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　　国家标准解读：GB/Z 44267-2024《自动化系统与集成工业数据数字孪生的可视化元素》
 
 
　　摘要：本文旨在深入剖析GB/Z 44267-2024标准，详细阐述其制定背景、核心内容、应用实例以及在工业领域数字孪生发展中的重要意义与价值，并针对标准实施可能面临的问题提出相应策略。
 
　　通过对该标准的全面解读，为工业界理解与应用数字孪生可视化技术提供理论支撑与实践指导，助力推动工业数字化转型进程。
 
　　关键词：GB/Z 44267-2024；数字孪生；可视化元素；工业数据
 
 
　　一、引言
 
　　在当今工业4.0时代，智能制造已成为制造业发展的核心趋势，数字孪生技术作为实现物理实体与虚拟模型精准映射与交互的关键手段，其重要性日益凸显。
 
　　数字孪生的可视化元素则是连接物理世界与数字世界的桥梁，对于提升工业生产效率、优化产品设计以及增强设备管理等方面具有不可或缺的作用。
 
　　GB/Z 44267-2024标准的发布，为工业数据数字孪生的可视化元素提供了权威的规范与指引，对于推动我国工业领域数字孪生技术的广泛应用与深入发展具有重要意义。
 
　　二、标准概述
 
　　（一）范围与定位
 
　　本指导性技术文件聚焦于由物理资产数字替身、物理资产及其之间接口构成的数字孪生架构，旨在为数字孪生模型的分析与应用提供精准的指导，其应用范围涵盖工业生产的各个环节，包括产品设计、制造过程、设备维护等。
 
　　（二）术语与定义
 
　　标准明确界定了一系列关键术语，如管理壳、资产、数字替身、数字孪生、保真度、详细级别、物理资产等，这些清晰准确的定义为后续标准内容的阐述奠定了坚实基础，确保了不同主体在数字孪生领域交流与应用中的一致性与准确性。
 
　　三、数字孪生可视化核心技术解析
 
　　（一）模型构建技术
 
　　模型构建是数字孪生可视化的基石，涵盖几何建模、物理建模和行为建模等多种技术手段。
 
　　几何建模专注于创建物理资产的精确外形结构；物理建模则深入探究资产的物理特性，如力学、热力学等属性；行为建模旨在模拟资产在不同工况下的动态行为。
 
　　通过这些技术的有机融合，构建出高度逼真且能准确反映物理资产特性与行为的数字替身，为可视化呈现提供坚实的数据基础。
 
　　（二）数据采集与传输技术
 
　　实时、准确的数据采集与高效稳定的传输是数字孪生系统保持活力与精准性的关键。
 
　　借助各类传感器，如温度传感器、压力传感器、位移传感器等，全方位采集物理资产的运行数据，并通过有线或无线通信网络，如工业以太网、5G等，将数据快速、可靠地传输至数字孪生模型中，确保虚拟模型与物理实体的状态实时同步，从而实现对物理资产的精准监测与控制。
 
　　（三）渲染与可视化技术
 
　　利用先进的计算机图形学算法和图像处理技术，将数字孪生模型转化为直观、逼真的可视化图像或动画。
 
　　通过光照模型、材质渲染、纹理映射等手段，增强模型的真实感与立体感，同时结合人机交互技术，如虚拟现实（VR）、增强现实（AR）等，为用户提供沉浸式的交互体验，使其能够更加直观、深入地了解物理资产的内部结构、运行状态以及性能变化趋势。
 
 
　　四、数字孪生的可视化元素详述
 
　　（一）几何元素
 
　　几何元素作为数字孪生可视化的基本构成要素，包括形状、尺寸、位置等关键信息，通过精确的测绘与建模技术，对物理资产的外观轮廓进行精准还原，从而在虚拟空间中构建出与物理实体高度相似的几何模型。
 
　　这不仅有助于用户直观地识别物理资产的形态特征，更为后续的物理属性、行为模拟以及状态监测等可视化呈现提供了空间框架基础。
 
　　（二）物理属性元素
 
　　物理属性元素如质量、密度、材料特性等，对于深入理解物理资产的本质特征与行为规律具有重要意义。
 
　　通过在数字孪生模型中准确赋予这些物理属性，能够模拟物理资产在实际工况下的力学响应、热传导过程、电磁特性等物理现象，使数字孪生模型更加真实地反映物理资产的实际工作状态，为工程分析、优化设计以及故障预测等应用提供有力支持。
 
　　（三）行为元素
 
　　行为元素旨在描述物理资产在不同操作条件下的动态变化过程，包括运动轨迹、速度变化、变形过程、交互动作等。
 
　　通过对行为元素的精确建模与可视化呈现，用户能够直观地观察到物理资产的工作流程、运行机制以及与周边环境或其他设备的交互情况，从而实现对物理资产的全方位动态监测与分析，为优化生产流程、提高设备运行效率以及改进产品性能提供关键依据。
 
　　（四）状态元素
 
　　状态元素实时反映物理资产的当前运行状况，如设备的启动、停止、待机、故障等状态信息，以及关键参数的实时数值，如温度、压力、转速等。
 
　　通过直观醒目的可视化方式，如指示灯、仪表盘、颜色变化等，将物理资产的状态信息及时准确地呈现给用户，使其能够迅速掌握设备的运行情况，及时发现潜在问题并做出相应决策，有效提高设备的可靠性与维护效率。
 
　　五、数字孪生可视化的详细元素阐释
 
　　（一）详细级别
 
　　详细级别是根据对象的重要性、视点相对速度和位置等因素，对数字孪生模型的精细程度进行动态调整的关键策略。
 
　　在对复杂工业系统进行可视化时，对于关键设备或核心部件，采用高详细级别进行精细建模与展示，以满足深入分析与精准决策的需求；而对于相对次要或远离视点的对象，则适当降低详细程度，以提高系统的整体运行效率与可视化流畅性，确保在不影响关键信息传达的前提下，实现资源的优化配置与高效利用。
 
　　（二）保真度
 
　　保真度衡量数字替身相对于物理资产的复制精确程度，涵盖几何保真度、物理保真度和行为保真度等多个维度。
 
　　高保真度的数字孪生模型能够高度还原物理资产的真实特性与行为，为精确模拟、故障诊断、性能优化等应用提供坚实保障。
 
　　然而，追求高保真度往往需要消耗大量的计算资源和数据支持，因此在实际应用中，需要根据具体需求和资源条件，在保真度与系统性能之间寻求合理平衡，以实现数字孪生技术的最优应用效果。
 
　　（三）时间同步
 
　　时间同步是确保数字孪生系统可靠性与实用性的核心要素之一，要求数字孪生模型中的数据与物理资产的实际数据在时间维度上保持高度一致。
 
　　通过高精度的时间同步机制，如网络时间协议（NTP）或精确时间同步协议（PTP），实时更新数字模型中的状态信息，确保虚拟世界与现实世界的动态同步，从而实现对物理资产的实时监测、控制与优化决策，有效避免因时间延迟或数据不一致导致的决策失误与生产事故。
 
　　六、用例分析：数字孪生可视化在工业领域的应用实践
 
　　（一）产品设计与研发
 
　　在产品设计阶段，数字孪生可视化技术为工程师提供了强大的虚拟设计平台。
 
　　通过构建产品的数字孪生模型，设计师能够在虚拟环境中对产品的外形、结构、功能等进行全方位的设计与优化，并利用可视化手段实时评估设计方案的可行性与性能表现。
 
　　例如，在汽车制造领域，设计师可以通过数字孪生模型对汽车的空气动力学性能、零部件装配性等进行模拟分析，提前发现设计缺陷并进行改进，显著缩短产品研发周期，降低研发成本，同时提高产品的创新能力与市场竞争力。
 
　　（二）生产过程监控与优化
 
　　在工业生产过程中，数字孪生可视化技术实现了对生产设备和生产线的实时监控与优化管理。
 
　　通过将生产线上的各类设备构建为数字孪生模型，并与实际生产数据实时连接，管理人员能够直观地了解生产线的运行状态、设备利用率、产品质量等关键信息，并及时发现生产过程中的瓶颈问题与潜在故障。
 
　　例如，在电子制造企业中，通过数字孪生可视化系统对SMT生产线的实时监测与分析，能够精准定位设备故障点，优化生产工艺参数，提高生产线的整体效率与产品合格率，实现生产过程的精细化管理与智能化决策。
 
　　（三）设备维护与管理
 
　　数字孪生可视化技术为设备维护与管理带来了革命性的变革。基于设备的数字孪生模型，维护人员可以实时监测设备的运行状态、预测设备故障发生的时间与部位，并制定针对性的维护计划。
 
　　通过可视化手段，维护人员能够直观地了解设备的内部结构与故障情况，提前准备维修工具与配件，提高设备维护的效率与准确性，减少设备停机时间，延长设备使用寿命，降低设备维护成本，确保工业生产的连续性与稳定性。
 
　　七、与相关标准的比较与关联
 
　　（一）与国际标准的对比
 
　　相较于ISO/TR 24464:2020，GB/Z 44267-2024在文件类型上进行了适应性调整，由技术报告转变为国家标准化指导性技术文件，更贴合我国工业领域的实际应用需求。
 
　　在内容方面，进行了部分编辑性改动，如删除了未广泛应用的缩略语以及混合现实、增强现实等相对前沿但尚未普及的技术内容，使其更聚焦于当前工业生产中数字孪生可视化的核心技术与元素，增强了标准的实用性与可操作性。
 
　　（二）与国内其他数字孪生标准的协同
 
　　与国内其他数字孪生相关标准相比，GB/Z 44267-2024在工业数据数字孪生的可视化元素方面具有独特的针对性与专业性。
 
　　该标准与其他标准相互补充、协同发展，共同构建了我国数字孪生技术的标准体系。
 
　　例如，在数字孪生模型构建、数据交互、安全规范等方面的标准与本标准紧密配合，为工业领域数字孪生技术的全面应用提供了全方位、多层次的标准支持，促进了数字孪生技术在不同行业、不同场景下的规范化应用与推广。
 
　　八、标准的意义与影响深远洞察
 
　　（一）推动数字孪生技术标准化进程
 
　　GB/Z 44267-2024的发布填补了我国工业数据数字孪生可视化元素标准的空白，为数字孪生技术在工业领域的标准化应用提供了关键支撑。
 
　　通过规范数字孪生可视化的核心技术、元素以及详细要求，促进了不同企业、不同系统之间数字孪生技术的互联互通与互操作性，推动了数字孪生技术在工业生产中的规模化应用与产业化发展，提升了我国数字孪生技术的整体水平与国际竞争力。
 
　　（二）助力工业领域智能化升级
 
　　数字孪生可视化技术作为工业智能化的关键驱动力，本标准的实施将有力推动工业领域的智能化转型进程。
 
　　通过精准的可视化呈现与实时数据分析，企业能够实现对工业生产过程的深度感知、智能决策与精准控制，优化生产流程，提高资源利用效率，降低生产成本，提升产品质量与服务水平，增强企业的核心竞争力，为我国制造业的高质量发展注入新的活力与动力。
 
　　（三）促进工业互联网生态建设
 
　　数字孪生技术是工业互联网的重要组成部分，本标准的推广应用将促进工业互联网生态系统的完善与发展。
 
　　通过实现工业设备、生产系统与数字孪生模型的深度融合与信息共享，推动工业互联网平台上各类应用的创新与协同发展，加速工业数据的价值挖掘与转化，形成以数字孪生为核心的工业互联网产业新生态，推动我国工业经济的数字化、网络化、智能化升级与可持续发展。
 
　　九、标准实施的挑战与应对策略
 
　　（一）面临的挑战
 
　　1.技术认知与人才短缺：
 
　　许多企业对数字孪生技术的理解与认识仍处于初级阶段，缺乏掌握数字孪生核心技术的专业人才，这在一定程度上制约了标准的有效实施与技术的推广应用。
 
　　2.数据安全与隐私保护：
 
　　数字孪生系统涉及大量的工业数据采集、传输与存储，数据安全与隐私保护面临严峻挑战。如何确保数据的真实性、完整性、保密性以及合规性，防止数据泄露与滥用，是企业在实施标准过程中需要重点关注的问题。
 
　　3.系统兼容性与互操作性：
 
　　工业领域中不同企业的设备、系统种类繁多，技术架构各异，如何实现数字孪生系统与现有工业系统的无缝对接与协同工作，确保不同系统之间的兼容性与互操作性，是标准实施过程中的一大难点。
 
　　（二）应对建议
 
　　1.加强技术培训与人才培养：
 
　　政府、企业与高校、科研机构应加强合作，开展数字孪生技术的培训与教育活动，培养一批既懂工业生产又掌握数字孪生技术的复合型人才，提高企业对数字孪生技术的认知水平与应用能力。
 
　　2.强化数据安全管理体系建设：
 
　　企业应建立健全数据安全管理体系，采用加密技术、访问控制、数据备份与恢复等措施，加强对工业数据的全生命周期安全管理，同时遵守国家相关法律法规，确保数据安全与隐私保护。
 
　　3.推动工业系统集成与标准化：
 
　　鼓励企业采用开放式架构与标准化接口，加强工业系统的集成与整合，促进数字孪生系统与现有工业系统的互联互通与互操作性，同时积极参与工业互联网标识解析体系建设，提升工业数据的管理与应用效率。
 
　　十、结论
 
　　GB/Z 44267-2024《自动化系统与集成工业数据数字孪生的可视化元素》作为我国工业领域数字孪生技术发展的重要里程碑，为数字孪生可视化技术的应用提供了全面、系统、权威的指导与规范。
 
　　通过深入解读该标准的核心内容、应用实践以及其在工业领域的重要意义与价值，并针对实施过程中面临的挑战提出切实可行的应对策略，有助于工业界更好地理解与应用数字孪生可视化技术，推动我国工业数字化、智能化转型进程，提升工业企业的核心竞争力与可持续发展能力，为我国制造业的高质量发展奠定坚实基础。
 
　　在未来的工业发展中，数字孪生可视化技术将发挥更加重要的作用，而本标准将随着技术的进步与应用的深入不断完善与发展，持续引领我国工业领域数字孪生技术的创新与应用。