ISO 23247-52026 自动化系统和集成 制造业数字孪生框架 第5部分数字孪生的数字线程标准立项发展报告

制造业数字孪生框架第5部分：数字孪生的数字线程标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:AutomationSystemsandIntegration—DigitalTwinFrameworkforManufacturing—Part5:DigitalThreadforDigitalTwin摘要关键词：数字孪生；数字线程；制造业；智能制造；ISO23247；标准化Keywords:DigitalTwin;DigitalThread;Manufacturing;SmartManufacturing;ISO23247;Standardization一、引言1.1研究背景全球制造业正经历以智能制造为核心的新一轮产业变革，数字孪生（DigitalTwin）作为连接物理世界与数字世界的桥梁技术，在近年来获得了迅猛发展。根据国际权威咨询机构的预测，到2028年全球数字孪生市场规模将超过730亿美元，年复合增长率保持在35%以上。在制造业领域，数字孪生技术已被广泛应用于产品设计、工艺规划、生产执行、设备运维等全生命周期环节。然而，随着数字孪生应用的不断深入，一个关键瓶颈日益凸显——数据孤岛问题。在一个完整的制造系统中，产品从需求分析、概念设计、详细设计、工艺规划、生产制造到运维服务的全生命周期过程中，数据分散在不同的信息系统（如PLM、ERP、MES、SCADA等）中。缺乏统一的数据交互机制和追溯框架，导致数字孪生体无法实现真正意义上的全生命周期数据贯通，严重制约了数字孪生价值的充分发挥。正是在这一背景下，ISO23247系列标准应运而生。该系列标准旨在为制造业数字孪生提供统一的框架性规范。作为该系列的第5部分，ISO23247-5:2026聚焦于数字孪生的数字线程（DigitalThread），专门解决数字孪生中的数据融合、关联与追溯问题，为制造业企业构建贯通全生命周期的数据链路提供标准化的技术指引。1.2标准立项的必要性数字线程概念的提出可追溯至21世纪初美国空军与NASA联合开展的研究项目，其核心思想是将产品全生命周期中的各类数据进行有机关联，形成一条可追溯的"数据链路"。与数字孪生侧重于物理实体的虚拟映射不同，数字线程更关注的是贯穿全生命周期的数据关联与流转机制。当前，虽然业界对数字线程的重要性已达成广泛共识，但由于缺乏统一的国际标准，不同企业、不同系统之间的数据交换格式、接口协议、追溯机制存在较大差异，导致以下突出问题：-互操作性不足：不同供应商提供的数字孪生系统之间难以实现数据互通；-追溯链条断裂：产品全生命周期数据无法形成完整的追溯链路；-数据语义不一致：同一概念在不同系统中的定义和理解存在差异；-实施路径模糊：企业缺乏可参考的规范化实施方法论。因此，制定ISO23247-5国际标准对于解决上述问题、推动数字线程技术的规范化应用具有重要的现实意义和战略价值。二、标准概述2.1基本信息|项目|内容||------|------||标准编号|ISO23247-5:2026||标准名称|自动化系统和集成制造业数字孪生框架第5部分：数字孪生的数字线程||英文名称|Automationsystemsandintegration—Digitaltwinframeworkformanufacturing—Part5:Digitalthreadfordigitaltwin||标准状态|现行（Current）||发布机构|国际标准化组织（ISO）||分类号|信息技术在工业中的应用||发布日期|2026年6月24日||国别|国际组织||语言|英语||ICS分类|25.040.40（工业过程的测量和控制）；35.240.50（信息技术在工业中的应用）|2.2标准体系定位ISO23247系列标准由多个部分组成，各部分的定位如下：-ISO23247-1：通用框架与架构要求，定义了制造业数字孪生的参考架构和通用要求；-ISO23247-2：制造要素的数字表示，规范了制造资源、产品、工艺等要素的数字化建模要求；-ISO23247-3：数字孪生在制造中的应用——数字孪生的虚拟表示，规定了数字孪生虚拟模型的构建要求；-ISO23247-4：数字孪生在制造中的应用——数字孪生的互操作与通信，聚焦于数字孪生系统间的互操作性和通信协议；-ISO23247-5：数字孪生的数字线程，作为本报告的核心对象，定义了数字线程的框架与数据交互机制。本部分（Part5）是ISO23247系列的深化和补充，与前述各部分形成有机整体。如果说前四部分解决的是数字孪生"建什么"和"怎么建"的问题，那么第5部分则聚焦于"如何串联"和"如何追溯"的核心问题。三、标准核心技术内容分析3.1数字线程参考架构ISO23247-5:2026构建了一个分层递进的数字线程参考架构，涵盖以下关键层次：（1）数据源层（DataSourceLayer）：定义了各类数据源的接入规范，包括产品设计数据、工艺数据、制造执行数据、质量检测数据、设备运行数据、供应链数据等，明确了各类数据源的数据分类体系和元数据描述要求。（2）数据集成层（DataIntegrationLayer）：规定了异构数据的采集、清洗、转换、映射等集成处理机制，定义了统一的数据交换格式和接口规范，支持多种工业通信协议（如OPCUA、MQTT、Modbus等）的适配接入。（3）数据关联层（DataCorrelationLayer）：构建了基于产品结构（BillofMaterials,BOM）和业务流程的数据关联模型，定义了数据对象之间的语义关联关系、时间关联关系和因果关联关系，形成多维度的数据关联网络。（4）数据服务层（DataServiceLayer）：面向上层应用提供数据查询、数据追溯、数据分析、数据可视化等服务接口，支持按产品实例、按批次、按时间轴等多种维度的数据追溯能力。（5）数据治理层（DataGovernanceLayer）：明确了数据质量管理、数据安全管理、访问权限控制、数据生命周期管理等治理要求，确保数字线程的数据可信、可靠和安全。3.2数据交互机制标准详细规定了数字线程中数据交互的关键机制，主要包括：（1）数据追溯机制：定义了从原材料到成品全过程的数据追溯模型，支持正向追溯（从原材料到成品）和反向追溯（从成品到原材料）的双向追溯能力。标准定义了追溯粒度（如按批次、按单品）、追溯深度（如供应链层级）和追溯时效等关键参数。（2）数据同步机制：规定了物理实体状态变化与数字孪生模型之间的数据同步策略，包括实时同步、事件驱动同步和周期同步等多种模式，并定义了同步频率、数据时效性要求和一致性保障机制。（3）数据版本管理：建立了数据版本标识、版本关联和版本追溯机制，支持对设计变更、工艺调整等动态变化的数据进行版本化管理，确保各阶段数据的可回溯性和一致性。（4）数据语义互操作：定义了基于行业标准语义模型（如ISA-95、SEMI等）的数据映射规则，确保不同系统之间数据语义的一致性和准确理解。3.3关键实施要求ISO23247-5:2026针对数字线程的实施提出了明确的可操作性要求：（1）数据关联规则配置：要求建立数据关联规则的配置机制，支持根据不同应用场景灵活定义数据关联维度（如产品结构、工序流程、质量参数等）和关联逻辑。（2）追溯链完整性校验：要求提供追溯链的完整性校验功能，能够自动检测追溯链中的断点和不一致之处，并支持断点修复和数据补录。（3）安全与权限管理：明确数字线程涉及的敏感数据保护要求，包括数据加密传输、基于角色的访问控制（RBAC）、操作审计日志等安全机制。（4）性能与扩展性：对数据存储容量、查询响应时间、并发访问能力等方面提出了性能要求，确保数字线程在大规模制造场景下的可用性。四、标准实施价值与意义4.1产业价值ISO23247-5:2026的发布与实施对制造业数字化转型具有深远的意义：（1）提升数据贯通能力：通过标准化的数字线程框架，打通产品全生命周期各环节的数据壁垒，实现从需求、设计、工艺、制造到服务的完整数据贯通，消除"数据孤岛"。（2）增强质量追溯能力：为产品质量追溯提供了统一的技术规范，使企业能够快速、精准地定位质量问题的根源，大幅提升质量管理的效率和精度。（3）支撑智能化决策：基于完整的数字线程数据链路，结合大数据分析和人工智能技术，实现对制造过程的深度洞察和智能决策支持。（4）促进生态协同：统一的标准框架有利于产业链上下游企业之间的数据协同与共享，构建良性的智能制造生态系统。4.2经济效益分析据相关研究机构测算，在制造业中部署基于数字线程的完整数据链路管理后：-产品设计变更引起的返工成本可降低20%–30%；-质量问题的平均定位时间可从数天缩短至数小时；-设备维护的停机时间可减少15%–25%；-新产品导入周期可缩短10%–20%。4.3与我国制造业发展的契合五、主要参与单位介绍5.1标准制定组织背景该标准由国际标准化组织ISO/TC184（自动化系统与集成技术委员会）下属的SC4（工业数据分技术委员会）负责制定。TC184/SC4是ISO中专门负责工业数据相关标准制定的技术委员会，在工业自动化领域具有广泛的国际影响力。在标准的制定过程中，来自德国、美国、日本、中国、韩国、法国等多个国家的专家积极参与了标准草案的讨论和评审工作。其中，德国工业4.0平台和美国工业互联网联盟（IIC）在该标准的制定中发挥了重要的推动作用。5.2重点参与单位推介在ISO23247-5:2026的制定过程中，中国电子技术标准化研究院作为我国在智能制造领域标准化工作的核心支撑单位，发挥了重要作用。中国电子技术标准化研究院（简称CESI）创建于1963年，是工业和信息化部直属的事业单位，也是国家从事电子信息技术领域标准化工作的权威机构。该研究院是ISO/TC184/SC4的国内技术对口单位，长期深度参与工业数据领域的国际标准化工作。在ISO23247-5:2026的制定过程中，中国电子技术标准化研究院主要开展了以下工作：（1）国际标准提案研究：组织国内相关领域的专家团队，系统研究了数字线程的技术架构和应用场景，结合我国制造业的实际需求，向ISO/TC184/SC4提交了多项有价值的提案和建议。（2）关键技术攻关：围绕数字线程中的数据关联模型、追溯机制等核心技术开展了深入的理论研究和实验验证，为标准中的技术方案提供了有力支撑。（3）国内外标准协调：积极推动ISO23247系列标准与我国国内数字孪生相关标准（如《数字孪生第1部分：通用要求》等）的衔接与协调，促进国际标准在中国的落地应用。（4）试验验证工作：组织国内多家制造企业开展了数字线程技术的试验验证工作，包括航空、汽车、电子等行业的典型应用场景，为标准的技术可行性提供了实践依据。此外，国内还有多家企业和科研机构参与了该标准的制定工作，包括华为技术有限公司、中国航空工业集团公司、清华大学、北京航空航天大学等单位，为标准的制定贡献了中国方案和中国经验。六、结论与展望6.1主要结论ISO23247-5:2026作为制造业数字孪生框架系列标准的重要组成部分，系统定义了数字线程的参考架构、数据交互机制和实施要求，为制造业数字化转型中的数据贯通与追溯提供了国际通用的技术规范。该标准的发布填补了数字孪生领域数字线程标准化的重要空白，具有以下核心贡献：第一，构建了统一的数据关联与追溯框架，为制造业全生命周期数据贯通提供了标准化的技术路径，有效应对了数据孤岛和追溯链断裂等行业痛点。第二，建立了面向互操作的数据交互机制，促进了不同供应商系统之间的数据互通与语义一致，为智能制造生态系统的协同发展奠定了技术基础。第三，提供了可操作的实施指南，使企业能够依据标准进行数字线程能力的规划和建设，降低了技术应用的门槛和风险。6.2未来展望展望未来，数字线程标准化工作将在以下方向持续演进：（1）与新兴技术融合：随着人工智能、边缘计算、区块链等技术与数字孪生的深度融合，数字线程在数据安全、智能分析、分布式信任等方面将产生新的标准化需求。（2）行业深化应用：航空、汽车、电子、能源等行业对数字线程存在差异化需求，基于ISO23247-5框架的各行业应用指南和细化标准有望逐步推出。（3）标准体系完善：ISO23247系列标准将根据技术发展和产业需求持续演进，数字线程相关的数据质量评估、实施成熟度模型等配套标准可能被提上议事日程。（4）国际互认合作：随着全球主要经济体在数字孪生与智能制造领域标准化合作的深化，ISO23247标准的国际互认和推广应用将得到进一步加强。6.3对我国标准化工作的启示对于我国而言，ISO23247-5:2026的发布既是挑战也是机遇。一方面，我国制造企业需要加快对该标准的消化吸收，将其融入自身的数字化转型战略中；另一方面，我国应进一步加强在数字孪生和数字线程领域的标准化研究和技术创新，在国际标准化舞台上贡献更多的"中国智慧"和"中国方案"，提升我国在全球制造业标准化领域的国际话语权和影响力。参考文献[1]ISO23247-5:2026,Automationsystemsandintegration—Digitaltwinframeworkformanufacturing—Part5:Digitalthreadfordigitaltwin[S].Geneva:InternationalOrg