ISO 23247-62026 自动化系统和集成 - 制造用数字孪生框架 - 第 6 部分数字孪生组成标准立项发展报告

ISO23247-6:2026制造用数字孪生框架第6部分：数字孪生组成标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:AutomationSystemsandIntegration—DigitalTwinFrameworkforManufacturing—Part6:DigitalTwinComposition摘要随着全球制造业加速向数字化、智能化方向转型，数字孪生技术作为连接物理世界与数字世界的关键使能技术，已成为智能制造领域的研究热点与应用前沿。在数字孪生技术体系日益丰富的背景下，不同系统间的互操作性、组件可重用性及系统组合的灵活性成为制约技术规模化落地的核心瓶颈。ISO23247-6:2026《自动化系统和集成—制造用数字孪生框架—第6部分：数字孪生组成》由国际标准化组织（ISO）于2026年7月14日正式发布，该标准作为ISO23247系列标准的重要组成部分，聚焦于数字孪生系统的组成方法与组成架构，系统性地规定了制造场景下数字孪生组件的识别、分类、封装、集成与编排要求，填补了该系列标准在数字孪生“组合与编排”层面的空白。本报告全面梳理了该标准的编制背景、核心内容、技术架构及其行业应用价值，分析了其在提升制造系统互操作性、促进组件重用、降低系统集成复杂度方面的重要作用。报告指出，该标准的发布将为制造业数字孪生系统的规范化建设提供权威技术指引，对推动全球智能制造标准化进程具有深远意义。关键词：数字孪生；制造系统；ISO23247；标准体系；互操作性；组件化架构；智能制造AbstractWiththeaccelerationofglobalmanufacturingindustry'stransformationtowarddigitalizationandintelligence,digitaltwintechnology—asakeyenablingtechnologyconnectingthephysicalworldwiththedigitalworld—hasbecomearesearchhotspotandapplicationfrontierinthefieldofintelligentmanufacturing.Againstthebackdropofanincreasinglyrichdigitaltwintechnologysystem,interoperabilityamongheterogeneoussystems,reusabilityofcomponents,andflexibilityofsystemcompositionhavebecomecriticalbottlenecksconstrainingthelarge-scaleimplementationofthetechnology.ISO23247-6:2026,"Automationsystemsandintegration—Digitaltwinframeworkformanufacturing—Part6:Digitaltwincomposition,"wasofficiallyreleasedbytheInternationalOrganizationforStandardization(ISO)onJuly14,2026.AsanimportantcomponentoftheISO23247series,thisstandardfocusesondigitaltwinsystemcompositionmethodologiesandarchitecturalframeworks,systematicallyspecifyingrequirementsfortheidentification,classification,encapsulation,integration,andorchestrationofdigitaltwincomponentsinmanufacturingscenarios,therebyfillingthegapatthe"compositionandorchestration"levelwithintheseries.Thisreportcomprehensivelyreviewsthedevelopmentbackground,corecontent,technicalarchitecture,andindustryapplicationvalueofthestandard,analyzingitssignificantroleinenhancingmanufacturingsysteminteroperability,promotingcomponentreuse,andreducingsystemintegrationcomplexity.Thereportindicatesthatthereleaseofthisstandardwillprovideauthoritativetechnicalguidanceforthestandardizedconstructionofdigitaltwinsystemsinmanufacturing,andwillhavefar-reachingsignificanceinpromotingthestandardizationprocessofglobalintelligentmanufacturing.Keywords:DigitalTwin;ManufacturingSystems;ISO23247;StandardsSystem;Interoperability;Component-basedArchitecture;IntelligentManufacturing一、引言1.1标准立项背景数字孪生（DigitalTwin）概念最早由MichaelGrieves教授于2002年在产品生命周期管理领域提出，其核心理念是通过创建物理实体的虚拟映射，实现物理空间与数字空间的双向映射与实时交互。近年来，随着物联网（IoT）、人工智能（AI）、大数据、云计算和边缘计算等新一代信息技术的迅猛发展，数字孪生已从概念验证阶段快速演进至工程应用阶段，在航空航天、汽车制造、电子电器、能源装备等高端制造领域取得了显著应用成效。然而，数字孪生技术的快速发展也暴露出了一系列标准化瓶颈问题：不同厂商提供的数字孪生系统在数据格式、接口协议、语义模型等方面存在显著差异，导致系统间互操作性不足、“数字孪生孤岛”现象普遍存在；数字孪生组件的封装粒度、描述方法和调用接口缺乏统一规范，制约了组件的跨系统、跨平台复用；多源异构数字孪生组件在组合过程中缺乏统一的编排机制和组合规则，使系统集成的复杂度居高不下。这些问题严重阻碍了数字孪生技术的大规模产业化推广。在此背景下，国际标准化组织ISO于2022年前后启动了ISO23247系列标准的研制工作。该系列标准以“制造用数字孪生框架”为总主题，拟从通用要求、参考架构、数据模型、信息安全、组件通信等多个维度构建完整的标准体系。ISO23247-6:2026作为该系列的第6部分，专门针对数字孪生组成（DigitalTwinComposition）这一关键技术环节制定标准化规范，以期解决数字孪生组件描述、组合建模、集成编排等方面的标准化需求。1.2标准编制意义ISO23247-6:2026标准的编制与发布具有多重意义：第一，该标准为制造用数字孪生系统提供了统一的组件描述与组合方法，有效弥合了不同数字孪生实现方案之间的语义鸿沟，为异构系统间的互操作奠定了技术基础。第二，通过定义标准化的组件封装与接口规范，该标准显著提高了软件组件和模型组件的可重用性，降低了数字孪生系统的重复开发成本，缩短了系统建设周期。第三，标准中规定的组合架构与编排机制为复杂制造场景下的多孪生体协作提供了方法论指导，使多层级、多粒度、多域数字孪生组件的有机融合成为可能。第四，该标准与ISO23247系列其他部分形成有机配套，共同构成覆盖数字孪生全生命周期的国际标准体系，为各国制造业数字化转型提供了重要的标准化支撑。二、标准基本信息2.1标准概况ISO23247-6:2026《自动化系统和集成—制造用数字孪生框架—第6部分：数字孪生组成》由国际标准化组织（ISO）下属的自动化系统和集成标准化技术委员会（ISO/TC184）负责制定。该标准于2026年7月14日正式发布，标准状态为“现行”（Active），目前仅有英文版本，采用电子版加密PDF格式发行。标准的具体适用范围涵盖制造业中数字孪生系统的设计、开发、部署与运维全过程，重点针对以下技术环节做出规范：-数字孪生组件的识别与分类方法-数字孪生组件的元数据描述框架-数字孪生组件的封装与接口规范-数字孪生组件的组合架构与编排机制-数字孪生组合系统的验证与确认要求2.2标准分类信息根据国际标准分类法（ICS），该标准归属于“信息技术在工业中的应用”（Informationtechnologyapplicationinindustry）类别，对应的分类号为25.040.01（工业自动化系统综合）及35.240.50（信息技术在工业中的应用）。这一分类定位体现了标准兼具信息技术与工业自动化双重属性，也反映了数字孪生技术作为跨领域交叉技术的基本特征。三、标准主要内容解析3.1标准框架结构ISO23247-6:2026标准在整体结构编排上遵循了ISO/IECDirectivesPart2的相关要求，正文部分主要包括以下章节：-范围（Scope）-规范性引用文件（NormativeReferences）-术语和定义（TermsandDefinitions）-缩略语（AbbreviatedTerms）-数字孪生组成总体框架（OverallFrameworkofDigitalTwinComposition）-数字孪生组件描述规范（DigitalTwinComponentDescriptionSpecification）-数字孪生组件封装与接口（DigitalTwinComponentEncapsulationandInterfaces）-数字孪生组件组合架构（DigitalTwinComponentCompositionArchitecture）-组合编排与协调机制（CompositionOrchestrationandCoordinationMechanism）-组合验证与确认（CompositionVerificationandValidation）-附录（Annexes）3.2核心术语定义标准对以下关键术语作出了明确的规范性定义：-数字孪生组件（DigitalTwinComponent,DTC）：构成数字孪生系统的基本功能单元，由数据源、模型、算法和服务接口等要素组成，具有明确边界和可标识特征。-数字孪生组成（DigitalTwinComposition）：根据特定业务目标，将多个数字孪生组件按照一定的架构规则和编排逻辑进行组合，形成新的、具有增强能力的数字孪生系统的过程。-组合编排（CompositionOrchestration）：对参与组合的各数字孪生组件之间的交互关系、执行顺序、数据流向和状态协调进行统一管理和调度的机制。-元数据（Metadata）：用于描述数字孪生组件属性、能力、接口、约束条件等特征的结构化数据。3.3关键技术内容标准的核心技术内容可归纳为以下几个层面：3.3.1数字孪生组件分类体系该标准建立了一套系统的数字孪生组件分类体系，将制造场景中的数字孪生组件划分为以下几大类别：-实体组件（PhysicalComponents）：对应于物理制造资源的虚拟映射组件，如设备孪生体、产线孪生体、工厂孪生体等；-过程组件（ProcessComponents）：对应于制造过程的模型化描述组件，如工艺孪生体、物流孪生体、质量孪生体等；-数据组件（DataComponents）：提供数据采集、融合、存储与分发功能的数据服务组件；-模型组件（ModelComponents）：包含各种数学建模、仿真计算、分析优化功能的模型类组件；-应用组件（ApplicationComponents）：面向特定业务场景的功能性应用组件，如预测性维护应用、生产调度优化应用等。3.3.2组件元数据描述框架标准规定了一套结构化的元数据描述框架，要求数字孪生组件的描述信息至少包含以下维度：-组件基本信息：标识符、名称、版本、厂商、创建日期等；-功能能力描述：组件提供的功能和能力清单，包括输入参数、输出结果、服务质量等；-接口定义：组件对外提供的接口列表、接口协议、数据格式等；-依赖关系：组件运行所依赖的软件环境、硬件资源、数据源等；-约束条件：组件运行的限制条件、适用范围、性能边界等；-版本兼容性：组件与其他版本组件的兼容性信息。3.3.3组件封装与接口规范标准重点规定了数字孪生组件的封装方式和接口标准化要求：-组件封装应采用松耦合的架构风格，支持主流服务化封装模式（如微服务、RESTfulAPI等）；-接口定义应遵循统一的语义规范，确保接口的语义可解析性和可理解性；-接口的数据交换格式应支持主流的数据序列化标准（如JSON、XML、Protobuf等）；-组件的调用应采用标准化的认证与授权机制，确保组合场景下的安全性。3.3.4组合架构模式标准提出了四种数字孪生组件组合的基本架构模式：-链式组合（ChainComposition）：组件按顺序串联执行，前一组件的输出作为后一组件的输入；-星型组合（StarComposition）：通过一个中心协调组件对多个外围组件进行统一调度；-层次组合（HierarchicalComposition）：通过逐层封装形成多层次的组合结构，上层组件可调用下层组件的服务；-网状组合（MeshComposition）：组件之间形成多对多的动态交互关系，支持复杂场景下的灵活组合。3.3.5组合编排与协调针对组合系统的运行时管理，标准规定了以下编排要求：-组合执行引擎应支持对组件执行顺序、并行执行、条件分支等编排逻辑的描述和执行；-应提供状态管理和同步机制，确保各组件之间的运行状态协调一致；-应建立异常处理和动态重配置机制，在部分组件失效或异常时支持组合系统的动态调整和降级运行；-应具备组合级监控和日志记录能力，支持对组合运行过程的追溯分析。四、标准的技术先进性与创新点4.1与现有标准的衔接ISO23247-6:2026并非孤立的标准文件，它与ISO23247系列其他部分以及其他相关国际标准形成了紧密的技术衔接关系。在系列层面，该标准与第1部分（通用原则与要求）、第2部分（参考架构）、第3部分（数据模型）等形成有机配套。特别是在组件描述和接口定义方面，标准充分对接了第3部分中关于数字孪生数据模型的规定，确保了数据语义的一致性和兼容性。同时，标准在组件分类和服务化封装方面，参考了IEC62264（企业-控制系统集成）、IEC62714（自动化标记语言）以及OPCUA（IEC62541）等国际标准，使数字孪生组件体系与既有工业软件和服务架构保持了良好的兼容性。4.2标准的主要创新点创新点一：多层次组合抽象模型。该标准突破了以往数字孪生标准仅关注单一体建模的局限，首次系统性地建立了从“原子组件-复合组件-组合系统”的多层次组合抽象模型，为不同粒度的数字孪生系统构建提供了统一的建模方法论。创新点二：面向异构集成的元数据互操作机制。标准设计的元数据描述框架充分考虑了跨厂商、跨平台、跨领域的异构集成需求，通过规定一套中立于具体实现技术的元数据交换格式，有效提升了异构数字孪生组件间的语义互操作能力。创新点三：组合运行的自适应与动态演化支持。标准将数字孪生系统的动态演化能力作为核心设计考量之一，通过规定运行时重配置机制和动态编排策略，支持组合系统根据制造环境变化和业务需求调整进行自适应演化。五、标准应用前景分析5.1应用场景ISO23247-6:2026标准的应用场景十分广泛，主要涵盖但不限于以下领域：-智能工厂建设：工厂级数字孪生系统的集成建设，涉及设备孪生、产线孪生、工厂运营孪生等多层次组件的组合；-产品全生命周期管理：覆盖设计、制造、运维、回收等产品全生命周期的数字孪生系统的构建与集成；-供应链协同：跨企业、跨地域的供应链数字孪生协同系统，涉及多方组件的安全组合与协作；-制造服务化：面向预测性维护、远程运维、能效优化等服务的数字孪生应用系统构建。5.2应用价值该标准的实施推广将产生显著的应用价值：在技术价值方面，标准统一了数字孪生组件描述与组合的技术要求，降低了系统集成和互操作的技术门槛，加速了数字孪生技术的工程化落地。在经济价值方面，通过组件标准化和重用机制，可大幅降低数字孪生系统的开发和运维成本。根据行业初步估算，标准化组件的复用可使数字孪生系统开发效率提升30%至50%，系统集成成本降低20%至40%。在社会价值方面，标准有助于打破数字孪生领域的技术壁垒和生态壁垒，促进形成开放、协作的数字孪生产业生态，支撑制造业整体数字化转型。六、主要参与单位介绍6.1ISO/TC184技术委员会简介ISO23247-6:2026由国际标准化组织ISO/TC184（自动化系统和集成技术委员会）负责制定。ISO/TC184成立于1983年，是ISO下设的专门负责工业自动化领域标准化的技术委员会，秘书处由美国国家标准协会（ANSI）承担。该技术委员会下设多个分技术委员会（SC），其中SC1（物理设备控制）、SC4（工业数据）和SC5（企业系统的互操作、集成与架构）与本标准的制定密切相关。6.2主要参与单位在ISO23247-6:2026的编制过程中，来自全球多个国家的标准化机构和行业组织深度参与了标准草案的起草与技术研讨工作。其中，德国工业4.0标准化委员会（DKE）及其下属数字孪生工作组在标准框架设计和组合架构模型方面发挥了核心引领作用。日本工业标准调查会（JISC）联合多家日本制造企业和研究机构，在组件元数据描述与互操作机制方面作出了系统性贡献。此外，中国、美国、韩国、法国、意大利等国的标准化技术组织也积极参与了相关章节的研讨和评审工作。在产业界，SiemensAG、ABBLtd