间决策和评估等能力。

6建模要求

6.1建模流程

数字孪生车间建模流程参见附录A，主要包含模型构建、模型组装、模型融合、模型验证、模型校

正、模型管理。

6.2多维模型构建要求

“几何-物理-行为-规则”模型可刻画物理对象的几何特征、物理特性、行为关系以及演化规律等。

6.2.1数字孪生车间几何模型

数字孪生车间几何模型是车间中各类设施、设备、物料等车间生产要素几何形状的数字化表达，数

字孪生车间几何模型要求如下：

a)应包括生产设备、生产物料、辅助设施、生产人员等对象的几何模型；

b)根据模型的不同用途，确定设施设备的范围和模型几何形体详细程度；

c)几何模型特征包括基本建模特征（拉伸特征、扫描特征、旋转特征等）、附加建模特征（孔特征、

螺纹特征、倒角特征、圆角特征等）、编辑操作特征（镜像、阵列、修剪等）等特征。

6.2.2数字孪生车间物理模型

数字孪生车间物理模型是车间中各类设施、设备、物料等车间生产要素物理特征和功能特性等物理

属性的数字化表达，数字孪生车间物理模型要求如下：

a)应包括设施设备的材质、重量等机械和结构特性信息；

b)应包括设施设备的功能、用途等功能特性；

c)应包括设置设备的启动时间、功率、能耗等性能特性；

d)应包括设施设备的安装位置、环境条件等位置特性。

6.2.3数字孪生车间行为模型

数字孪生车间物理模型是车间中各类设施、设备、物料等车间生产要素行为特征、响应机制等行为

特征的数字化表达，数字孪生行为物理模型要求如下：

a)应包括设施设备的执行任务的行为顺序等行为时序特征；

b)应包括设施设备的面对事件的行为响应等行为响应特征。

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6.2.4数字孪生车间规则模型

数字孪生车间物理模型是车间中各类设施、设备、物料等车间生产要素评估、演化、推理等规律规

则的数字化表达，数字孪生规则物理模型要求如下：

a)应包括设施设备的物理寿命、经济寿命、技术寿命等寿命演化规律；

b)应包括设施设备的磨损、疲劳、腐蚀等退化规律。

6.3多领域模型构建要求

多领域模型通过分别构建物理对象涉及的各领域模型，从而全面地刻画物理对象的热学、力学等各

领域特征。数字孪生车间多领域模型构建要求如下：

a)根据模型的不同用途，确定数字孪生车间多领域模型所涉及的领域范围；

b)应明确各领域模型的输入与输出参数以及相应的参数约束；

c)应明确面向车间模型的能量流、信息流、数据流等方面的关系。

6.4模型组装要求

在模型组装是从空间维度中，应遵循以下要求：

a)根据建模对象，合理划分模型组装的各个层级；

b)构建模型组装结构树，组装结构树应能表达完整有效的组装层次和组装信息；

c)应对零部件模型在组装结构树上相应表达的信息进行审查；

d)完成模型组装后，应对组装模型结构树上的所有信息进行最终的检查。

6.5模型融合要求

在模型融合中，应遵循以下要求：

a)根据建模对象，合理划分模型融合的各个层级；

b)明确各领域模型的输入、输出参数；

c)构建各领域模型的能量流、数据流、信息流、事件等端口以传递数据、信号和事件；

d)完成模型融合后，应对融合模型的耦合约束等信息进行检查。

7模型验证和校正要求

7.1模型验证要求

为保证所构建模型的精准性，需对构建的模型进行多维验证。模型验证应遵循以下要求：

a)针对几何维度，验证几何模型的几何特征与拓扑结构关系是否能准确刻画建模对象的特征；

b)针对物理维度，对待验证物理特征设计相应的物理实验，从而验证物理模型能否准确描述建

模对象的物理特征；

c)针对行为维度，需对已构建的反应行为时序特征的时序图和行为响应特征的状态图形式化验

证,验证行为时序逻辑的正确性；

d）针对规则维度，需验证模型演化规律与物理实际的变化规律是否相符；

e)数字孪生模型的综合验证结果需基于针对四个维度的验证结果，利用层次分析法等数据处理

方式形成数字孪生模型的一致性验证结果。

7.2模型校正要求

若模型验证结果不能满足需求，应进行模型校正。模型校正包模型校正参数选择与模型准确度校验

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7.2.1模型校正参数选择

模型校正参数应遵循以下要求：

a)选择的校正参数与目标性能参数应具备较强的关联关系；

b）校正参数个数应适当选择；

c）校正参数的上下限应合理设定。

7.2.2模型校正过程

模型校正应包含以下流程：

a)构建目标函数，目标函数即校正后的模型输出结果与物理结果应尽可能地接近；

b)根据目标函数，选择合适的模型校正算法，进行模型修正参数的计算；

c)将得到修正后的模型参数代入到原模型中，进行模型准确的校验以确保模型校正的正确性、

有效性。

7.2.3模型准确度校验

校正后的模型需进行准确度校验，准确度校验要求应包括但不限于：

a）校验后模型准确度应不高于准确度阈值；

b）校验后模型应符合物理车间运行逻辑规律；

c）校验后模型运行效率应符合要求。

8模型管理要求

为模型的高效管理与使用，应遵循以下要求：

a)模型应按照一定规则进行编号，保证物体与编号一一对应；

b)对于数字孪生车间中的模型从多维度、多领域、多层级等角度进行分类管理；

c)模型管理应具备模型预览、过滤、搜索、导入、导出、修改等功能；

d)模型管理应对验证对象、验证特征、验证结果等模型验证信息以及校正对象、校正参数、

校正结果等模型校正信息。

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附录A