深度解析(2026)《GBT 45616.4-2025自动化系统与集成 面向制造的数字孪生框架 第4部分：信息交换》

《GB/T45616.4-2025自动化系统与集成

面向制造的数字孪生框架

第4部分

：信息交换》(2026年)深度解析点击此处添加标题内容目录01制造数字孪生的“信息血脉”:为何GB/T45616.4是打通数据壁垒的核心密钥?03信息交换的“三维架构”:物理实体

、

虚拟模型与服务系统如何实现数据协同?05通信协议“选型指南”:标准推荐的协议有哪些?如何匹配不同制造环节的传输需求?07质量保障“硬指标”:信息交换的准确性

、

时效性如何量化?又该如何持续优化?09行业适配“方法论”:离散与流程制造差异显著,标准如何实现精准赋能?02040608标准溯源与定位:面向制造的数字孪生信息交换,为何要确立专属“游戏规则”?数据“准入”

与“表达”:制造数字孪生中哪些信息需交换?又该如何标准化呈现?交换模式大揭秘:同步与异步

、

推送与拉取,哪种更适配制造场景的动态需求?信息安全“

防护网”:制造数字孪生信息交换中,如何筑牢数据机密与完整性防线?落地实践“路线图”:从设计到运维,标准如何贯穿制造数字孪生的全生命周期?、未来演进“风向标”：AI与5G融合下，制造数字孪生信息交换将迎来哪些新变革？、制造数字孪生的“信息血脉”：为何GB/T45616.4是打通数据壁垒的核心密钥？数字孪生落地的核心痛点：制造场景中的“数据孤岛”困境1当前制造领域数字孪生应用中，设备、系统、业务环节数据割裂严重。产线设备数据存于PLC系统，质量数据散落于MES，供应链数据在ERP中流转，数据格式、语义、传输规则各异，导致虚拟模型无法实时映射物理实体，数字孪生“虚实融合”价值难以发挥，这一痛点成为行业升级的主要障碍。2（二）标准的核心使命：构建制造数字孪生信息交换的“通用语言”GB/T45616.4-2025聚焦信息交换这一核心环节，通过明确数据采集、传输、交互的统一规范，解决不同系统间的“对话障碍”。其建立的标准体系让物理设备、虚拟模型、管理系统能基于同一规则传输数据，为数字孪生的全要素协同提供基础支撑，是实现制造数字化转型的关键保障。12（三）专家视角：标准对制造行业的颠覆性价值与长远影响01从行业专家视角看，该标准打破了企业数字化投入的“重复建设”怪圈。此前企业多自主制定数据规则，跨企业协作成本极高。标准实施后，将推动形成开放、互联的制造数据生态，加速数字孪生技术在中小制造企业的普及，为智能制造产业集群发展奠定数据基础。02二

、标准溯源与定位：

面向制造的数字孪生信息交换，

为何要确立专属“游戏规则”？标准体系脉络：GB/T45616系列的“分工与协同”逻辑01GB/T45616系列是制造数字孪生的完整框架体系，第1部分定总体要求，第2部分规模型构建，第3部分明服务支撑，第4部分聚焦信息交换，形成“基础-模型-服务-数据”的闭环。第4部分作为数据流转核心，承接前序框架，支撑后续应用落地，是系列标准的“数据中枢”。02（二）制造场景特殊性：为何不能直接套用通用信息交换标准？制造场景数据具有实时性强、多源异构、高可靠性要求等特点。通用信息交换标准难以满足产线毫秒级数据传输需求，也无法适配设备、工艺、质量等多类型数据的语义统一。该标准针对制造场景定制，解决了通用标准在实时性、兼容性上的短板。（三）国际对标与自主创新：标准的全球化视野与本土化适配标准制定过程中对标ISO/IEC数字孪生相关标准，吸收国际先进经验，同时结合我国制造产业特点进行创新。针对我国装备制造、汽车等优势产业的共性需求，增加了本土化数据接口规范，既与国际接轨，又保障了我国制造企业的应用适配性。12、信息交换的“三维架构”：物理实体、虚拟模型与服务系统如何实现数据协同？架构设计核心：以“数据链路”串联制造数字孪生三要素标准提出“物理-虚拟-服务”三维信息交换架构，物理层负责设备数据采集，虚拟层处理模型数据交互，服务层实现业务数据协同。架构以数据链路为核心，明确各层数据交互边界与规则，确保物理实体状态、虚拟模型参数、服务系统指令的精准同步。（二）物理实体层：数据采集的“入口规范”与实时性保障物理实体层规定了传感器、PLC、数控机床等设备的数据采集规范，明确模拟量、数字量等数据的采集频率、精度要求。通过标准化接口模块，实现设备数据的即插即用采集，同时采用边缘计算技术降低传输延迟，保障数据实时性。（三）虚拟模型层：模型数据的“双向交互”与一致性维护虚拟模型层确立了模型参数与物理实体状态的双向交互机制。物理数据驱动虚拟模型更新，虚拟模型仿真结果反馈至物理系统优化工艺。标准明确模型数据格式与版本管理规则，确保虚拟模型与物理实体的“数字同源”，避免数据偏差导致的仿真失效。服务系统层：业务数据的“跨域流转”与协同决策支撑01服务系统层涵盖MES、ERP、SCM等业务系统，标准规范了各系统间的接口与数据交互协议。通过统一的数据中台架构，实现生产计划、质量检测、供应链等业务数据的跨域流转，为企业协同决策提供统一的数据支撑，提升生产运营效率。02、数据“准入”与“表达”：制造数字孪生中哪些信息需交换？又该如何标准化呈现？核心交换信息清单：制造全流程的数据“必选项”与“可选项”01标准明确核心交换信息包括物理实体状态数据（如设备运行参数、能耗）、虚拟模型数据（如仿真参数、几何模型）、工艺数据（如加工参数、工序流程）、质量数据（如检测结果、缺陷信息）等。同时区分必选与可选数据，适配不同制造场景需求。02（二）数据分类与编码：实现“数据身份唯一”的标准化方案为解决数据语义歧义，标准建立制造数字孪生数据分类体系，按“实体-模型-工艺-质量-服务”五大类细分，每类数据赋予唯一编码。编码采用“10位层级结构”，包含行业标识、数据类型等信息，确保数据在全行业内的语义统一。（三）数据格式标准：从结构化到非结构化数据的“统一表达”A标准规定结构化数据采用JSON-LD格式，保障机器可读性；非结构化数据（如图纸、视频）采用标准化封装格式，附加元数据描述。针对3D模型数据，推荐采用STEPAP242格式，实现设计与制造环节的模型数据无缝流转，避免格式转换导致的信息丢失。B数据元规范：最小数据单元的“标准化定义”与应用价值数据元是信息交换的最小单元，标准对每个数据元的名称、定义、数据类型、取值范围进行明确规范。例如“设备运行温度”数据元，明确取值范围0-300℃,精度0.1℃,确保不同系统对同一数据元的理解一致，为数据共享奠定基础。12五

、交换模式大揭秘：

同步与异步

、推送与拉取，

哪种更适配制造场景的动态需求？标准将信息交换模式分为同步与异步、推送与拉取两组类型，根据制造场景的实时性、数据量需求匹配模式。例如产线实时控制场景采用“同步+推送”模式，确保指令即时下达；批量数据统计场景采用“异步+拉取”模式，降低系统负载。交换模式分类：基于制造场景需求的“精准匹配”逻辑010201（二）同步交换：毫秒级响应场景的“数据传输保障”方案同步交换适用于设备控制、实时监测等场景，标准规定其响应时间需≤100ms，采用TCP协议保障连接稳定性。通过建立专用数据传输通道，避免网络拥堵影响传输效率，同时设置超时重传机制，确保关键控制数据的可靠传输，防止生产中断。异步交换针对日志数据、历史报表等大流量场景，采用消息队列机制，数据先存储再异步传输。标准规定异步交换需支持断点续传，采用压缩算法降低数据量，并明确数据传输优先级设置规则，确保重要数据优先传输，提升整体传输效率。（三）异步交换：大流量数据场景的“高效传输策略”010201推送与拉取：基于数据需求的“主动与被动”传输选择标准推荐设备状态数据采用推送模式，主动向虚拟模型和服务系统发送更新；业务系统数据根据需求采用拉取模式，避免无效数据传输。同时规范推送频率与拉取权限管理，例如设备故障数据实时推送，生产报表数据按小时拉取，平衡实时性与资源消耗。12、通信协议“选型指南”：标准推荐的协议有哪些？如何匹配不同制造环节的传输需求？0102协议选型核心原则：以“可靠性、实时性、兼容性”为三角支撑标准确立协议选型三原则：关键控制环节优先保障可靠性，实时监测环节聚焦实时性，跨系统交互侧重兼容性。基于此原则，针对不同制造环节推荐适配协议，形成“场景-需求-协议”的匹配体系，避免协议选择的盲目性。（二）设备层协议：OPCUA与Modbus的“分工与协同”应用01设备层推荐OPCUA与Modbus协议，OPCUA用于多源设备数据的统一采集与传输，支持语义化描述，适配智能设备；Modbus用于传统传感器、PLC的数据采集，结构简单、成本低。标准明确两种协议的接口转换规则，实现新老设备的兼容接入。02（三）控制层协议：PROFINET与EtherCAT的“实时性竞争”与场景适配A控制层聚焦实时控制，推荐PROFINET与EtherCAT协议。PROFINET适用于中高速离散制造场景，循环周期≤1ms；EtherCAT适用于高速精密制造场景，循环周期可达百微秒级。标准明确两种协议的网络拓扑结构与配置规范，确保控制指令的精准传输。B企业层协议：MQTT与HTTP/2的“跨域传输”优势发挥01企业层侧重跨系统、跨企业数据传输，推荐MQTT与HTTP/2协议。MQTT采用发布-订阅模式，适用于低带宽、远距离的数据传输，适配供应链协同场景；HTTP/2支持多路复用，适用于Web端业务系统交互。标准规范了两种协议的安全配置与数据封装要求。02协议转换机制：实现多协议环境下的“无缝数据流转”针对制造企业多协议并存现状，标准提出协议转换网关方案，明确网关的功能要求与数据转换规则。网关需支持OPCUA与Modbus、PROFINET与MQTT等常见协议的双向转换，确保不同协议网络中的数据能无缝流转，保护企业现有设备投资。12、信息安全“防护网”：制造数字孪生信息交换中，如何筑牢数据机密与完整性防线？安全风险识别：制造数字孪生信息交换的“三大核心威胁”标准明确信息交换面临的核心威胁：数据传输过程中的窃听与篡改、未授权访问导致的敏感数据泄露、协议漏洞引发的系统入侵。这些威胁可能导致生产中断、商业机密泄露，因此安全防护是信息交换的重中之重，需建立全链路防护体系。（二）数据加密：传输与存储环节的“双重加密”保障策略01标准规定数据传输采用TLS1.3加密协议，对传输数据进行端到端加密；数据存储采用AES-256加密算法，敏感数据（如工艺配方）额外采用国密算法SM4加密。同时明确加密密钥的生成、分发与销毁规范，防止密钥泄露导致加密失效。02（三）访问控制：基于“最小权限原则”的身份认证与权限管理建立三级身份认证体系，设备采用硬件加密狗认证，系统用户采用“密码+动态令牌”认证，管理员采用生物识别认证。权限管理遵循最小权限原则，按“设备操作-系统管理-决策支持”分级授权，明确各角色的数据访问范围，防止越权访问。安全审计：全流程日志记录与“异常行为”追溯机制标准要求建立信息交换全流程审计日志，记录数据采集、传输、访问的时间、主体、内容等信息，日志保存期限不少于6个月。同时规定异常行为监测指标，如数据传输频率异常、权限变更等，触发异常后自动告警并追溯源头，实现安全事件的快速响应。12、质量保障“硬指标”：信息交换的准确性、时效性如何量化？又该如何持续优化？质量评价指标体系：从“定性描述”到“定量考核”的转变标准建立包含准确性、时效性、完整性、可靠性四大类的质量评价指标体系，每类指标明确量化标准。例如准确性用数据误差率≤0.1%衡量，时效性用传输延迟分级考核，完整性要求数据缺失率≤0.01%，形成可量化、可考核的质量评价体系。12（二）准确性保障：数据校验与纠错的“全流程控制”方案为保障数据准确性，标准规定数据采集环节采用双重校验（硬件校验+软件校验），传输环节采用CRC-32校验码检测数据完整性。针对易出错的工艺参数，设置阈值校验机制，超出合理范围即触发数据纠错流程，确保数据精准。（三）时效性优化：从网络优化到数据优先级的“系统提升”策略时效性优化从三方面着手：网络层面采用5G+工业以太网架构，降低传输延迟；数据层面按重要性分级，关键数据优先传输；系统层面优化数据处理算法，减少数据处理时间。标准明确不同场景的时效性指标，如控制指令延迟≤50ms，确保优化方向清晰。质量持续改进：基于PDCA循环的“动态优化”机制标准引入PDCA循环（计划-执行-检查-处理）的质量改进机制，定期对信息交换质量指标进行检测，分析偏差原因，制定改进措施并落地执行。同时鼓励企业建立质量改进数据库，积累优化经验，实现信息交换质量的持续提升。12、落地实践“路线图”：从设计到运维，标准如何贯穿制造数字孪生的全生命周期？设计阶段：信息交换需求分析与“前置化”规划设计阶段需基于制造场景明确信息交换需求，按标准梳理需交换的数据类型、频率、安全要求，制定信息交换方案。标准要求设计阶段完成数据接口规范定义与协议选型，将信息交换规划前置，避免后期改造带来的成本增加与功能冲突。（二）实施阶段：设备接入、系统集成的“标准化操作”指南实施阶段核心是按标准完成设备接入与系统集成。设备端安装标准化数据采集模块，实现即插即用；系统端采用标准接口与协议完成集成，进行数据格式与语义的一致性校验。标准提供实施checklist，确保每个环节符合规范，降低实施风险。12（三）运行阶段：实时监控与“动态调整”的高效运维策略运行阶段需建立信息交换实时监控系统，按标准指标监测数据传输质量与安全状态。针对运行中出现的协议兼容性问题、数据延迟等情况，按标准的优化机制进行动态调整。同时定期进行系统巡检，确保信息交换持续稳定运行。升级阶段：技术迭代下的“平滑过渡”与标准适配方案当制造系统升级或引入新技术时，标准提供平滑过渡方案。明确新老系统数据接口的兼容规则，新设备接入需符合标准的最新要求，同时保留对老设备协议的兼容支持。确保升级过程中信息交换不中断，保护企业前期投入的资产价值。十

、行业适配“方法论”：

离散与流程制造差异显著

，标准如何实现精准赋能？行业差异分析：离散与流程制造的“信息交换核心诉求”对比离散制造（如汽车、机械）数据特点是多品种、小批量，需频繁交换订单、工艺数据；流程制造（如化工、钢铁）数据特点是连续生产，需实时交换过程控制与能耗数据。标准明确两类制造的核心诉求差异，为精准适配提供依据。（二）离散制造适配：多品种小批量场景的“柔性交换”方案针对离散制造，标准推荐采用“模块化信息交换架构”，按产品批次动态调整数据交换内容与频率。采用MQTT协议实现分布式生产单元的数据协同，通过标准化工艺模板快速适配新车型、新产品的信息交换需求，提升柔性生产能力。（三）流程制造适配：连续生产场景的“高可靠实时交换”策略流程制造需保障生产连续性，标准推荐采用EtherCAT+TLS加密的高可靠传输方案，确保控制指令与过程数据的实时、安全传输。建立冗余数据链路，当主链路故障时自动切换至备用链路，避免数据中断导致的生产事故。跨行业协同：供应链场景下的