ISO 21175-12026 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

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：参考模型和过程标准立项发展报告EnglishTitleStandardizationDevelopmentReport:Automationsystemsandintegration—Collaborationenvironmentrequirementsofsimulationondifferentmanufacturingplatforms—Part1:Referencemodelandprocess摘要随着全球制造业向数字化、网络化、智能化方向深度转型，基于仿真的产品全生命周期管理已成为提升企业核心竞争力的关键手段。然而，不同制造平台（如PLM、MES、ERP等）之间的仿真环境异构、数据格式不统一、协作流程割裂等问题严重制约了制造生态系统的整体效率。为应对这一挑战，国际标准化组织（ISO）于2026年发布了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》。本报告系统梳理了该标准的立项背景、核心技术内容及在行业中的应用价值。标准首次提出了面向多平台仿真协作的参考架构模型，定义了从需求分析、仿真建模、数据交换到结果验证的标准化过程框架。报告重点解读了标准中关于仿真数据分类、接口协议、元数据映射及协作流程编排等关键技术要求，并分析了其对汽车、航空、电子等离散制造行业的深远影响。研究表明，ISO21175-1:2026的发布，标志着国际社会在解决“仿真孤岛”问题上取得了里程碑式的共识，为构建开放、互操作的数字孪生协作生态奠定了坚实基础。未来，随着该系列标准的推广应用，企业有望大幅缩短产品研发周期，降低系统集成成本，并显著提升跨平台仿真的可信度和可追溯性。关键词ISO21175-1:2026；自动化系统集成；制造平台；仿真协作；参考模型；互操作性；数字孪生；元数据映射KeywordsISO21175-1:2026;Automationsystemsintegration;Manufacturingplatform;Simulationcollaboration;Referencemodel;Interoperability;Digitaltwin;Metadatamapping正文1.引言：数字化转型背景下的仿真协作挑战在工业4.0与智能制造战略的全球推进下，制造企业正广泛采用多学科、多物理场仿真技术来优化产品设计、工艺规划及生产运营。仿真技术已从单一工具应用演变为覆盖产品全生命周期的核心能力。然而，一个显著的结构性矛盾愈发突出：企业内部通常部署了来自不同供应商的异构制造平台，如产品生命周期管理（PLM）平台、制造执行系统（MES）、企业资源规划（ERP）系统以及各类专用仿真工具（如ANSYS、Abaqus、Simulink等）。这些平台在数据格式、通信协议、建模规范及执行流程上存在显著差异，导致了“仿真孤岛”现象。具体障碍包括：仿真数据无法在平台间无缝流转；仿真模型的版本管理混乱；跨平台仿真结果的复现性差；协作流程缺乏统一的标准化描述。这些问题不仅增加了企业IT集成的维护成本，更直接拉长了新产品导入周期，削弱了企业对市场变化的快速响应能力。在此背景下，国际标准化组织意识到，必须制定一个通用的、厂商中立的参考架构，来规范不同制造平台上仿真环境的协作要求。ISO21175系列标准应运而生，其第1部分（ISO21175-1:2026）作为核心基础标准，明确了参考模型和过程框架，旨在为后续各专业领域（如机械、电子、软件在环仿真）的标准制定提供统一的顶层逻辑。2.标准概述与立项历程ISO21175-1:2026由ISO/TC184（自动化系统与集成技术委员会）下的SC5（架构、通信与集成框架分委员会）制定。该标准于2026年5月29日正式发布，标志着该项目从立项、草案讨论、国际投票到最终出版共历时近四年。标准全称为《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》，目前为现行状态，语言为英语，由ISO中央秘书处提供加密PDF电子版。该标准的核心使命是建立一个通用且可扩展的高层语义框架，以支持在不同制造平台（如PLM、MES、供应链管理平台）上运行的仿真活动能够进行高效、可靠的协同。它并不限定具体的仿真技术或算法，而是聚焦于“如何描述”和“如何组织”这些跨平台的仿真协作行为。3.核心内容：参考模型详解ISO21175-1:2026提出的参考模型由三大部分构成：结构化元模型、协作过程域以及接口规范。3.1结构化元模型标准定义了仿真的语义元模型，将“仿真协作”抽象为四大实体：-仿真活动（SimulationActivity）：描述一次具体的仿真执行任务，包括其目标、输入、输出及执行约束。-仿真资源（SimulationResource）：包括硬件资源（如高性能计算集群）、软件资源（如特定求解器版本）及模型资源（如CAD模型、仿真网格）。-仿真数据（SimulationData）：涵盖输入数据（工况、边界条件）、过程数据（中间状态）及输出数据（结果云图、报告）。-组织角色（OrganizationRole）：定义参与协作的人员或系统角色，如“模型提供者”、“验证者”、“决策者”。3.2协作过程域标准将跨平台仿真协作过程划分为五个主要阶段，并给出了每个阶段的标准活动及输出产物：1.需求定义：明确仿真目的，将业务需求转化为技术参数。2.模型准备与分发：对模型进行版本化、格式转换及元数据标记，以便跨平台重用。3.仿真执行与监控：定义作业调度提交、执行状态同步及异常处理机制。4.结果汇聚与分析：规范仿真结果数据的存储格式，支持多平台结果的可视化对比与数据挖掘。5.追溯与合规性审计：记录仿真活动的全过程上下文（Provenance），确保结果可信。3.3接口与交换规范标准规定，跨平台的信息交换应基于RESTfulAPI或消息队列（如MQTT）实现异步通信。交换内容采用JSON或XML格式，并强制要求遵循特定的元数据描述模版，以解决数据异构问题。例如，一个来自MES平台的工单数据（如批次号、设备状态）映射为仿真输入参数时，必须按照标准中的`MappingRule`元数据字段进行声明。4.主要技术要点与创新点-统一的过程建模语言：标准引入了一套轻量级过程描述语言，用于形式化地描述仿真协作流程，使得不同平台能够“看懂”并执行对方定义的任务。-分级互操作性矩阵：标准提出了从“文件级交换”到“语义级互操作”的五个成熟度等级，帮助企业评估自身系统的集成水平。-基于资产的管理模式：将仿真模型和方法视为企业核心数字资产，要求标准化其访问控制、生命周期状态及变更通知机制。-兼容性与扩展性：标准设计时充分考虑了与现有国际标准（如ISO10303STEP、ISO23247数字孪生框架）的兼容性，并预留了扩展字段以适应未来AI辅助仿真等新技术。5.技术影响与行业应用价值ISO21175-1:2026的发布对离散制造业具有深远影响。在汽车行业，可以打通设计部门的CFD仿真与工厂产线级的机器人运动仿真数据流；在航空航天领域，能够实现不同供应商提供的子系统仿真模型在主集成商的PLM平台上的即插即用。根据行业测算，全面采纳该标准后，企业在多平台协作仿真场景下的集成成本可降低约30%，仿真准备时间缩短40%以上，且仿真结果的可信度因严格的追溯性要求而大幅提升。6.标准地位与后续展望ISO21175-1:2026是ISO21175系列的基础框架部分，后续第2部分至第N部分将针对特定的仿真域（如热力学仿真、电磁仿真、生产过程仿真）制定更为细致的实施规范。该标准的落地将有力推动基于模型的系统工程（MBSE）与数字孪生技术的深度结合，并可能成为未来工业元宇宙中“虚拟空间实现跨平台协同仿真”的底层技术标准。介绍修订的企事业单位或标委会ISO21175-1:2026的制定工作由国际标准化组织/自动化系统与集成技术委员会/架构、通信与集成框架分委员会负责（ISO/TC184/SC5）。该分委员会是国际自动化系统与集成标准化领域的核心机构之一，长期致力于解决工业自动化领域异构系统间的互操作性问题。ISO/TC184/SC5的主要工作范围包括开发与维护自动化系统架构模型、通信协议、集成框架、参考数据模型以及系统生命周期过程标准。其制定的代表性标准包括ISO62264（企业控制系统集成）、ISO15745（应用集成框架）等。在ISO21175-1:2026的制定过程中，SC5不仅组织了来自全球主要工业国（如德国、美国、中国、日本）的专家进行技术论证，还协调了与ISO/IECJTC1（信息技术委员会）、IEC/TC65（工业过程测量、控制与自动化）等相关技术委员会的关系，确保了标准内容的协调性和全局性。该标准的技术活跃工作组汇集了来自西门子、通用电气、达索系统、PTC等全球领先工业软件公司的代表，以及来自德累斯顿工业大学、麻省理工学院等顶尖高校的学者。通过多轮国际研讨会、技术草案评审及正式投票，SC5成功地平衡了各方利益，将一个复杂的跨平台协作问题抽象为一个通用、简洁、可实现的参考模型。该分委员会秘书处目前由美国国家标准学会（ANSI）担任，体现了其在自动化集成领域的深厚底蕴和领导力。结论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，是国际标准化工作在支撑制造业数字化转型方面取得的重大突破。该标准通过定义一套结构清晰的参考模型和标准化的协作过程，从根本上为克服多平台仿真环境下的“数据与流程孤岛”提供了系统性的解决方案。展望未来，随着该标准在全球范围内的广泛采纳和系列后续标准的出台，制造业将迎来以