數字孿生關鍵技術標準用于規范數字孿生實施過程中涉及的關鍵技術要求，相關標準如圖1所示，包括物理實體標準、虛擬實體標準、孿生數據標準、連接與集成標準、服務標準五部分。[1]

圖1 數字孿生關鍵技術相關標準[1]

「1. 物理實體標準」

物理實體標準主要對物理實體的感知接入、決策執行、邊緣端協作方面進行規范，相關標準及主要內容如圖2所示，包括以下幾個方面：[1]

（1）感知接入標準。規范數字孿生系統中人、機、物、環境等物理實體的感知接入相關技術要求，保證物理實體信息獲取與上傳的規范性和兼容性，包括固有屬性感知接口、歷史屬性讀取接口等靜態屬性感知要求，以及實時狀態感知接口、感知裝置安裝部署、感知裝置性能、感知接入時間敏感性等動態屬性感知要求。

（2）決策執行標準。規范物理實體的運行控制、運行優化、維護策略、故障自恢復的決策執行相關技術要求，包括控制指令格式、指令校驗、指令注入權限等控制指令接入要求；響應時間、執行效率、時序同步等時間敏感性要求；執行精度、執行穩定性、執行反饋等執行有效性要求。

（3）邊緣端協作標準。規范數字孿生系統物理實體邊緣端協作相關技術要求，包括邊緣端部署架構、邊緣端功能邊界劃分準則、邊緣端計算接口、邊緣端計算性能、邊緣端網絡性能等。

圖2 物理實體相關標準及主要內容[1]

「2. 虛擬實體標準」

虛擬實體標準主要對模型功能、模型描述、模型構建、模型組裝、模型驗證、模型運行、模型管理進行規范，相關標準及主要內容如圖3所示，包括以下幾個方面：[1]

（1）模型功能與描述標準。規范幾何、物理、行為、規則多維多時空尺度模型的功能與描述相關技術要求[2]，包括幾何功能、物理功能、行為功能、規則功能、維度功能、尺度功能、時空粒度功能、能力描述、性能描述、建模語言、模型封裝、模型輸入輸出描述等。

（2）模型構建與組裝標準。規范幾何、物理、行為、規則多維多時空尺度模型的構建與組裝相關技術要求，包括考慮模型性能的建模規則、建模環境、建模過程、模型組裝規則、模型組裝接口、模型組裝過程、模型擴展等。

（3）模型驗證標準。規范幾何、物理、行為、規則單個模型與組裝模型的分層級驗證相關技術要求，包括單個模型與組裝模型的驗證規則、驗證環境、驗證流程、功能驗證、性能（包括粒度、質量、準確性、可用性、易用性等）驗證、一致性驗證、兼容性驗證等。

（4）模型運行與管理標準。規范模型的運行與管理相關技術要求，包括模型運行環境、模型運行配置、模型運行實時監測、模型簡化/輕量化原則、模型更新、模型優化、模型增刪改查等。

圖3 虛擬實體相關標準及主要內容[1]

「3. 孿生數據標準」

數據是驅動數字孿生系統運行的根本。孿生數據標準主要是對數字孿生系統涉及的孿生數據表示、分類、存儲、預處理、使用與維護、測試進行規范，相關標準及主要內容如圖4所示，包括以下幾個方面：[1]

（1）數據表示標準。規范數字孿生數據表示涉及的相關技術要求，包括數據屬性、數據描述、數據索引、數據結構、數據時序關系、數據空間關系、數據用例等。

（2）數據分類標準。規范數字孿生系統涉及到的孿生數據類別，包括分類準則、歷史數據和實況數據，其中歷史數據和實況數據包含物理實體、虛擬實體、服務產生的狀態數據、控制數據、衍化數據、知識數據、仿真數據、管理數據等。

（3）數據存儲標準。規范孿生數據存儲相關技術要求，包括分布式存儲、本地存儲、存儲介質、數據存取等。

（4）數據預處理標準。獲取到物理實體、虛擬實體、服務的原始數據之后，需要對其進行預處理操作，相關技術要求包括數據清洗、數據降階、數據變換、數據規約、數據關聯、數據集成等。

（5）數據使用與維護標準。規范孿生數據使用過程中涉及的相關技術要求，包括使用環境、數據融合、數據可視化、數據優化、數據加載、數據共享、數據維護等。

（6）數據測試標準。規范數據測試相關技術要求，主要包括數據測試流程、數據規范性測試、數據完整性測試、數據準確性測試、數據兼容性測試、數據易用性測試等。

圖4 孿生數據相關標準及主要內容[1]

「4. 孿生數據相關標準及主要內容」

連接與集成標準主要對數字孿生物理實體、虛擬實體、服務、數據庫的數據連接與集成進行規范，相關標準及主要內容如圖5所示，包括以下幾個方面：[1]

（1）連接映射標準。規范數字孿生中物理實體、虛擬實體、服務與數據庫之間的連接映射相關技術要求，包含連接方式、映射模型、映射字典等。

（2）信息傳輸標準。規范物理實體、虛擬實體、服務與數據庫之間的數據傳輸相關技術要求，包括傳輸協議，傳輸實時性，傳輸可靠性，傳輸安全等。

（3）交互與集成標準。規范物理實體、虛擬實體、孿生數據與服務之間的交互與集成相關技術要求，包括物理實體與虛擬實體交互、物理實體與孿生數據交互、物理實體與服務交互、虛擬實體與孿生數據交互、虛擬實體與服務交互、服務與孿生數據交互、交互網絡、系統集成方法、系統集成運行機制等。

（4）連接測試標準。規范物理實體、虛擬實體、服務與數據庫之間的連接測試相關技術要求，包括連接兼容性測試、連接可靠性測試、連接時間敏感性測試、交互功能與性能測試、系統集成測試等。

圖5 連接與集成相關標準及主要內容[1]

「5. 服務標準」

服務標準主要對服務描述模型、服務開發、服務部署、服務運行、服務管理、服務質量與測評、服務交易進行規范，相關標準及主要內容如圖6所示，包括以下幾個方面：[1]

（1）服務描述模型標準。規范數字孿生中的服務描述模型建模相關技術要求，包括建模規則、建模環境、建模語言、建模流程等。

（2）服務開發標準。規范服務開發的相關技術要求，包括功能描述、設計規范、開發環境、開發流程、服務封裝、服務模板庫等。

（3）服務部署與運行標準。規范數字孿生中服務部署及運行相關技術要求，包括部署要求、運行環境、服務實例化、運行監測、服務協作、服務運行容錯等。

（4）服務管理標準。規范服務全生命周期過程管理相關技術要求，包括服務搜索、供需匹配、服務優選、服務調度、服務組合、服務容錯、服務協作等。

（5）服務QoS與測評標準。規范數字孿生的服務QoS與測評相關技術要求，包括時間、成本、信譽、滿意度、非功能服務質量（包括可伸縮性、可擴展性、可重用性、魯棒性、可測試性）等。

（6）服務交易標準。規范數字孿生的服務交易相關技術要求，包括服務交易平臺、服務交易方式、服務交易安全、服務定價與計費、服務授權等。

圖6 服務相關標準及主要內容[1]

參考文獻
[1]陶飛, 馬昕, 胡天亮, 等. 數字孿生標準體系[J]. 計算機集成制造系統, 2019(10): 2405-2418.

[2]陶飛, 張萌, 程江峰, 等. 數字孿生車間——一種未來車間運行新模式[J]. 計算機集成制造系統, 2017, 23(1): 1-9.