GB/TXXXX—XXXX制造業數字化仿真仿真環境管理要求本文件明確了面向制造業的數字化仿真環境基本組成，給出了面向制造業的數字化仿真閉環管理流程和通用管理要求，并針對特定制造場景提出了仿真環境管理與應用的具體要求。本文件適用于制造企業構建、管理、維護適宜的數字化仿真環境，并可為開展仿真環境及平臺研究及咨詢服務的科研院所、第三方咨詢機構提供參考，也為企業開展數字化仿真保障條件建設提供參考依據。2規范性引用文件下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是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/T23024-2024制造業數字化仿真分類3術語和定義GBT23024-2024界定的以及下列術語和定義適用于本文件。仿真環境simulationenvironment支撐開展制造業數字化仿真活動的軟、硬件條件及平臺的總稱。3.2仿真模型simulationmodel以建模目標為研究對象，利用數字化工具軟件建立的、可用于開展研究對象功能、性能或其他屬性仿真模擬的數字模型。4仿真環境的基本組成制造業數字化仿真環境，從企業管理仿真環境支撐仿真活動的視角，主要分為硬件環境、軟件工具、仿真模型庫、仿真數據庫，圖1給出制造業數字化仿真環境基本結構框架。其中，軟件工具要素分為系統工具和應用工具，硬件環境要素分為硬件設施和仿真專用設備。2GB/TXXXX—XXXX4.2硬件環境4.2.1硬件設施企業在制造業設計制造活動中，為滿足仿真任務對計算速度、存儲空間、信息傳輸速度、運行穩定性等的應用要求，應具備相應的計算、存儲、網絡硬件基礎支撐條件。4.2.2仿真專用設備企業應根據產品設計、裝配、測試等階段的特定制造業仿真活動需求配備相應的專用設備，如面向高置信度仿真需求的信息物理融合設備、面向沉浸交互式仿真需求的虛擬/增強現實設備4.3軟件工具4.3.1系統工具基于制造業仿真活動硬件環境，企業應具備支持硬件環境的操作系統、資源管理系統、設備管理工具、仿真資源調度軟件等軟件條件。4.3.2應用工具基于制造業仿真活動應用需求，企業應具備支撐其開展數字化仿真的仿真模型與軟件的開發環境工具、仿真模型與仿真軟件運行環境工具、數據庫系統、仿真引擎、可視化工具等軟件支撐條件。4.4仿真模型庫企業應具備支撐開展仿真實驗和計算分析的模型、算法等數字化仿真模型庫，支持仿真模型的添加、檢索、修改和刪除，模型庫集成的模型種類應符合GB/T23024的規定，包括但不限于：a）面向需求的仿真模型，如產品應用需求模型、運用場景模型、指標模型、通用性要求模型b）面向設計的仿真模型，如設計要求模型、功能模型、性能模型、幾何設計模型等；c）面向工藝的仿真模型，如工藝流程仿真模型、加工工藝仿真模型、工藝方案與規劃等；d）面向生產制造的仿真模型，如制造過程模型、供應鏈模型、裝配過程仿真模型、過程控制仿真模型、質量分析模型、生產執行制造管理全流程仿真模型等；e）面向試驗驗證的仿真模型，如虛擬測試與評估模型、虛擬試驗模型、虛實設備交互模型等；f）面向維護回收的仿真模型，如產品運用仿真模型、維修保障模型、產品回收過程模型等。4.5仿真數據庫企業應具備獲取開展仿真活動所需的仿真數據庫，支持工業仿真數據的添加、檢索、修改和刪除，集成的仿真數據包括但不限于：a）產品圖紙文件、履歷信息、物料清單；b）產品功能、性能及質量特性數據；c）制造過程、設備與生產環境參數。5仿真環境構建流程企業應按照一定的流程管理仿真環境，如圖2所示，包括制定仿真環境構建計劃、仿真環境搭建、仿真環境評測確認、仿真環境運維及升級改進等流程，實現仿真環境閉環流程管理。GB/TXXXX—XXXX6仿真環境構建與應用6.1制定仿真環境構建計劃企業應對制造過程中仿真環境的需求進行可行性分析，提出仿真環境建設總體規劃方案，具體如下：a）根據企業仿真活動業務需求及仿真目的，開展仿真環境構建的需求分析，明確仿真環境功能與性能需求，仿真環境設計構建的約束；4GB/TXXXX—XXXXb）在對仿真活動的需求分析基礎上，結合自身當前和未來各階段可具備的條件，制定仿真環境的遠景規劃方案，規劃不同時期、階段的仿真環境體系結構，形成軟件工具、硬件環境、模型與數據資源等逐步累積、完善、更新的仿真環境建設路線；c）基于對仿真環境的需求分析和建設總體規劃，分析可具備的軟件工具、硬件設施、技術條件、經費條件、人力資源、模型與數據資源等是否滿足當前仿真環境構建任務，針對可能存在的技術、經費等方面的風險提出對策；d）根據需求分析及資源條件等，制定仿真環境構建計劃，包括明確對仿真環境的功能與性能要求、設計約束、仿真環境搭建人員選擇、任務周期與進度安排、可具備的軟件工具和硬件設施、研制分工等，形成仿真環境構建的策劃報告。6.2仿真環境搭建企業應依據仿真環境建設總體規劃，搭建仿真開發環境、運行環境、模型校驗環境等，具體如下：a）搭建仿真系統開發環境，為仿真模型與算法開發提供軟件工具、數據，為運行仿真模型、管理仿真活動的軟件服務提供開發工具和硬件，并設置環境參數；b）搭建支撐仿真模型和軟件運行的仿真環境，主要包括支撐仿真模型運行的軟件工具、支撐仿真系統運行的硬件設施、仿真模型及軟硬件協同的中間件、時序邏輯和仿真數據的管理工具、仿真資源管理和調用的軟件工具等；c）針對產品設計、優化等方案的仿真驗證，對仿真模型的可信性進行校核、驗證，搭建模型校驗環境，主要包括校驗數據采集與存儲工具、校核與驗證過程管理及數據分析工具、校核與驗證的評估模型或算法等。6.3仿真環境評測確認企業應對所搭建的仿真環境進行仿真環境評測確認，包括評測方案與指標制定、仿真環境評測基準系統設計實現、功能及性能評測等，具體如下：a）依據仿真活動目的和需求確定評測指標體系，制定仿真環境評測方案，明確評測制造業軟硬件環境要求、評測范圍和評測目標，進一步明確評測指標；b）針對仿真對象特點，依據仿真環境評測方案和評測指標，設計、實現仿真環境評測基準系統，用于實現仿真環境功能和性能評測；c）依據仿真環境評測方案和評測指標，制定評測大綱，構建并運行測試系統，進行仿真環境功能及性能評測，確認其符合仿真活動功能需求，并滿足穩定性、可擴展性、開放性、易用性等要求，并給出評測報告，包含評測過程、結果及評價等；d）對于評測結果未能滿足仿真活動功能、性能需求的仿真環境，企業應分析其影響因素，并按需進行體系結構設計的修改完善，更改軟件工具、硬件環境、設備、模型等，修改仿真開發、運行或模型校驗環境中的要素，重新開展體系結構設計，直至滿足功能、性能需求為止。6.4仿真環境運維及升級改進企業應將經過評測確認的仿真環境投入制造業活動流程中，并進行運行維護、升級改進，具體如下：a）仿真環境評測結果完全滿足功能、性能需求后，企業基于仿真環境開展各類制造業仿真活動，并對應用效果和運行中的問題記錄、總結；b）根據仿真活動的軟件工具、硬件設施與仿真專用設備運行狀況，對其進行維護、維修、更新、升級；5GB/TXXXX—XXXXc）對仿真環境構建、應用全過程產生的經驗知識進行總結、積累，對仿真環境構建過程進行總結，形成文字信息，為后續的仿真環境構建積累經驗，提供參考依據和經驗知識，并反饋、完善仿真環境建設總體規劃，形成仿真環境構建及應用的知識重用和改進。7.面向特定制造場景的仿真環境管理要求7.1面向研發設計的仿真環境管理要求面向研發設計階段的典型仿真環境包括但不限于面向產品異地協同研發的仿真環境管理要求和面向復雜產品多物理場性能分析的仿真環境管理要求等。7.1.2面向產品異地協同研發的仿真環境管理要求7.1.2.1適用場景適用于產品設計階段的異地協同設計或基于多專業異構軟件工具的協同設計。7.1.2.2仿真環境軟硬件需求企業針對面向產品異地協同研發的軟硬件，應采用分布式等可實現共享存儲，并配備相應的資源調度、數據調用及協同仿真工具，在仿真環境軟硬件需求包括但不限于：a）部署分布式仿真節點或高性能計算集群、高速網絡環境、共享存儲系統等硬件設施；b）配備模型、數據、軟件、計算、存儲等虛擬化資源調度與管理軟件和異構軟件數據交互與調用功能的中間件等軟件工具；c）對于制造產品的總體性能或多系統綜合性能的仿真，涉及多系統、多學科、多粒度、多尺度等特性，還應配備異構仿真模型、CAE工具等交互和調度運行的協同仿真中間件作為軟件工具。7.1.2.3環境管理流程要求企業針對產品異地協同研發時，應協作參與各方統一策劃、統一管控模式、技術架構和軟件工具，形成在并行協同條件下制造業產品的數字化設計、仿真、制造和管理的統一流程，包括但不限于：a）仿真環境構建計劃：確定仿真需求、團隊規模、地理位置和協作模式，分析仿真數據的大小、復雜性和處理需求，選擇適合異地協同的仿真軟件和協作工具；b）仿真環境搭建：選擇適合異地協同的仿真軟件和協作工具，在異地部署必要的硬件設施，如服務器、工作站、網絡設備，建立穩定的網絡連接，確保數據傳輸的實時性和安全性；c）仿真環境評測確認：驗證仿真環境是否支持異地協同的所有必要功能，檢查協作工具的集成度和易用性，測試異構軟件的協同調用運行功能、異構模型集成效果，檢查是否存在讀寫沖突和容錯能力，評估仿真環境在處理大規模數據時的響應時間和計算效率；d）仿真環境運維及升級改進：定期進行系統維護，如軟件更新、硬件檢查。7.1.3面向復雜產品多物理場性能分析的仿真環境管理要求7.1.3.1適用場景適用于復雜產品系統詳細設計階段基于性能模型的數值仿真。7.1.3.2仿真環境軟硬件需求企業在開展制造物理過程、化學過程仿真模擬等復雜產品多物理化學場耦合性能分析仿真活動時，在仿真環境軟硬件需求方面的要求包括但不限于：a）部署高性能計算機或并行計算集群等計算資源、高速緩存、大容量存儲資源等硬件設施；6GB/TXXXX—XXXXb）配備計算與存儲資源調度工具、并行計算作業管理工具、并行仿真模型開發或仿真任務解耦工具等軟件工具；c）針對復雜產品詳細設計階段，其物理、化學性能通常會涉及大規模有限元、有限體積、離散元等計算，需配備基于有限元法、有限差分法、有限體積或無網格法的CAE計算軟件和CAE建模與前、后處理軟件等軟件工具，并以資源調度工具作為中間件集成構建仿真環境；d)針對復雜產品的測試、試驗等活動，涉及物理性能及使用環境的精細化模擬，需部署高性能計算機或工作站、服務器。7.1.3.3環境管理流程要求企業針對復雜產品多物理場耦合性能分析時，考慮兩種或多種物理場（如結構、熱、流體、電場、磁場等）之間相互作用的分析過程，包括但不限于：a）仿真環境構建計劃：確定仿真目標、物理場類型及其耦合關系；b）仿真環境搭建：配置CAE相關軟件以支持多物理場耦合仿真，設置高性能計算或分布式計算環境，利用多個計算節點同時進行仿真計算；c）仿真環境評測確認：評估仿真環境在處理大規模、復雜模型時的計算效率，檢測高性能并行仿真計算結點間通信能力、結點內讀寫可靠性、結點計算效率，并使用軟件自帶的可視化工具查看仿真結果（如溫度分布、應力場、電場等），生成3D圖像幫助分析物理場的分布情況是否符合物理規律。7.2面向工藝設計的仿真環境管理要求7.2.1概述面向工藝設計階段的典型仿真環境包括但不限于面向產品性能與工藝流程精細化模擬的仿真環境管理要求等。7.2.2面向產品性能與工藝流程精細化模擬的仿真環境管理要求7.2.2.1適用場景適用于產品工藝設計階段的性能分析，以及工藝驗證的鍛造、冶金軋制等加工工藝精細化數值模擬。7.2.2.2仿真環境軟硬件需求企業對生產制造或產品使用過程中的流場、溫度場、結構剛度與強度、噪聲、電磁場、多體運動、疲勞損傷等進行精細化仿真分析活動時，在仿真環境軟硬件需求包括但不限于：a）部署滿足復雜計算需求的高性能計算機或工作站、服務器；b）配備基于有限元法、有限差分法、有限體積或無網格法的CAE計算軟件和CAE建模與前、后處理軟件等軟件工具；c）針對加工、鈑金、焊接等工藝仿真，應利用CAD，三維數字模型開發、驅動和顯示的軟件工具等構建軟件環境，對有較強沉浸感與互動感的需求，還應構建虛擬現實或增強現實的仿真環境等；d）針對鑄造、鍛壓、增材制造、流程工業化學物理特性和加工設備反應等工藝仿真，還應構建滿足復雜計算需求的高性能計算機或服務器和CAE軟件環境。7.2.2.3環境管理流程要求企業針對工藝流程精細化仿真時，對制造工藝流程的模擬，分析生產過程中的各個環節，優化生產工藝流程，包括但不限于：a）仿真環境構建計劃：分析工藝流程的特點，包括物料特性、設備性能、操作條件等，根據制造過程的實際情況，將各個環節、設備和人員進行虛擬建模，并確定模型中各個元素的工藝參數和性能指標；7GB/TXXXX—XXXXb）仿真環境搭建：購置和配置高性能計算服務器、工作站、網絡設備等硬件設施，確保硬件設施滿足仿真軟件的運行要求，根據實際工藝流程建立仿真模型；確保模型的準確性和可靠性；c）仿真環境評測確認：通過實驗數據驗證仿真模型的準確性，確認模型能夠在不同的操作條件下重現實際工藝過程。7.3面向生產制造的仿真環境管理要求7.3.1概述面向生產制造階段的典型仿真環境包括但不限于面向生產制造的仿真環境管理要求等。7.3.2面向沉浸交互式工業流程復現的仿真環境管理要求7.3.2.1適用場景適用于面向生產制造過程的裝配仿真、物流仿真，面向維護保障的仿真，面向試驗驗證的虛擬測試仿真等。7.3.2.2仿真環境軟硬件需求企業對有較強沉浸感與互動感或較全信息直觀指導需求的制造過程進行生產、裝配、物流、測試仿真活動時，在仿真環境軟硬件需求包括但不限于：a）部署為用戶提供視覺、聽覺、觸覺沉浸的仿真專用設備等硬件設施，包括但不限于圖形生成計算機、投影系統和3D顯示器或頭盔顯示器及其他視覺輸出設備、位置和觸覺跟蹤采集輸入設備、力信息反饋設備、體感設備、聽覺輸入設備等；b）配備三維模型開發及仿真運行軟件、虛擬現實設備或物理模型驅動及信息交互軟件、現實工業環境數據采集系統、生成三維場景的軟件引擎系統等軟件工具；c）面向產品、裝備的維護保障與回收，還需根據實際需求部署故障案例/運維工具等的模型庫和場景搭建/模型編輯軟件。7.3.2.3環境管理流程要求企業針對沉浸交互式工業流程復現仿真時，通過高度真實的模擬環境，身臨其境地進行產品交互和體驗，包括但不限于：a）仿真環境構建計劃：確定仿真環境的目的、仿真內容和預期效果，分析用戶的具體需求，如交互方式、視覺呈現、物理反饋等，選擇合適的沉浸式技術，如VR、AR、混合現實（MR）b）仿真環境搭建：安裝和配置頭戴式顯示器、追蹤系統、交互設備等硬件，確保所有設備之間的兼容性和穩定性，集成所需的交互邏輯和視覺效果，實現用戶界面和交互設計；c）仿真環境評測確認：測試仿真環境的基本功能、交互設備與軟件的協同性，確保所有交互元素按預期工作；d）仿真環境運維及升級改進：收集和分析用戶使用數據，監控仿真環境的使用情況，不斷優化仿真環境，適時進行技術升級。7.4面向生產管理的仿真環境管理要求7.4.1概述面向生產管理階段的典型仿真環境包括但不限于面向智能車間布局優化的仿真環境管理要求7.4.2面向智能車間布局優化的仿真環境管理要求8GB/TXXXX—XXXX7.4.2.1仿真環境軟硬件需求企業在開展智能車間生產布局、人員調度、物流配送等仿真活動時，在仿真環境軟硬件需求包括但不限于：a）部署多計算結點、高網絡配速、高讀寫及存儲能力的內存系統等硬件設施；b）配備為用戶屏蔽計算結點眾多、處理器異構、存儲層次深、通信方式多樣、系統組件故障等硬件結構復雜性的虛擬化中間件等軟件工具；c）部署復雜的物流仿真、車間級仿真、企業級或跨企業仿真環境，應支持涉及大批量數據交d）部署產線布局仿真、裝配仿真、物流/倉儲仿真環境，應利用三維數字模型的仿真軟件以及虛擬現實/增強現實技術。7.4.2.2環境管理流程要求企業針對智能車間布局優化仿真時，對工業生產過程進行數字化的模擬與分析，以最小化生產成本和最大化生產效率為目標，對生產流程進行優化和改進，包括但不限于：a）仿真環境構建計劃：分析車間的現有布局、流程、設備能力和生產瓶頸，明確仿真環境需要實現的功能，如生產線布局、物流路徑優化等；b）仿真環境搭建：利用仿真軟件構建車間布局的三維模型，包括生產線、設備、工作站等，定義生產流程、物流規則、作業時間等參數，根據實際生產數據配置仿真模型的參數，確保仿真結果的準確性；c）仿真環境評測確認：通過仿真運行，評估車間布局的效率、生產線平衡性、物料流等關鍵性能指標，明確仿真模型的適用性和準確性；d）仿真環境運維及升級改進：定期更新仿真模型，以反映車間實際情況的變化，持續優化車間布局和流程。7.5面向運維保障的仿真環境管理要求7.5.1概述面向運維保障階段的典型仿真環境包括但不限于高置信度需求的仿真環境管理要求等。7.5.2高置信度需求的仿真環境管理要求7.5.2.1適用范圍面向具有高置信度需求的產品或工業流程控制系統設計方案驗證和產品測試鑒定的虛擬試驗驗證等。7.5.2.2仿真環境軟硬件需求對制造過程仿真結果有高可靠性、高置信度需求的企業，在仿真環境軟硬件需求包括但不限a）具備包含真實工業控制系統、調壓系統、機器人/機械臂在回路等或基于相似原理的物理模型在內的專用設備，以及工控機、實時仿真計算機、數據傳輸高可靠實時網絡等硬件設施；b）具備驅動上述設備或硬件運行、信息交互及數據在線處理的專用軟件、嵌入式開發工具等軟件工具。7.5.2.3環境管理流程要求