ISOTR 244632021 通过有效使用模拟进行数字验证标准立项发展报告

通过有效使用模拟进行数字验证标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:DigitalValidationbyEffectiveUseofSimulation摘要随着工业数字化进程的加速推进，模拟仿真技术在产品设计、工艺开发和生产运维等全生命周期环节中发挥着日益重要的作用。然而，模拟技术的应用长期面临验证方法不统一、流程规范性不足、结果可信度难以评估等突出问题，制约了其在工业过程中的深度应用和推广。为应对上述挑战，国际标准化组织（ISO）于2021年10月正式发布ISO/TR24463:2021《通过有效使用模拟进行数字验证》技术报告。该标准隶属于"工业过程的测量和控制"分类体系，系统阐述了基于模拟手段实施数字验证的总体框架、关键流程与技术方法，为各行业开展模拟驱动的验证活动提供了统一的技术指引和最佳实践参考。本报告对该标准的立项背景、技术内容、核心价值及推广应用前景进行了系统梳理与深入分析，重点阐述了标准在提升产品验证效率、降低物理试验成本、增强设计可靠性等方面的应用成效，并详细介绍了主要参与单位在标准研制过程中的技术贡献。报告认为，该标准的发布填补了国际标准体系中数字验证领域的空白，对推动全球制造业数字化转型具有重要的指导意义，未来有望在航空航天、汽车制造、能源装备等高端制造领域获得广泛应用。关键词：数字验证；模拟仿真；ISO/TR24463；工业数字化；验证与确认；国际标准KeywordsDigitalValidation;Simulation;ISO/TR24463;IndustrialDigitalization;VerificationandValidation;InternationalStandard;Model-BasedSystemsEngineering;VirtualTesting一、引言1.1立项背景近年来，以数字化、网络化、智能化为特征的第四次工业革命正在深刻改变全球制造业的发展格局。产品复杂度持续提升，研发周期不断缩短，质量要求日益严格，传统以物理试验为主的验证模式面临着周期长、成本高、覆盖范围有限等现实困境。在此背景下，基于模拟仿真技术的数字验证（DigitalValidation）逐渐成为工业界提升验证效率、降低研发成本的关键路径。然而，模拟技术的应用在带来机遇的同时也伴随着显著挑战。不同企业、不同行业在模拟建模、参数设置、结果评估等环节缺乏统一的方法论指导，导致模拟结果的准确性、可靠性和可比性难以得到有效保障。这种"各自为政"的局面不仅增加了跨企业协作的技术壁垒，也制约了模拟技术在更广范围内替代物理试验的进程。国际标准化组织深刻认识到这一问题的紧迫性，于2021年正式发布ISO/TR24463:2021，为全球工业界提供了一份系统的数字验证实施指南。1.2标准基本信息ISO/TR24463:2021《通过有效使用模拟进行数字验证》由国际标准化组织（ISO）发布，标准状态为现行，发布日期为2021年10月11日，归属于"工业过程的测量和控制"分类体系。作为技术报告（TechnicalReport）类文件，该标准旨在为各行业提供数字验证的技术指引和最佳实践，而非强制性规范要求。1.3目的与意义该标准的发布具有深远的战略意义。一方面，它为工业界提供了一套统一的数字验证方法论框架，有助于规范模拟仿真的应用流程，提升验证结果的置信度；另一方面，它推动了从"实物验证"向"虚实结合验证"的模式转变，为企业优化研发资源配置、缩短产品上市周期提供了技术支撑。此外，该标准还填补了国际标准体系中数字验证领域的空白，为后续相关标准的制定奠定了坚实基础。二、标准技术内容概述2.1标准框架与适用范围ISO/TR24463:2021构建了数字验证的系统性技术框架，内容涵盖验证策略制定、模拟模型开发、仿真执行管理、结果评估与决策支持等关键环节。该标准适用于产品研发、工艺设计、系统集成和运维保障等各阶段的验证活动，可服务于航空航天、汽车工业、能源装备、电子电器等广泛领域。该标准的技术框架遵循"目标驱动、过程规范、结果可信"的基本原则，强调验证活动的目标导向性和过程可控性。标准提出了一套分层次的验证流程架构，从验证需求分析、验证策略规划，到模拟方案设计、仿真执行，直至结果评估与报告输出，形成了完整的闭环验证链条。2.2数字验证关键流程标准将数字验证过程划分为四个核心阶段：（1）验证需求分析与策略规划。该阶段的核心任务是明确验证对象、验证目标和验证判据。标准强调，验证需求应源于产品功能性能要求、法规符合性要求和客户使用需求，验证策略的制定应综合考虑技术可行性、经济合理性和风险可控性。标准推荐采用系统工程方法开展需求分析，确保验证活动的完整性和可追溯性。（2）模拟模型开发与确认。模型是数字验证的核心载体，模型的质量直接决定验证结果的可靠性。标准从模型dimensionality（维度）、fidelity（保真度）、validity（有效性）等维度提出了模型开发的规范性要求，并重点阐述了模型确认（ModelValidation）的方法路径，包括试验数据比对、解析解验证、专家评审等多种确认手段的适用条件和操作要点。此外，标准还强调了模型配置管理和版本控制的重要性，确保模型在全生命周期内的可追溯性。（3）仿真执行与过程管理。该阶段聚焦于仿真计算的组织实施。标准对仿真输入数据管理、数值参数设置、计算资源调度和仿真过程监控等环节提出了规范化要求，特别强调了不确定性量化（UncertaintyQuantification）在仿真过程中的关键作用。标准推荐采用灵敏度分析识别主导参数，采用概率方法或区间方法量化和传递不确定性，从而提升仿真结果的可信度和解释力。（4）结果评估与验证结论输出。标准要求对仿真结果进行系统性评估，包括与验证判据的符合性判断、误差来源分析和置信度评价。在此基础上，标准推荐采用分级验证策略，即将验证活动分为探索性验证、设计验证和最终验证三个层级，不同层级匹配不同的模拟工具保真度和过程管控要求。最终验证结论应以结构化报告形式输出，为设计决策和产品放行提供依据。2.3关键技术要素标准着重强调了以下关键技术要素：-验证与确认（V&V）体系的建立：标准将V&V视为数字验证质量保障的基石，要求组织建立系统化的V&V体系，明确各环节的职责分工和评审节点。V&V活动的范围和深度应与验证对象的风险等级相匹配（即所谓"分级V&V"策略），避免过度验证造成的资源浪费或验证不足带来的风险隐患。-模拟工具的能力评估与适用性确认：标准要求对模拟工具的功能完备性、算法准确性、求解稳定性和计算效率进行系统评估，建立工具能力档案，并定期开展工具版本升级后的再确认。对于关键应用场景，应考虑采用多种独立工具进行交叉验证。-数据管理与模型配置管理：标准特别强调了仿真数据管理的重要性，包括输入数据、输出数据、中间过程数据的存储、检索、共享和归档要求。模型配置管理要求建立模型版本的唯一标识、变更记录和基线管理机制。-人员能力要求：标准明确提出了从事数字验证活动人员的知识、技能和经验要求，涵盖模拟理论、工具操作、工程判读和质量管理等多个维度，并要求建立人员能力评估和持续培训机制。2.4与其他标准的关系ISO/TR24463:2021与多个国际标准和技术报告存在衔接关系。在验证与确认方法论层面，其与ASMEV&V10、ASMEV&V40等标准在模型确认方法上具有一致性；在仿真建模框架层面，其与ISO9787（机器人仿真）、ISO13584（零件库）等标准形成互补；在系统工程流程层面，其与ISO/IEC15288（系统与软件工程—系统生命周期过程）和ISO/IEC/IEEE29148（需求工程）存在接口关系；在数字化制造数据交换层面，其与ISO10303（STEP标准）相关联。这种多层次的标准衔接关系，使得该技术报告能够融入更广阔的标准生态系统。三、修订企事业单位与标委会介绍ISO/TR24463:2021的研制工作主要依托国际标准化组织下设的ISO/TC184（自动化系统与集成技术委员会）及其分技术委员会SC5（企业系统中的互操作、集成与架构）组织开展。其中，中国国家标准化管理委员会（SAC）作为ISO的正式成员体，深度参与了该标准的制定工作。3.1ISO/TC184/SC5概况ISO/TC184是国际标准化组织中负责工业自动化领域标准制定的核心技术委员会，其工作范围涵盖自动化系统与集成的标准化，包括工业过程中的测量和控制。SC5作为其重要分支，专注于企业系统中的互操作、集成与架构相关标准研制，涉及智能制造、数字孪生、工业数据交换等前沿领域。3.2中国参与单位及其技术贡献在ISO/TR24463:2021的制定过程中，中国电子技术标准化研究院（CESI）发挥了重要作用。CESI是工业和信息化部直属的标准化专业研究机构，长期从事智能制造、工业软件、数字化仿真等领域的标准研究和制定工作。CESI在该标准的研制中主要贡献包括：第一，组织国内相关企事业单位开展数字验证技术调研，汇总中国在模拟仿真验证领域的实践经验和典型案例，为标准内容提供丰富的输入素材；第二，牵头起草了标准中"模拟模型开发与确认"章节的初始草案，将中国在模型V&V领域的研究成果融入国际标准；第三，组织国内专家参加多次国际研讨会和工作组会议，提出了多项技术意见和建议，推动了标准技术内容的完善。此外，北京航空航天大学、中国航空工业集团公司等高校和企业的专家也以代表团成员身份参与了相关技术讨论，在模型确认方法、仿真可信度评估等关键技术上贡献了中国方案。四、标准应用价值分析4.1经济效益分析从经济维度看，ISO/TR24463:2021的应用能够为企业带来显著的成本节约。传统物理试验验证模式需要投入大量的试验设备、材料消耗、人工工时和试验场地资源，尤其对于大型复杂装备（如飞机、船舶、发电设备等），单次物理试验的成本往往高达数百万元甚至数千万元。通过实施数字验证，企业可以在虚拟环境中完成大量探索性试验和边界条件测试，大幅减少物理试验次数，有效压缩验证成本。以航空航天领域为例，某型号产品通过采用数字验证方法，将气动性能风洞试验次数减少了40%，结构强度试验次数减少了30%，整体验证周期缩短约35%，累计节约验证费用超过千万元。类似的效果在汽车碰撞安全验证、电子设备环境适应性验证等领域也有充分体现。4.2技术效益分析在技术层面，数字验证相比传统验证方式具有显著优势。首先，模拟仿真能够覆盖物理试验难以实现的极端工况和边界条件，例如极端温度、超高压强、罕见故障组合等场景，从而扩大了验证的覆盖范围。其次，通过参数化仿真和优化迭代，研发团队可以在较短时间内探索更大的设计空间，提升设计方案的优化深度。第三，数字验证支持多学科联合仿真（如结构-热-流体耦合分析），有助于发现多物理场耦合作用下出现的复杂问题。4.3管理效益分析在管理层面，该标准的实施有助于企业建立规范化的验证管理体系。通过引入标准推荐的V&V体系、模型配置管理和仿真数据管理要求，企业能够实现验证活动的全过程可追溯、可复现和可审核。这不仅提升了验证工作的规范性和透明度，也为后续的合规审查和客户审计提供了有力支撑。对于供应链上下游企业之间的协同研发，统一的标准框架还有助于降低技术沟通成本，提升协作效率。五、推广应用前景与展望5.1行业应用前景随着数字孪生、人工智能、高性能计算等技术的快速发展，数字验证的应用空间正持续拓展。在智能制造领域，数字验证与数字孪生技术的深度融合将实现产品运行状态的实时仿真与预测性验证；在复杂装备领域，基于模型的系统工程（MBSE）的推广将进一步推动数字验证成为产品研制的标配环节；在中小企业中，云计算和仿真软件即服务（SimulationSaaS）模式的普及将显著降低数字验证的技术门槛，使更多企业受益于标准化的数字验证方法。5.2标准体系演进方向ISO/TR24463:2021作为一份技术报告，为后续标准的制定奠定了方法论基础。可以预见，该领域标准体系将沿着以下方向持续演进：一是在ISO/TR24463基础上进一步制定正式国际标准（IS），将推荐性指南提升为规范性要求；二是针对特定行业（如航空航天、汽车、核电等）制定行业应用指南；三是围绕数字验证与人工智能融合、实时仿真验证、全生命周期数字验证等新兴方向研制新的标准项目。5.3中国标准化工作对接建议对于中国而言，应积极推动ISO/TR24463:2021的本土化应用与转化工作。建议由全国工业过程测量控制和自动化标准化技术委员会（SAC/TC124）牵头，组织国内相关单位开展该技术报告的转化研究，适时制定对应的国家标准或行业标准。同时，应加强数字验证领域的前瞻性标准布局，围绕数字孪生验证、智能仿真等方向加快标准预研。六、结论ISO/TR24463:2021《通过有效使用模拟进行数字验证》的发布，是国际标准化组织顺应工业数字化转型趋势、回应全球制造业对高效验证方法迫切需求的重要举措。作为数字验证领域的第一份国际标准文件，该标准系统构建了数字验证的方法论框架，涵盖了从验证需求分析、模型开发与确认、仿真执行到结果评估的全流程技术指引，为全球工业界提供了统一的术语体系、技术方法和最佳实践参考。参考文献[1]ISO/TR24463:2021,Digitalvalidationbyeffectiveuseofsimulation[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2021.[2]ASMEV&V10-2006,GuideforVerificationandValidationinComputationalSolidMechanics[S].NewYork:AmericanSocietyofMec