T-CPUMT 033-2025 工業數字孿生 建設與運維管理要求

ICS35.240.50Industrialdigitaltwin—RequirementsofconstructionandmaintenancemanagementIT/CPUMT033—2025前言 42規范性引用文件 43術語和定義 44縮略語 45場景調研 46可行性評估 57系統開發 58系統驗證 69系統部署 6 6參考文獻 8T/CPUMT033—2025本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規則》的規定起草。T/CPUMT033《工業數字孿生建設與運維管理要求》與T/CPUMT031《工業數字孿生總體框架》、T/CPUMT032《工業數字孿生通用要求》、T/CPUMT034《工業數字孿生數字模型與數據集成交換要求》、T/CPUMT035《工業數字孿生應用和服務要求》、T/CPUMT036《工業數字孿生應用成熟度模型與評估方法》、T/CPUMT037《工業數字孿生跨企業工業數字孿生平臺技術規范》等7份文件共同構成工業數字孿生系列標準。請注意本文件的某些內容可能涉及專利。本文件的發布機構不承擔識別專利的責任。本文件由中國和平利用軍工技術協會提出并歸口。本文件起草單位：中國汽車工程研究院股份有限公司、嵩嘉標準化技術服務（北京）有限公司、中國運載火箭技術研究院、蘇州椏鑫電子科技有限公司、北京零重宇航技術有限公司、航天科工廣信智能技術有限公司、成川科技（蘇州）有限公司、成都九系機器人科技有限公司、北京中城匯標準化技術院、國信正通（北京）檢驗認證有限公司、成都飛機工業（集團）有限責任公司、中質認證（北京）有限公司、寧夏企業合規促進會、藍象標準（北京）科技有限公司。本文件主要起草人：劉成豪、喬華陽、錢長林、付琰、郭峰、蔣忠林、張磊、田李明、晁永慶、朱雷、盧浩田、楊海洋、顧麗娟、李龍巖、張紅艷、張德保、徐成利、方海鷗、楊霜、姜冰、隋妍、王致遠、邱天、段小莉。本文件為首次發布。T/CPUMT033—2025隨著物聯網、大數據、云計算和人工智能等技術的快速發展，數字孿生已成為推動制造業轉型升級的重要工具。數字孿生通過構建物理實體的虛擬模型，實現對現實世界的實時監控、預測分析與優化決策。尤其在工業領域，工業數字孿生不僅能夠模擬和優化生產流程，還能提供故障預測、能耗管理以及產品性能提升等功能，極大地提高了生產效率和產品質量。盡管工業數字孿生展現出巨大的潛力，但其實施過程中仍面臨諸多挑戰，主要體現在數據采集、建模精度、實時性、安全性和標準化等方面。在現有的標準體系中，缺乏統一的工業數字孿生標準，導致不同系統之間的互操作性差，數據格式不一致，難以形成有效的數據共享和協同工作環境，這不僅增加了系統的復雜性和成本，還限制了工業數字孿生的廣泛應用。為解決上述問題，促進工業數字孿生的健康發展，有必要建立一套全面的工業數字孿生標準體系，以提高系統的互操作性，降低實施成本，確保數據安全，同時推動技術創新。通過系列標準的實施，可以顯著提升平臺運維效率，減少因數據不兼容帶來的損失，加速產業鏈上下游的整合，從而為社會和產業帶來顯著的經濟效益。本文件旨在為工業數字孿生系統的開發和運維提供一套通用要求和指導原則，幫助企業建立和維護高效、可靠的數字孿生系統，從而實現工業過程的數字化轉型和優化。4T/CPUMT033—2025工業數字孿生建設與運維管理要求本文件規定了工業數字孿生系統場景調研、可行性評估、系統開發、系統驗證、系統部署、日常運維要求。本文件適用于工業數字孿生的建設和運維等活動。2規范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T25069信息安全技術術語T/CPUMT31工業數字孿生總體框架T/CPUMT32工業數字孿生通用要求3術語和定義GB/T25069、T/CPUMT031界定的以及下列術語和定義適用于本文件。3.1驗證validation從預期使用用途角度，評估模型、仿真及其相關數據表征真實世界的準確程度的過程。3.2耦合度coupling模塊或對象之間相互依賴的程度。3.3解耦decoupling通過設計和實現手段降低模塊之間的耦合度（3.2），使得模塊之間的依賴性最小化的過程。3.4兩個或多個模塊、組件或系統之間形成依賴，增加耦合度（3.2）的過程。4縮略語下列縮略語適用于本文件。ERP：企業資源計劃（EnterpriseResourcePlanning）MES：制造執行系統（ManufacturingExecutionSystem）IT：互聯網技術（InternetTechnology）SCADA：數據采集與監視控制系統(SupervisoryControlAndDataAcquisition)5場景調研場景調研是對當前運營環境、工作流程和預期結果的深入研究，應符合下列要求：a)確定具體的應用場景，如特定的設備、生產線、車間或工廠整體；b)分析當前的工作流程、數據流和決策過程，了解現有系統的運作方式；c)明確的數字孿生建設業務目標，例如提高生產效率、降低維護成本、優化資源配置等。5T/CPUMT033—20256可行性評估可行性評估旨在評估該場景是否具備建設工業數字孿生系統的客觀實施條件，應符合下列要求。a)物理層分析——物理層分析包括以下內容：1)運營環境具備覆蓋所有關鍵領域的實時采集和監控物理設備和環境數據的能力；2)工作流程上的數據采集頻率穩定，不存在空采、漏采、數據解析錯誤等問題；3)工作流程中使用的控制系統（如SCADA、MES、ERP等）與設備之間接口互通，具備數據流暢傳輸、業務流程協同的通信條件。b)數據層分析——數據層分析應包括以下內容：1)運營環境中各數據類型（如傳感器數據、生產數據、環境數據等）及其來源應完整且可信；2)數據存儲架構能支撐海量數據的存儲、檢索和管理，并保證數據安全性。c)資源層分析——資源層分析包括以下內容：1)考慮到數據量大及計算需求高，現有IT系統和設備應滿足大規模數據處理和存儲需求；2)分析應用場景中存在可能干擾數據通信的其他因素。d)服務層分析——服務層分析包括以下內容：1)服務接口所有模塊提供標準化接口；2)具備根據業務需求動態擴展的能力；3)具備完善的身份認證、授權管理機制；4)仿真模型與業務場景需求匹配；5)仿真模型具備優化手段，以及對噪聲與異常數據處理能力；6)仿真模型覆蓋所有物理關鍵過程、設備交換與環境影響因素，能達到業務場景的精度要求，并在限定時間內完成計算；7)仿真結果輸出形式適配應用層需求，應支持圖形化可視化和結果分析。e)應用層分析——應用層分析包括以下內容：1)所選用的仿真模型能全面滿足業務需求；2)應用操作界面操作簡便；3)確認目標在應用環境下運行性能、響應速度、處理能力以及穩定性；4)確認應用對數據的依賴與數據層及服務層能力相符情況。7系統開發系統開發包括在構建數字孿生系統過程中，從初始設計到最終部署所涉及的一系列開發和測試活動，應符合下列要求。a)系統架構——系統架構包括以下內容：1)系統的整體架構模塊化、可擴展、可替代、易維護；2)系統物理層、數據層、資源層、服務層、應用層之間的數據格式統一，各層之間通信接3)系統具備數據采集模塊、可視化模塊、數據庫模塊、孿生模型計算模塊、交互模塊和監控模塊等；4)系統設計支持水平和垂直擴展，預留冗余接口。b)系統功能——系統功能包括以下內容：1)數據采集模塊具備數據清洗、排序等功能；2)可視化模塊能快速響應用戶操作和查詢，展示實時數據，提供分析建議；3)數據庫模塊支撐大規模數據存儲及數據高并發訪問；4)孿生模型計算模塊所使用的虛擬模型支持基于實際場景部分歷史數據進行可行性驗證。c)系統可靠性——系統可靠性包括以下內容：1)具備數據安全措施，包括數據加密、訪問控制和審計機制；2)具備監控功能，支持按日、周、月、年等時間跨度保存運行日志；3)具備停止功能，遭遇或預測重大錯誤時應及時停止并通知工作人員檢查。6T/CPUMT033—2025d）系統便捷性：界面需簡潔、直觀，操作流程應合理，易于不同層次的工作人員使用。8系統驗證系統驗證是對建設的數字孿生系統的各個功能性模塊進行解耦、耦合功能性驗證，應符合下列要求。a)模塊解耦測試驗證。對各個功能模塊進行單獨測試，確保其按預期功能運行，并符合設計規范。b)模塊耦合測試驗證。在系統集成后，進行集成測試，驗證各模塊之間的接口和數據流是否正確，驗證整個系統在集成后的整體功能和性能，確保系統各部分協同工作。c)仿真場景驗證。對孿生模型計算模塊的仿真模型在不同工況下進行驗證，確保其能準確反映物理系統的行為。d)用戶場景測試。支持工作人員在真實的業務場景下使用系統，系統需滿足業務需求，并進行必要的修正和優化。e)安全與性能測試。支持對系統進行安全性測試，識別潛在的漏洞并采取相應的防護措施，確保系統在處理和存儲敏感數據時，符合相關的隱私保護法規；在高負載條件下測試系統性能，確保系統在峰值負載下能穩定運行。9系統部署系統部署是將數字孿生系統應用至生產環境的過程，應符合下列要求：a)系統部署前確認開發、測試、預生產和生產環境的一致性，以避免因環境差異導致的系統故障；b)確保部署環境中的硬件資源（如服務器、存儲設備）和網絡帶寬能滿足系統的運行需求；c)系統部署方式支持跨平臺部署需求；d)系統部署方式能快速進行版本管理以及資源隔離；e)系統部署具備冗余機制和故障切換策略，確保系統在部分組件故障時仍能繼續運行；f)系統具備容錯能力，能在故障發生時快速恢復。制定并測試數據備份和恢復計劃，確保在發生數據丟失或災難性事件時能恢復正常運行；g)完成部署后應在生產環境中進行全面的系統測試，包括功能測試、性能測試和安全測試，確保系統成功部署；h)部署后應形成詳細功能操作文檔并對相關人員進行培訓，以確保能有效地使用和維護系統。日常運維包括系統的系統監控、數據管理、故障恢復、性能優化及升級維護5個基本方面，應符合T/CPUMT032以及下列要求。a)系統監控——系統監控包括以下內容：1)配置專門的實時監控人員；2)支持實時監控系統的關鍵性能指標；3)支持實時監控網絡和數據流，確保系統的可靠性和數據傳輸的完整性；4)當系統出現重大異常時，及時通知開發人員進行處理。b)數據管理——數據管理包括以下內容：1)支持定期檢查數據在多個系統或數據庫之間同步時的一致性，避免因數據不同步導致的分析結果不準確；2)制定并執行定期數據備份計劃，確保在發生數據損壞或丟失時能迅速恢復。備份數據存儲在不同的物理位置以防災難性損壞；3)支持定期進行數據恢復演練，驗證備份和恢復機制的有效性，確保在實際故障發生時能快速恢復數據；4)具備數據歸檔策略，支持根據數據的生命周期和業務需求，定期將不再需要實時訪問的歷史數據歸檔存儲，減少系統負擔；5)具備數據淘汰策略，支持根據業務價值和合規要求，定期清理過時數據，確保系統存儲資源的有效利用。7T/CPUMT033—2025c)故障恢復——故障恢復包括以下內容：1)制定并定期更新故障恢復計劃，包括應對硬件故障、網絡中斷、數據丟失等可能影響系統運行的突發事件；2)具備冗余系統和數據備份機制，確保在故障發生時系統能迅速切換到備份環境，并在最短時間內恢復正常運行；3)具備定期演練災難恢復計劃，評估和改進恢復流程的有效性；4)當系統出現重大異常時，支持及時切換到備份環境或停止系統，防止進一步損失。d)性能優化——性能優化包括以下內容：1)支持定期進行系統健康檢查，及時發現并修復潛在問題，預防系統崩潰或性能下降；2)支持實施定期系統維護和安全更新，確保系統始終處于最佳狀態，防止潛在的安全威脅；3)確保系統在流量高峰期間穩定運行；4)支持定期分析系統性能瓶頸，優化數據處理算法和系統架構，以提高系統的響應速度和吞吐量；5)支持定期進行壓力測試，驗證系統在高負載情況下的性能，并根據測試結果進行優化。e)升級維護——升級維護包括以下內容：1)配置專門的版本工程師；2)制定年度或季度的系統升級計劃，確保系統始終使用最新的穩定版本；3)升級前應在隔離環境中進行充分的測試和驗證，確保新版本的兼容性和穩定性；4)采用灰度發布或逐步升級的方式，確保升級過程中不影響