ISOIEC 301732023 数字孪生.概念和术语标准立项发展报告

ISO/IEC30173:2023《数字孪生—概念和术语》标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:DigitalTwin-ConceptsandTerminology(ISO/IEC30173:2023)摘要随着新一代信息技术与制造业深度融合，数字孪生作为实现物理世界与信息世界虚实映射、实时交互、智能决策的关键技术，已成为全球数字化转型和智能制造领域的战略前沿。然而，数字孪生领域长期面临概念界定不清、术语使用混乱、体系架构各异等基础性问题，严重制约了技术推广、系统集成与产业协同。在此背景下，国际电工委员会（IEC）于2023年11月正式发布ISO/IEC30173:2023《数字孪生—概念和术语》国际标准，作为数字孪生领域首个基础性术语标准，为全球数字孪生的规范化发展奠定了重要基石。本报告系统梳理了该标准的立项背景、研制历程、核心内容与技术框架，深入分析了其在术语定义、概念模型、参考架构等方面的关键突破，全面评估了标准对智能制造、智慧城市、能源管理等重点行业应用的价值与影响，并对标准化体系的未来演进方向进行了前瞻性展望。该标准的发布标志着数字孪生从概念认知走向规范实施的重大转折，对全球数字孪生产业生态建设具有里程碑式意义。关键词：数字孪生；国际标准；术语规范；概念模型；ISO/IEC30173；数字化转型Keywords:DigitalTwin;InternationalStandard;TerminologyStandardization;ConceptualModel;ISO/IEC30173;DigitalTransformation一、引言1.1研究背景数字孪生（DigitalTwin）概念最早可追溯至2002年MichaelGrieves教授在密歇根大学产品生命周期管理课程中提出的“镜像空间模型”（MirroredSpacesModel），后经NASA在航天器健康管理中的应用而逐步为业界所知。近年来，随着物联网、大数据、人工智能、云计算和边缘计算等新一代信息技术的群体性突破，数字孪生已从概念验证阶段加速进入工程实践与规模化应用阶段，被Gartner连续多年列为十大战略科技发展趋势之一。然而，数字孪生作为一个新兴交叉领域，其发展面临首要的基础性挑战——概念体系尚未统一。不同国家、不同行业、不同厂商对“数字孪生”的理解差异显著：有的将其等同于三维仿真模型，有的理解为物联网数字映射系统，还有的将其视为产品全生命周期管理（PLM）的延伸。这种术语和概念层面的混乱状况，直接导致跨系统集成困难、互操作性缺失、采购与合规评估缺乏统一依据等问题，严重阻碍了数字孪生产业生态的健康发展。1.2标准研制必要性标准化是产业成熟的标志，术语标准更是标准体系建设的基石。ISO/IEC30173:2023的研制必要性体现在以下三个维度：第一，统一概念认知是产业协作的前提。数字孪生涉及物理实体、虚拟模型、数据连接、服务系统等多类要素，牵涉制造商、软件服务商、系统集成商、终端用户等多方主体。缺乏统一的术语定义，各方在沟通协作中必然产生语义歧义和技术壁垒。通过国际标准层面的术语统一，可以建立共同语言体系，有效降低交易成本和协同壁垒。第二，基础标准是标准体系建设的先导。国际标准化实践中，术语标准通常作为技术委员会新领域标准化的第一项成果予以发布，为后续架构标准、接口标准、安全标准、应用指南等系列标准的研制提供概念基础。IEC/ISO联合技术委员会JTC1将数字孪生术语标准列为优先工作项，正是遵循了这一标准化方法论。第三，国际共识是数字孪生全球化发展的需要。数字孪生技术在智能制造、智慧城市、智慧能源等领域的应用天然具有跨国界特征。供应链全球化背景下，产品数字孪生需跨境流通和互认；城市级数字孪生平台需对接国际标准以实现最佳实践互鉴。制定发布国际标准，有助于凝聚各国共识、促进技术互认，为全球数字孪生产业的有序发展提供制度性保障。二、标准研制历程2.1标准立项与研制过程ISO/IEC30173:2023由ISO/IECJTC1（信息技术联合技术委员会）下设的数字孪生咨询组和后续相关工作组推动研制。其研制过程大致经历了以下阶段：-2019–2020年（预研与立项阶段）：ISO/IECJTC1成立数字孪生研究组，对数字孪生技术趋势和标准化需求进行系统调研，识别出术语与概念框架为最优先标准化方向，随后正式立项。-2021–2022年（草案研制阶段）：成立工作组（ISO/IECJTC1/WG15数字孪生工作组）汇集各国专家，先后形成委员会草案（CD）和国际标准草案（DIS），期间面向各成员国开展多轮意见征集与处理。-2023年（批准发布阶段）：最终国际标准草案（FDIS）通过成员国投票，于2023年11月7日正式发布。中国专家深度参与了该标准的研制工作，在数字孪生概念模型、应用场景定义等方面贡献了来源于中国智能制造和智慧城市建设实践的经验与建议，体现了中国在数字孪生领域日益增强的国际影响力和标准化话语权。2.2标准定位与适用范围ISO/IEC30173:2023是数字孪生领域首个基础性国际标准，属于概念和术语类标准（CategoryA—基础标准）。其内容定位具有以下特征：范围界定：标准规定了数字孪生的核心概念、基本术语和定义，建立了数字孪生系统的通用概念模型，适用于各类物理实体（产品、设备、系统、流程、组织乃至城市等）的数字孪生系统的规划、设计、开发、应用和评估。不涉及范围：标准不限定具体的技术实现方式，不涉及特定行业应用的功能要求，不包含安全和隐私的具体技术措施，也不涵盖数字孪生系统间的互操作性协议细节。上述各专项问题由配套的后续标准予以规定。三、标准核心内容解析3.1数字孪生的核心定义ISO/IEC30173:2023对“数字孪生（digitaltwin）”给出了权威定义，其核心界定为：具有目标目的的信息结构（aninformationstructurewithapurpose），该信息结构基于物理实体的实时或历史数据，物理实体与虚拟实体之间通过连接进行数据流通，从而实现对物理实体状态的准确映射、分析预测和优化控制。该定义包含以下关键要素：-信息结构（informationstructure）：数字孪生在本质上是一种有组织的数字化信息集合，而非单纯的软件工具或可视化模型；-目的导向（withapurpose）：数字孪生的构建服务于特定目标（如状态监测、预测性维护、优化决策等），无目的的数据镜像不构成真正意义的数字孪生；-数据驱动与连接（basedondataandconnection）：物理实体与虚拟实体之间的双向数据连接是数字孪生的核心运作机制。这一定义的最大特点在于其技术中立性和广泛适用性。相较于早期将数字孪生等同于高保真仿真模型或特定技术平台的狭义认知，ISO/IEC30173确立了数字孪生作为一种信息结构和系统工程方法论的定位，既不过度依赖具体技术路线，又能够兼容不同行业和规模的应用场景，为后续各类标准的制定和产业实施提供了清晰的概念框架。3.2核心术语体系标准系统收录和定义了数字孪生领域的基础术语，涵盖以下几大类别：（1）基础概念术语：包括“数字孪生（digitaltwin）”“物理实体（physicalentity）”“虚拟实体（virtualentity）”“数字孪生系统（digitaltwinsystem）”等，构成本标准最核心的术语基元。（2）关联关系术语：定义“数字孪生连接（digitaltwinconnection）”“数字孪生映射（digitaltwinmapping）”“数字孪生同步（digitaltwinsynchronization）”“数字孪生交互（digitaltwininteraction）”等术语，描述物理域与虚拟域之间的作用机制和关联模式。（3）生命周期术语：涵盖“数字孪生创建（digitaltwincreation）”“数字孪生演化（digitaltwinevolution）”“数字孪生退役（digitaltwinretirement）”等全生命周期各阶段术语。（4）应用与治理术语：包括“数字孪生应用（digitaltwinapplication）”“数字孪生服务（digitaltwinservice）”“数字孪生治理（digitaltwingovernance）”等。标准通过术语之间的逻辑关联和概念层级划分，形成了一个结构化的术语体系，每个术语均配有准确的定义和必要的注释，有效消除了不同语境下的语义歧义。3.3数字孪生概念模型标准建立了数字孪生的通用概念模型，其核心框架包含四个主要组成部分：物理域（PhysicalDomain）：物理实体及其所处的物理环境，包括实体自身的属性状态、运行行为和环境条件。虚拟域（VirtualDomain）：物理实体的数字化模型集合，包括几何模型、物理模型、行为模型、规则模型等多维度模型的有机组合。连接层（ConnectionLayer）：实现物理域和虚拟域之间数据流通的技术通道，涵盖传感器数据采集、网络传输、协议转换、数据融合等功能。服务层（ServiceLayer）：面向应用场景的数字孪生功能服务，包括状态可视化、诊断分析、预测推演、优化决策、控制指令下发等。概念模型强调物理实体、虚拟实体、连接和服务四要素的协同运作，并指出数字孪生的价值在于通过四要素的闭环交互实现“以虚控实、以实更新”的持续优化循环。该模型为不同行业和组织构建数字孪生系统提供了普适性的顶层参考框架。3.4数字孪生特征属性标准明确了数字孪生系统应具备的关键特征属性，包括：-虚实映射性：虚拟实体与物理实体之间保持结构、状态和行为层面的映射关系；-实时同步性：物理实体状态变化通过数据连接近实时地反映到虚拟实体中；-全生命周期覆盖性：从物理实体的设计、制造、运行到退役全过程均有数字孪生的持续支撑；-数据驱动性：数字孪生的分析、预测和决策功能以数据为根本驱动要素；-动态演化性：虚拟模型可随物理实体状态变化和外部输入持续更新演化；-闭环交互性：具备从虚拟实体到物理实体的反馈控制通道，形成决策执行的闭环。四、标准价值与应用影响4.1对产业发展的基础性支撑价值统一语义基础，降低协作成本。标准确立了全球统一的数字孪生概念和术语体系，为跨企业、跨行业、跨国界的数字孪生技术交流与商务合作提供了共同语义基础。设备制造商、软件开发商、系统集成商和终端用户得以在同一概念框架下进行精准沟通，显著减少因认知差异导致的返工与协调成本。支撑产品合规与市场秩序。标准为数字孪生产品和服务的分类、评估和采购提供了术语依据。用户单位和行业监管部门可以依据标准界定产品或解决方案是否属于数字孪生范畴及其能力边界，有助于建立公平竞争的市场环境和透明化的产品评估机制。引导技术研发资源配置。通过清晰界定数字孪生的概念模型和核心要素，标准引导技术研发力量聚焦于连接技术、建模技术、数据融合、服务架构等关键共性技术环节，避免低水平重复开发，促进技术创新资源的有效配置。4.2对重点行业应用的影响智能制造领域。数字孪生是智能制造的关键使能技术之一。ISO/IEC30173为车间级数字孪生、设备数字孪生和生产过程数字孪生的建设提供了统一术语框架，支撑了设备预测性维护、生产工艺优化、产品质量追溯等典型应用场景的标准化实施，并与工业4.0参考架构模型（RAMI4.0）和《国家智能制造标准体系建设指南》形成了良好衔接。智慧城市领域。城市级数字孪生涉及建筑信息模型（BIM）、地理信息系统（GIS）、物联网等多源数据的融合。标准为城市数字孪生的规划与建设提供了概念框架，有助于城市管理者准确理解和界定数字孪生城市的能力边界，推动跨部门数据共享和业务协同。智慧能源领域。在能源行业，数字孪生被广泛应用于电网运行仿真、风电场运维优化、储能系统管理等场景。标准促进能源行业数字孪生系统建设的规范化，为能源数据模型统一、系统接口标准化和效益评估奠定了基础。交通与物流领域。交通基础设施数字孪生和物流供应链数字孪生的建设同样受益于统一术语定义，有助于实现多式联运系统、智能交通管理系统等跨系统集成场景中的语义互操作。4.3对国际标准化体系的完善与引领ISO/IEC30173:2023的发布不仅填补了数字孪生基础术语标准的空白，更激活了数字孪生国际标准化工作的整体布局。在该标准发布前后，ISO/IECJTC1/WG15持续推动数字孪生标准体系建设，包括数字孪生参考架构、数字孪生使用案例、数字孪生互操作性要求等系列标准正在同步研制中。IEC/ISO联合成立的数字孪生标准化评估组也在持续扩展各行业数字孪生标准化路线图。我国同步推进数字孪生国家标准体系建设，已立项和发布多项数字孪生相关国家标准和行业标准，形成与国际标准协同发展的良好格局。五、主要参与单位介绍5.1国际电工委员会（IEC）国际电工委员会（InternationalElectrotechnicalCommission，IEC）成立于1906年，总部位于瑞士日内瓦，是电工、电子和相关技术领域国际标准的权威制定和发布机构，也是世界上成立最早的国际标准化组织之一。IEC与ISO（国际标准化组织）共同构成了全球两大最具影响力的国际标准制定体系，其制定的标准和合格评定体系在全球170多个国家和地区得到广泛应用。截至2024年，IEC拥有超过170个成员国（含正式成员和联系成员），管理着200多个技术委员会和分委员会，累计发布国际标准超过10,000项，涵盖电气工程、电子技术、信息技术、能源、通信等广泛领域。在数字孪生标准化方面，IEC通过其与ISO联合组建的JTC1（信息技术联合技术委员会）统筹推进相关工作。JTC1成立于1987年，是ISO和IEC在信息技术领域最重要的合作机制，负责制定信息技术领域的国际标准。JTC1下设多个分委员会和工作组，其中WG15专门负责数字孪生相关标准的研制。WG15的成立标志着数字孪生标准化正式进入国际标准制定的主航道，其工作范围涵盖数字孪生的术语定义、参考架构、互操作性要求、安全与可信性等关键方向。5.2中国参与单位中国在ISO/IEC30173:2023的研制过程中发挥了积极参与和建设性作用。中国电子技术标准化研究院作为国内数字孪生标准化工作的核心支撑单位，长期承担全国信息技术标准化技术委员会（TC28）数字孪生相关标准研制的组织协调工作，深度参与了ISO/IEC30173国际标准草案的评议和投票工作，组织国内专家对术语定义和概念模型提出了一系列反映中国产业实践的意见建议。此外，中国信息通信研究院在数字孪生应用场景方面、中国航空工业集团在工业数字孪生模型标准方面、清华大学等高校在前沿技术研究方面，均为国际标准的制定贡献了中国智慧和中国方案。六、结论与展望6.1主要结论ISO/IEC30173:2023《数字孪生—概念和术语》的正式发布，是数字孪生领域国际标准化进程中具有里程碑意义的重要事件，其核心价值体现在以下方面：第一，实现了数字孪生概念认知的国际统一。标准通过权威定义和系统化术语框架，在“什么是数字孪生”这一根本问题上凝聚了国际共识。其“信息结构”导向的定位确立了一种兼顾严谨性和开放性的概念范式，有效兼容了不同技术和应用场景的多样性，为全球数字孪生的学术研究、技术研发和产业应用提供了共同的概念锚点。第二，构建了数字孪生系统的基础框架。标准提出的物理实体、虚拟实体、连接与服务四要素模型，为数字孪生系统的规划、建设、评估提供了通用的顶层参考。该模型既适用于产品级数字孪生的