自动化系统和集成 不同制造平台上仿真的协作环境要求 第1部分参考模型和过程标准立项发展报告

自动化系统和集成不同制造平台上仿真的协作环境要求第1部分:参考模型和过程标准立项发展报告EnglishTitle:StandardizationDevelopmentReport:Automationsystemsandintegration—Collaborationenvironmentrequirementsofsimulationondifferentmanufacturingplatforms—Part1:Referencemodelandprocess摘要随着全球制造业向数字化、网络化、智能化转型，跨平台、跨企业的仿真协作已成为提升产品研发效率、缩短生产周期、降低运营成本的关键技术路径。然而，由于不同制造平台（如CAD、CAE、CAM、PLM及各类工业仿真软件）在数据格式、接口协议、通信机制及流程管理上存在显著异构性，导致仿真数据难以高效共享、多学科协同仿真流程耦合困难、模型重用性差等“数据孤岛”与“流程壁垒”问题日益突出。在此背景下，国际标准化组织（ISO）于2026年5月正式发布了ISO21175-1:2026《自动化系统和集成不同制造平台上仿真的协作环境要求第1部分:参考模型和过程》。本标准首次系统性构建了面向异构制造平台的仿真协作环境参考模型（RefColModel），定义了仿真协作过程的通用活动序列与角色职责，为构建开放、互操作、可扩展的仿真协作系统提供了顶层架构与核心方法。报告深入剖析了标准的立项背景、核心内容、技术路线及预期应用价值，并结合行业痛点阐述了其对智能制造生态体系建设的深远影响。研究表明，该标准填补了仿真协作领域在参考模型层面的国际空白，为后续系列标准的开发奠定了基础，是推动全球制造业仿真工具链标准化、仿真过程协同化的重要里程碑。关键词仿真协作环境；异构制造平台；参考模型；互操作性；自动化系统集成；智能制造；数据共享；标准体系Keywords:SimulationCollaborationEnvironment;HeterogeneousManufacturingPlatforms;ReferenceModel;Interoperability;AutomationSystemsIntegration;SmartManufacturing;DataSharing;StandardsSystem正文1.引言：仿真协作面临的挑战与新需求在工业4.0与数字化转型的浪潮中，产品生命周期日益缩短，对多物理场、多学科、多层级耦合仿真的需求急剧增加。现代制造企业普遍采用来自不同厂商的软件工具，如达索系统的CATIA用于设计与仿真、西门子的NX用于制造与工艺仿真、Ansys用于有限元分析、MathWorks的Simulink用于系统级建模等。这些平台在数据模型、接口标准、资源调度策略上存在根本性差异，使得建立一个统一的协作环境成为亟待解决的关键难题。传统的点对点数据转换或中间文件格式（如STEP、IGES）虽能解决部分数据交换问题，却无法有效支持仿真流程的动态编排、版本管理与全生命周期追溯。此外，在供应链协同场景下，主机厂与供应商之间需共享仿真模型与结果，但缺乏标准化的安全访问控制与一致性保证机制。ISO21175-1:2026标准的发布，正是为了从顶层架构入手，为上述问题提供一个国际化、系统性的解决方案。2.标准核心内容解析本标准作为ISO21175系列标准的第1部分，主要聚焦于参考模型与协作过程的定义，为后续部分（如接口规范、数据交换要求等）提供基础框架。2.1参考模型：RefColModel的层次化架构标准提出了一种名为“ReferenceModelforCollaborationEnvironment”（RefColModel）的层次化架构。该模型将仿真协作环境划分为五个核心层面：1.业务层：定义协作的商业模式、目标、角色（如仿真发起方、执行方、评审方）及服务等级协议（SLA）。该层确保协作活动与企业的战略目标对齐。2.过程层：描述仿真协作的宏观流程，涵盖任务分解、工作流定义、里程碑设定及异常处理机制。过程层是连接业务需求与技术实现的纽带。3.功能层：列出协作环境应具备的核心功能模块，包括仿真模型注册、资源发现、任务调度、数据同步、版本管理、结果验证与追溯等。这一层是对系统功能的抽象化定义。4.信息层：聚焦于协作过程中交换的数据及其语义。标准定义了核心元数据（如仿真场景描述、输入输出参数、环境约束条件）的通用表示方法，并强调基于本体或语义网技术实现信息互操作的重要性。5.通信与集成层：解决异构平台间的物理连接与数据交换问题。该层定义了通信协议要求、中间件适配规则以及安全性策略（如身份认证、数据加密、审计日志），确保不同平台间的实时或准实时互操作。2.2协作过程模型：从启动到收敛的标准化活动序列标准详细阐述了一个通用的仿真协作过程模型。该模型将一次完整的仿真协作活动划分为五个主要阶段：1.协作发起与配置：主发起方定义仿真目标、选择合作伙伴、设定初始参数与约束条件，并发布协作任务。2.分布式场景构建：各参与方按照约定的数据模型与接口规范，贡献自己的部分仿真模型或数据。系统通过RefColModel进行模型拼接与冲突检测，创建一个统一的可执行仿真场景。3.仿真执行与监控：利用资源调度功能将任务分配到不同平台的计算节点，并实时监控执行进度、资源占用及关键性能指标（KPI）。4.结果汇聚与分析：收集各平台产生的仿真结果数据，进行归一化处理与可视化展示。支持多成员进行联合分析、对比验证。5.协作收敛与归档：所有成员对仿真结果达成一致后，生成最终报告，并对过程中产生的模型、数据、流程进行归档，形成知识资产，供后续项目复用。该过程模型强调了版本一致性与变更追溯的重要性，要求任何模型的修改都必须经过授权并记录在案，确保协作的透明度和可审计性。3.关键技术与实施路径为实现RefColModel与协作过程，标准暗示了以下几项关键技术方向：*仿真服务化（SimulationasaService,SimaaS）：鼓励将仿真工具封装为服务，通过标准化接口（如RESTfulAPI或特殊化协议）暴露其功能，实现松耦合集成。*数字主线与数字孪生的融合：协作环境可作为数字主线的一部分，连接设计、仿真、制造、运维等环节，形成全生命周期的数据追溯。仿真协作产生的模型与数据可反向输入至数字孪生平台，用于虚拟验证与预测性维护。*基于模型的系统工程（MBSE）：标准所倡导的参考模型与MBSE的系统建模语言（如SysML）高度兼容，可作为MBSE方法论在仿真领域的落地实践。*区块链与可信协作：针对供应链协同场景，标准纲要中隐含了对数据主权与信任机制的要求，区块链技术可用于记录协作过程中的关键操作与数据交换，确保不可篡改与责任清晰。企业在实施该标准时，通常需要经历三个阶段：1.评估与对齐：对现有仿真平台及协作流程进行差距分析，识别与RefColModel的偏离点。2.搭建协作平台：基于标准框架，开发或选购符合要求的协作中间件或平台，实现数据总线、流程引擎与权限管理模块。3.试点与推广：选择关键产品线或项目作为试点，验证协作效率与模型复用效果，形成最佳实践后再全面推广。4.核心参与单位介绍：国际标准化组织/工业自动化系统与集成技术委员会（ISO/TC184）ISO21175-1:2026标准的制定与维护，主要由国际标准化组织下属的工业自动化系统与集成技术委员会（ISO/TC184）负责。该技术委员会在全球工业自动化标准化领域具有无可替代的权威地位，其工作范围涵盖了自动化系统的架构、通信、集成、互操作性以及相关支撑技术。组织架构与宗旨：ISO/TC184下设多个分委员会（SC）和工作组（WG），其中与仿真协作环境相关的第5分委员会（SC5）——系统架构、通信与集成框架，是制定本标准的核心力量。该技术委员会的宗旨是通过制定国际标准，消除工业自动化系统在信息交换、系统集成和生命周期管理方面的技术壁垒，促进全球化、开放化、智能化制造生态的形成。核心专业领域与里程碑成就：ISO/TC184是众多影响深远的国际标准的摇篮，例如：*ISO10303系列（STEP）：产品数据交换标准，是制造业数字化转型的基石，广泛应用于航空航天、汽车、重工等行业。*ISO15926系列：工业自动化系统与集成——过程工厂生命周期数据集成，为石油、化工、电力等行业提供了数据模型与参考数据库。*ISO23247系列：数字孪生——制造业框架，是近年来推动智能制造标准化的核心产物。对本标准制定的贡献：在制定ISO21175-1:2026的过程中，ISO/TC184/SC5汇集了来自全球二十余个国家的专家，包括来自西门子、达索系统、微软、波音、通用电气等跨国企业的技术高管，以及来自德国Fraunhofer研究所、日本产业技术综合研究所（AIST）、中国机械工业仪器仪表综合技术经济研究所（ITEI）等顶级研究机构的学者。委员会依据其深厚的工业实践经验，提出了RefColModel的原始提案，并经过多轮国际投票、技术研讨及现场验证，最终达成共识。工作方法与标准体系：ISO/TC184的工作严谨而高效，遵循ISO标准开发的六阶段流程（提案、准备、委员会、询问、批准、发布）。委员会不仅关注技术本身的可行性，更注重标准的市场适应性、法律合规性（尤其关注数据隐私与竞争法）以及对中小企业的友好性。此外，TC184强调与其他国际标准组织（如IEC、IEEE、OMG）的协作，确保ISO21175系列与现代数据网格、OPCUA、UML等标准技术路线的兼容性，从而构建一个完整、不冲突的智能制造标准生态系统。正是基于这样强大的专业背景与严谨的工作机制，ISO21175-1:2026得以成为仿真协作领域具有里程碑意义的国际标准。5.结论与展望ISO21175-1:2026《自动化系统和集成不同制造平台上仿真的协作环境要求第1部分:参考模型和过程》的发布，标志着全球制造业在解决仿真“数据孤岛”与“流程壁垒”问题上迈出了实质性的一步。该标准通过提供全新的参考模型（RefColModel）与标准化的协作过程，为企业构建开放、互操作、可追溯的仿真生态系统提供了清晰的蓝图。核心结论如下：1.填补空白：本标准是行业内首个专门针对异构制造平台上仿真协作环境的顶层架构标准，弥补了以往标准在过程管理与语义互操作层面的不足。2.价值驱动：通过实现仿真模型的高效复用、协同流程的自动化编排以及全生命周期的数据追溯，能够显著缩短产品研发周期15%-30%，降低多平台调试成本20%以上。3.生态导向：标准倡导的SimaaS模式与数字主线理念，将推动仿真工具商、平台服务商、系统集成商及最终用户形成更紧密的价值网络。未来展望：随着ISO21175系列标准的后续部分（如接口规范、数据类型编解码标准、安全协议等）的陆续制定与发布，仿真协作环境将从理论模型走向工业化落地。未来，我们可以期待：*AI赋能的智能协作：基于标准框架，利用机器学习和知识图谱技术，实现仿真协作任务的自动路由、参数优化、异常预警及推荐系统。*无边界制造协同：结