ISOIEC 301732023 数字孪生-概念和术语标准立项发展报告

数字孪生——概念和术语标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Digitaltwin—Conceptsandterminology摘要随着物联网、人工智能、大数据和云计算等新一代信息技术的迅猛发展，数字孪生（DigitalTwin）作为实现物理世界与数字世界深度融合的关键使能技术，已在智能制造、智慧城市、航空航天、能源管理、医疗健康等多个领域得到广泛应用。然而，由于数字孪生概念尚处于快速发展阶段，各国、各行业对其定义、内涵及核心术语的理解存在显著差异，严重制约了技术交流、系统互操作性和产业协同发展。在此背景下，国际标准化组织（ISO）联合国际电工委员会（IEC）于2023年11月8日正式发布ISO/IEC30173:2023《数字孪生——概念和术语》国际标准。该标准作为数字孪生领域首个基础性国际标准，系统定义了数字孪生的核心概念、基本术语及其相互关系，为后续系列标准的制定奠定了重要基础。本报告对该标准的立项背景、编制历程、主要内容、核心术语体系及行业应用价值进行系统分析，并就该标准的实施推广和未来发展趋势提出建议，旨在为相关行业组织、技术研发人员和标准使用者提供全面参考。关键词：数字孪生；概念模型；术语标准；ISO/IEC30173；国际标准化；互操作性Keywords:DigitalTwin;ConceptualModel;TerminologyStandard;ISO/IEC30173;InternationalStandardization;Interoperability一、引言1.1数字孪生技术的发展背景数字孪生概念最早可追溯至2002年，由MichaelGrieves教授在产品生命周期管理领域首次提出，其核心思想是通过创建物理实体的高保真虚拟映射，实现物理空间与信息空间的实时交互与深度融合。2010年，美国国家航空航天局（NASA）在其技术路线图中正式使用“DigitalTwin”一词，将其应用于飞行器健康管理与寿命预测。此后，随着物联网感知能力、数据传输带宽和计算处理能力的持续跃升，数字孪生技术迅速从航空航天等高端制造领域向更广泛的行业场景渗透。近年来，全球主要经济体纷纷将数字孪生纳入国家战略布局。中国“十四五”规划明确将数字孪生列为数字经济重点产业方向；欧盟在其《工业5.0》战略中强调数字孪生在推动以人为本的工业转型中的关键作用；美国工业互联网联盟（IIC）专门设立数字孪生工作组推进相关技术标准化工作。据MarketsandMarkets研究机构预测，全球数字孪生市场规模将从2023年的约100亿美元增长至2028年的约260亿美元，年复合增长率超过20%。1.2标准制定的必要性与紧迫性尽管数字孪生技术应用呈现爆发式增长态势，但一个不容忽视的现实问题是：不同厂商、不同行业、不同国家对数字孪生的理解存在显著分歧。具体而言，数字孪生与仿真模拟（Simulation）、数字模型（DigitalModel）、数字阴影（DigitalShadow）等相近概念之间的边界模糊；数字孪生的核心构成要素（如物理实体、虚拟模型、数据连接、服务系统等）表述不统一；数字孪生的典型特征（如实时性、双向性、保真度等）缺乏公认的界定标准。这些基础性概念和术语层面的差异，直接导致了系统架构设计上的各自为政、数据接口层面的互操作困难和跨行业协同的深层障碍。国际社会亟需在技术层面达成基本共识，形成统一的概念框架和术语体系，以支撑数字孪生技术的规范化发展和规模化应用。二、标准基本信息2.1标准概况ISO/IEC30173:2023《数字孪生——概念和术语》由国际标准化组织与国际电工委员会下设的第一联合技术委员会（ISO/IECJTC1）归口管理，具体由数字孪生工作组（ISO/IECJTC1/WG15）负责制定。该标准于2023年11月8日正式发布，标准状态为现行有效。2.2标准定位ISO/IEC30173:2023是数字孪生领域首个正式发布的国际标准，属于数字孪生标准体系框架中的基础类标准（术语标准）。该标准的发布标志着全球数字孪生标准化工作从研讨阶段进入实质推进阶段，对后续数字孪生参考架构、数据互操作、安全要求、应用指南等一系列标准的制定起到奠基和引领作用。三、标准主要内容详解3.1数字孪生的核心定义ISO/IEC30173:2023将数字孪生（DigitalTwin）正式定义为：“具有数据连接的特定目标实体（targetentity）的数字化表示，该数字化表示以足够的保真度（fidelity）支持目标实体在其生命周期内的各种应用场景。”该定义包含以下核心要素：-目标实体（targetentity）：指物理世界中存在的真实对象，可以是设备、系统、流程、组织乃至整个人类社会系统中的各种物理实体。目标实体是数字孪生构建的起点和服务的终点。-数字化表示（digitalrepresentation）：指目标实体在数字空间中的映射模型，这种表示不仅包含几何结构，也包括行为逻辑、规则约束和演化机制等多维信息。-数据连接（dataconnection）：强调物理实体与数字表示之间必须存在持续的数据流通通道，这是数字孪生区别于传统仿真模型的关键特征。-保真度（fidelity）：指数字表示在多大程度上精确反映物理实体在特定应用场景下的真实状态和行为。保真度是一个相对概念，取决于具体应用对精度的需求。-生命周期（lifecycle）：数字孪生应贯穿目标实体从设计、制造、运行到退役的全生命周期过程。3.2关键术语体系梳理该标准系统定义了数字孪生领域的核心术语，本报告将其中最为关键的术语按主题维度梳理如下：（一）数字孪生类型相关术语-数字孪生组成（digitaltwincomposition）：指由多个子数字孪生（componentdigitaltwins）按照特定规则组成的复合数字孪生体。这一概念旨在解决复杂系统中多层级、多粒度建模的组织问题。-数字孪生聚合（digitaltwinaggregate）：将来自多个来源的数字孪生数据进行融合与集成，形成面向更广泛分析目标的综合性数字孪生体。-数字孪生原型（digitaltwinprototype）：在物理实体建造之前创建的数字化模型，主要用于设计验证和虚拟测试。该概念对应产品生命周期的早期阶段。-数字孪生实例（digitaltwininstance）：与特定物理实体一一对应的数字孪生体，在物理实体运行期间保持实时数据关联。-数字孪生环境（digitaltwinenvironment）：为数字孪生提供运行所需的计算、存储、网络等资源的整体支撑环境。（二）系统关系相关术语-组合数字孪生（compositedigitaltwin）：由多个数字孪生体按照系统层次结构有机组合而成的数字孪生系统，对应物理系统的整体-部分关系。-数字孪生系统（digitaltwinsystem）：涵盖数字孪生体及其支撑基础设施、数据管理、安全机制和应用服务的完整系统集合。（三）数据交互与生命周期相关术语-数字线程（digitalthread）：连接数字孪生全生命周期各阶段数据的闭环信息流，确保信息在设计、制造、运维等环节间的无缝传递。-数字孪生生命周期（digitaltwinlifecycle）：涵盖数字孪生从创建、使用、维护到退役的完整演进过程。通过对上述术语体系的规范定义，该标准构建了数字孪生领域的统一概念框架，为不同行业、不同场景下的技术交流扫清了语义障碍。3.3数字孪生的基本特征标准还归纳了数字孪生的关键特征，包括：-唯一性（uniqueness）：每个数字孪生体与其对应的物理实体之间存在一一对应关系；-实时性（real-timecapability）：数字孪生体应能够反映物理实体的当前状态；-双向性（bidirectionality）：不只物理实体到数字模型的数据流向，还包括数字模型对物理实体的反向控制与优化指令；-可演化性（evolvability）：数字孪生体应能随物理实体及其环境的变化持续更新和演化；-互操作性（interoperability）：数字孪生系统应能与其他信息系统进行数据交换和协同工作。四、主要参与单位介绍ISO/IECJTC1/WG15数字孪生工作组是负责本标准的制定和维护的核心技术组织。该工作组汇集了来自全球各主要经济体的标准化专家，包括中国、美国、德国、日本、韩国、英国、法国等国家的代表。在积极参与该标准制定的国内技术力量中，中国电子技术标准化研究院发挥了至关重要的作用。中国电子技术标准化研究院（CESI，以下简称“电子标准院”）是工业和信息化部直属事业单位，是国家从事电子信息技术领域标准化工作的权威机构。该院自2019年起即持续跟踪并深度参与ISO/IECJTC1/WG15数字孪生国际标准化工作，组织国内高校、科研院所和龙头企业组建专家团队，系统研究数字孪生概念体系，提出多项具有中国实践特色的术语定义建议和修改意见。在ISO/IEC30173:2023的制定过程中，电子标准院专家团队全程参与了术语框架搭建、定义文本起草和一致性协调等关键环节，有效推动该标准在国际层面达成了广泛共识。电子标准院作为全国信息技术标准化技术委员会物联网分技术委员会（SAC/TC28/SC41）的秘书处单位，同步推进数字孪生领域国家标准体系建设，先后立项研制《信息技术数字孪生第1部分：通用要求》等系列国家标准，实现了国际标准与国内标准的协同推进。此外，该院还主导编制了多项数字孪生行业白皮书和应用案例集，为各行业理解和应用数字孪生标准提供了大量技术指导。其参与国际标准制定的经验表明，将中国在智能制造、智慧城市等领域的数字孪生实践上升为国际共识，既提升了中国在数字孪生国际标准化领域的话语权，也为全球数字孪生技术发展贡献了中国智慧。五、标准价值与应用展望5.1对产业发展的支撑价值ISO/IEC30173:2023的发布具有多方面的重要意义：-统一概念认知：该标准为全球数字孪生领域提供了统一的概念框架和术语定义，有效消除了跨行业、跨地区之间的语义壁垒，为技术交流、商务合作和学术研究奠定了共同语言基础。-支撑标准体系构建：作为数字孪生标准体系中的基础性标准，该标准的发布有力推动了数字孪生参考架构、数据模型、互操作要求、安全可信等一系列配套国际标准的研制进程，其中部分标准已在制定中。-促进产业生态形成：统一的标准术语框架为不同厂商的产品和服务提供了兼容性基础，有助于形成良性的产业生态，降低系统集成的技术门槛和成本。5.2面临挑战与发展趋势尽管ISO/IEC30173:2023的发布取得了重要的阶段性成果，但数字孪生标准化工作仍面临多重挑战：其一，数字孪生技术演进速度极快，新概念、新应用模式持续涌现，术语体系的持续维护和迭代更新是长期挑战。其二，不同行业对数字孪生的理解存在天然视角差异，如何在通用术语框架下兼顾行业特殊性仍是需要持续探索的议题。其三，数字孪生与人工智能、边缘计算、量子计算等前沿技术的深度融合催生新的术语需求，标准的动态更新机制至关重要。展望未来，数字孪生标准化工作将呈现以下趋势：第一，从基础术语向参考架构、数据互操作、安全要求、可信评估等深度方向拓展，形成完整的标准工具箱；第二，行业应用标准将加速制定，面向智能制造、智慧城市、智慧能源等领域的专用标准将不断出台；第三，数字孪生与相关技术领域（如AI、区块链、数字线程）的交叉融合标准将成为新的标准化热点；第四，标准与产业应用的互动将更加紧密，标准化工作将从“技术驱动”向“需求驱动+技术驱动”双轮模式演进。六、结论ISO/IEC30173:2023《数字孪生——概念和术语》作为数字孪生领域首个基础性国际标准，系统解决了该领域概念混乱、术语分歧的突出问题，为数字孪生技术的规范化发展和产业化应用奠定了坚实的语义基础。该标准的核心价值在于构建了一个涵盖数字孪生定义、类型划分、系统组成和数据交互的完整概念框架，有效促进了跨行业的技术交流和系统互操作。随着数字孪生系列标准的持续完善和应用的不断深入，数字孪生技术必将在推动各行业数字化转型和智能化升级进程中发挥更加关键的作用。中国作为全球数字孪生技术应用的重要市场，应继续深度参与国际标准制定，同时加快国内标准体系的同步建设，推动数字孪生技术在更广泛场景中落地实施，为全球数字孪生技术创新贡献更多中国方案。参考文献[1]ISO/IEC30173:2023,Digitaltwin—Conceptsandterminology[S].Geneva:ISO/IEC,2023.[2]中国电子技术标准化研究院.数字孪生标准化白皮书（2022版）[R].北京,2022.[3]GrievesM,VickersJ.DigitalTwin:MitigatingUnpredictable,UndesirableEmergentBehaviorinComplexSystems[M]//TransdisciplinaryPerspectivesonComplexSystems.Springer,2017:85-113.[4]工业