文章來源: 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)編輯部, 僅用于學(xué)習(xí)交流。
數(shù)字孿生模型評(píng)價(jià)指標(biāo)體系
張辰源，陶飛*
（北京航空航天大學(xué) 自動(dòng)化科學(xué)與電氣工程學(xué)院 數(shù)字孿生研究組，北京 100191）
摘要：數(shù)字孿生作為實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化、服務(wù)化等理念的重要使能技術(shù)，以及助力數(shù)字經(jīng)濟(jì)與實(shí)體經(jīng)濟(jì)融合發(fā)展的有效手段，受到各行各業(yè)的廣泛關(guān)注。隨著數(shù)字孿生逐漸從理論研究邁向落地實(shí)踐，在實(shí)際應(yīng)用對(duì)數(shù)字孿生模型的要求更加多元的同時(shí)，對(duì)數(shù)字孿生模型性能的透明度也提出了更高的要求。然而，數(shù)字孿生模型在構(gòu)建校驗(yàn)、運(yùn)行管理、重構(gòu)優(yōu)化、遷移復(fù)用、流通交付等階段缺乏系統(tǒng)性評(píng)價(jià)理論和方法指導(dǎo)，難以分析和量化數(shù)字孿生模型的質(zhì)量、性能、適用性或共生性、適應(yīng)性和價(jià)值，導(dǎo)致難以分析和量化數(shù)字孿生模型的質(zhì)量、性能、適用性、適應(yīng)性和價(jià)值，嚴(yán)重阻礙數(shù)字孿生的深入推廣應(yīng)用。針對(duì)上述問題，首先對(duì)不同階段的數(shù)字孿生模型性能需求進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上，提煉出8項(xiàng)數(shù)字孿生模型評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，進(jìn)而構(gòu)建了一套數(shù)字孿生模型評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并給出了29項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的量化計(jì)算參考方法，以期為數(shù)字孿生模型各階段的決策過程提供參考。
關(guān)鍵詞：數(shù)字孿生；數(shù)字孿生模型；評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；量化評(píng)價(jià)
文章來源：張辰源, 陶飛*. 數(shù)字孿生模型評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[J]. 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng), 2021, 27(8):2171-2186. DOI:10.13196/j.cims.2021.08.001
項(xiàng)目支持：（國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃）基于數(shù)字孿生的生產(chǎn)線精確建模理論與方法（2020YFB1708400）
針對(duì)當(dāng)前數(shù)字孿生研究和實(shí)踐應(yīng)用過程中缺少數(shù)字孿生模型評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的問題，本文參考筆者團(tuán)隊(duì)[2]前期提出的數(shù)字孿生模型“四化四可八用”構(gòu)建準(zhǔn)則，面向由幾何模型、物理模型、行為模型和規(guī)則模型組成的數(shù)字孿生模型，在全面深入分析數(shù)字孿生模型性能需求的基礎(chǔ)上，從有效性、通用性、高效性、直觀性、連通性、整體性、靈活性、智能性8個(gè)方面研究建立了一套數(shù)字孿生模型評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，為構(gòu)建數(shù)字孿生模型評(píng)價(jià)指標(biāo)體系提供參考，進(jìn)而指導(dǎo)數(shù)字孿生模型在構(gòu)建校驗(yàn)、運(yùn)行管理、重構(gòu)優(yōu)化、遷移復(fù)用、流通交付等環(huán)節(jié)中的相關(guān)決策過程，如圖1所示。
圖1 數(shù)字孿生模型評(píng)價(jià)指標(biāo)體系框架
2.1 有效性
數(shù)字孿生模型主要用于在物理實(shí)體運(yùn)行過程中逼真、精準(zhǔn)地刻畫其狀態(tài)和行為，并以此為基礎(chǔ)支持對(duì)物理實(shí)體的實(shí)時(shí)監(jiān)控、在線仿真、超前預(yù)測(cè)和決策優(yōu)化等服務(wù)。為使數(shù)字孿生模型能夠作為物理實(shí)體的忠實(shí)鏡像在信息空間發(fā)揮等效功能，進(jìn)而保證上述服務(wù)可信、可用，需要保證數(shù)字孿生模型的有效性。數(shù)字孿生模型的有效性將從以下4個(gè)方面衡量：
（1）數(shù)字孿生模型靜態(tài)參數(shù)精準(zhǔn)性
數(shù)字孿生模型靜態(tài)參數(shù)包括物理實(shí)體的編號(hào)、型號(hào)、購入價(jià)格等基本信息，精準(zhǔn)的數(shù)字孿生模型靜態(tài)參數(shù)是對(duì)數(shù)字孿生模型進(jìn)行準(zhǔn)確分類、檢索、匹配、定位等操作的基礎(chǔ)。
（2）數(shù)字孿生模型動(dòng)態(tài)參數(shù)精準(zhǔn)性
數(shù)字孿生模型動(dòng)態(tài)參數(shù)包含物理實(shí)體的狀態(tài)數(shù)據(jù)、能力數(shù)據(jù)、位姿數(shù)據(jù)等實(shí)時(shí)運(yùn)行信息，精準(zhǔn)的數(shù)字孿生模型動(dòng)態(tài)參數(shù)是實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生模型真實(shí)復(fù)現(xiàn)物理實(shí)體狀態(tài)和行為的基礎(chǔ)。
（3）數(shù)字孿生模型參數(shù)關(guān)聯(lián)關(guān)系精準(zhǔn)性
數(shù)字孿生模型參數(shù)關(guān)聯(lián)關(guān)系包含物理實(shí)體運(yùn)行相關(guān)的概念和知識(shí)，精準(zhǔn)的數(shù)字孿生模型參數(shù)關(guān)聯(lián)關(guān)系是實(shí)現(xiàn)有效的數(shù)據(jù)分析、推演仿真、預(yù)測(cè)評(píng)估、決策優(yōu)化等服務(wù)的基礎(chǔ)。例如，機(jī)械震動(dòng)幅度與機(jī)械磨損速度兩個(gè)參數(shù)間精準(zhǔn)的關(guān)聯(lián)關(guān)系能夠有效支持機(jī)械磨損程度預(yù)測(cè)服務(wù)。
（4）數(shù)字孿生模型與物理實(shí)體共生程度
僅針對(duì)物理實(shí)體的部分屬性和關(guān)系進(jìn)行精準(zhǔn)描述尚不能滿足數(shù)字孿生模型的應(yīng)用需求。有效的數(shù)字孿生模型還應(yīng)具備物理實(shí)體與數(shù)字孿生模型共生的機(jī)制，即數(shù)字孿生模型在全面、動(dòng)態(tài)、逼真地刻畫物理實(shí)體的同時(shí)，還能夠在設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行等全生命周期各階段反作用于物理實(shí)體，對(duì)其性能和行為產(chǎn)生影響。
2.2 通用性
近年來，數(shù)字孿生技術(shù)受到國(guó)內(nèi)外企業(yè)、機(jī)構(gòu)的廣泛關(guān)注和高度認(rèn)同，已有不少企業(yè)和機(jī)構(gòu)開始實(shí)踐數(shù)字孿生。構(gòu)建數(shù)字孿生模型是實(shí)踐數(shù)字孿生過程中無法回避的重要一環(huán)，構(gòu)建高性能、高質(zhì)量的數(shù)字孿生模型，通常需要耗費(fèi)大量人力物力財(cái)力。為了使同類型物理實(shí)體的數(shù)字孿生模型能夠在不同的應(yīng)用場(chǎng)景中被遷移復(fù)用，避免因重復(fù)建模導(dǎo)致資源浪費(fèi)和成本增加，同時(shí)減少異構(gòu)模型的產(chǎn)生，降低異構(gòu)模型的管理難度，需要盡量提高數(shù)字孿生模型的通用性。其中，數(shù)字孿生模型的通用性從以下4個(gè)方面進(jìn)行衡量：
（1）數(shù)字孿生模型格式標(biāo)準(zhǔn)化程度
數(shù)字孿生模型是由幾何模型、物理模型、行為模型、規(guī)則模型等多維度子模型組成的融合模型，這些子模型可以是點(diǎn)云、多邊形、公式、文本、樹狀圖、拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)、本體、圖譜等不同的呈現(xiàn)形式，但無論何種呈現(xiàn)形式，高度標(biāo)準(zhǔn)化的模型格式都有利于模型的解析、兼容復(fù)用以及再開發(fā)。
（2）數(shù)字孿生模型參數(shù)量綱及單位標(biāo)準(zhǔn)化程度
數(shù)字孿生模型包含大量靜態(tài)和動(dòng)態(tài)參數(shù)。數(shù)字孿生模型參數(shù)量綱和單位標(biāo)準(zhǔn)化程度會(huì)對(duì)數(shù)字孿生模型參數(shù)解析的正確率和效率產(chǎn)生一定影響，進(jìn)而間接影響數(shù)字孿生模型的通用性。
（3）數(shù)字孿生模型數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)化程度
數(shù)字孿生模型在運(yùn)行過程中需要與其他模型、物理實(shí)體和服務(wù)進(jìn)行實(shí)時(shí)交互（即實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)交換），還需要基于數(shù)據(jù)接口進(jìn)行組裝和融合，高度標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)字孿生模型數(shù)據(jù)接口有利于數(shù)據(jù)交互連接，并能有效支持與其他數(shù)字孿生模型的組裝操作，間接提高數(shù)字孿生模型的通用性。
（4）數(shù)字孿生模型描述標(biāo)準(zhǔn)化程度
為了保證數(shù)字孿生模型能夠被開發(fā)人員和使用人員快速理解，通常采用注釋描述數(shù)字孿生模型的性能、使用方法、注意事項(xiàng)等。標(biāo)準(zhǔn)化的描述能夠使不同技術(shù)人員更好地理解數(shù)字孿生模型，提高數(shù)字孿生模型的復(fù)用效率。
2.3 高效性
在數(shù)字孿生模型的運(yùn)行階段，模型參數(shù)需要根據(jù)物理實(shí)體的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)更新，從而可以實(shí)時(shí)復(fù)刻物理實(shí)體的狀態(tài)和行為。同時(shí)，基于數(shù)字孿生模型的數(shù)據(jù)分析、仿真預(yù)測(cè)、決策優(yōu)化等部分服務(wù)具有較強(qiáng)的時(shí)效性需求，要求數(shù)字孿生模型不能過于復(fù)雜。為減輕數(shù)字孿生模型在應(yīng)用過程中對(duì)數(shù)據(jù)傳輸能力和算力的依賴，降低數(shù)據(jù)處理設(shè)備的設(shè)施建設(shè)和使用成本，需要對(duì)數(shù)字孿生模型進(jìn)行輕量化處理，以提升其高效性。數(shù)字孿生模型的高效性從以下5個(gè)方面進(jìn)行衡量：
（1）幾何模型高效性
幾何模型主要用于描述物理實(shí)體的形狀、尺寸、位置等信息，支持物理實(shí)體的運(yùn)行過程可視化、碰撞避免、結(jié)構(gòu)分析、裝配/拆卸關(guān)系分析等服務(wù)，輕量高效的幾何模型能夠有效減輕圖像渲染的負(fù)擔(dān)，提高上述服務(wù)的時(shí)效性。
（2）物理模型高效性
物理模型主要用于支持物理實(shí)體的物理屬性分析和預(yù)測(cè)等服務(wù)，并為規(guī)則模型提供數(shù)字孿生模型內(nèi)部參數(shù)的部分關(guān)聯(lián)關(guān)系，高效的物理模型能夠有效減輕仿真運(yùn)算的負(fù)擔(dān)，提高上述服務(wù)的時(shí)效性。
（3）行為模型高效性
行為模型主要描述物理實(shí)體在運(yùn)行過程中的操作行為、隨機(jī)行為、演化行為等，為基于數(shù)字孿生模型的仿真推演提供支持，簡(jiǎn)潔高效的行為模型能夠在一定程度上提高仿真推演和預(yù)測(cè)等服務(wù)的執(zhí)行效率。
（4）規(guī)則模型高效性
規(guī)則模型主要描述物理實(shí)體的運(yùn)行邏輯、參數(shù)演化規(guī)律，以及參數(shù)間的約束關(guān)系、推理關(guān)系、支配關(guān)系等關(guān)聯(lián)關(guān)系，包括與物理實(shí)體相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和準(zhǔn)則，輕量高效的規(guī)則模型對(duì)于提高數(shù)據(jù)處理、知識(shí)挖掘、預(yù)測(cè)優(yōu)化等服務(wù)的執(zhí)行效率具有重要意義。
（5）數(shù)字孿生模型的并行運(yùn)行能力
數(shù)字孿生模型一般包括幾何模型、物理模型、行為模型、規(guī)則模型等多維度子模型，同時(shí)基于數(shù)字孿生的系統(tǒng)工程中通常會(huì)使用多個(gè)數(shù)字孿生模型，為了使各模型能夠及時(shí)發(fā)揮各自的功能以滿足實(shí)時(shí)系統(tǒng)正常運(yùn)行的需求，數(shù)字孿生模型需要具備并行運(yùn)行的能力。
2.4 直觀性
數(shù)字孿生模型的構(gòu)建、運(yùn)維、優(yōu)化、遷移、流通等環(huán)節(jié)需要相關(guān)人員深度參與，而人很難快速理解和分析模型文件，為了提高相關(guān)人員的工作效率和決策質(zhì)量，需要使數(shù)字孿生模型具有一定的直觀性。數(shù)字孿生模型的直觀性從以下4個(gè)方面進(jìn)行衡量：
（1）數(shù)字孿生模型參數(shù)直觀性
可視化的數(shù)字孿生模型參數(shù)，能夠幫助相關(guān)人員及時(shí)、全面地掌握物理實(shí)體的多維度屬性和運(yùn)行狀態(tài)，從而更好、更快地進(jìn)行決策。例如，在物理實(shí)體運(yùn)行過程中，監(jiān)控者能夠基于直觀的數(shù)字孿生模型參數(shù)發(fā)現(xiàn)物理實(shí)體的異常運(yùn)行數(shù)據(jù)，進(jìn)而分配維修人員及時(shí)對(duì)物理實(shí)體進(jìn)行預(yù)防性維修。
（2）數(shù)字孿生模型結(jié)構(gòu)直觀性
可視化的數(shù)字孿生模型結(jié)構(gòu)，能夠幫助相關(guān)人員深入理解數(shù)字孿生多維度子模型間的耦合關(guān)系，及其各參數(shù)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，從而加快相關(guān)人員對(duì)物理實(shí)體及其數(shù)字孿生模型的理解和認(rèn)知。
（3）數(shù)字孿生模型運(yùn)行過程直觀性
可視化的數(shù)字孿生模型運(yùn)行過程，能夠幫助相關(guān)人員通過遠(yuǎn)程監(jiān)控的方式掌握物理實(shí)體的全局運(yùn)行狀態(tài)和過程細(xì)節(jié)，從而提高相關(guān)人員的工作效率和決策質(zhì)量。例如，指揮者可以基于直觀的物流系統(tǒng)數(shù)字孿生模型運(yùn)行過程，及時(shí)發(fā)現(xiàn)物流堵塞點(diǎn)并掌握其擁堵程度，進(jìn)而通過調(diào)度物流系統(tǒng)及時(shí)疏通堵塞點(diǎn)。
（4）數(shù)字孿生模型演化過程直觀性
數(shù)字孿生模型演化過程，即基于物理實(shí)體某一時(shí)刻相關(guān)數(shù)據(jù)的仿真過程。直觀的數(shù)字孿生模型演化過程不僅能夠預(yù)測(cè)物理實(shí)體在未來一段時(shí)間可能到達(dá)的狀態(tài)，還能了解數(shù)字孿生模型包含的各種規(guī)律的演變過程。
2.5 連通性
數(shù)字孿生是實(shí)現(xiàn)信息物理融合的有效手段，而實(shí)現(xiàn)信息物理融合的前提是連通物理空間和信息空間，并消除信息空間內(nèi)的數(shù)據(jù)孤島。因此，需要確保數(shù)字孿生模型的連通性，即保證數(shù)字孿生模型與數(shù)字孿生模型、物理實(shí)體和相應(yīng)服務(wù)能夠通過數(shù)據(jù)交換的方式實(shí)時(shí)互訪。數(shù)字孿生模型的連通性從以下4個(gè)方面進(jìn)行衡量：
（1）數(shù)字孿生模型與物理實(shí)體的連通程度
數(shù)字孿生模型的參數(shù)需要根據(jù)物理實(shí)體的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)更新，實(shí)現(xiàn)對(duì)物理實(shí)體的實(shí)時(shí)復(fù)刻，同時(shí)物理實(shí)體也需要根據(jù)數(shù)字孿生模型的仿真結(jié)果接受最優(yōu)的同步控制，而連通數(shù)字孿生模型與物理實(shí)體是實(shí)現(xiàn)上述實(shí)體-模型閉環(huán)迭代優(yōu)化過程的基本前提。
（2）數(shù)字孿生模型與數(shù)字孿生模型的連通程度
由多個(gè)數(shù)字孿生模型表征的多個(gè)物理實(shí)體之間可能存在協(xié)同、競(jìng)爭(zhēng)、約束等關(guān)聯(lián)關(guān)系，為了使多個(gè)物理實(shí)體能夠協(xié)同運(yùn)行，需要確保數(shù)字孿生模型具備與其他數(shù)字孿生模型交互的能力，以實(shí)現(xiàn)多模型之間信息的共享與同步。
（3）數(shù)字孿生模型與服務(wù)的連通程度
基于數(shù)字孿生模型的功能和服務(wù)需要通過分析處理最新的數(shù)字孿生模型數(shù)據(jù)來保證其自身的時(shí)效性，同時(shí)部分服務(wù)還可對(duì)數(shù)字孿生模型進(jìn)行配置、修正、優(yōu)化等操作。因此，要求數(shù)字孿生模型能夠與相應(yīng)的服務(wù)有效連通，即數(shù)字孿生模型需要具備及時(shí)與服務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的能力。
（4）數(shù)字孿生模型與孿生數(shù)據(jù)的連通程度
孿生數(shù)據(jù)包括物理實(shí)體的基本信息數(shù)據(jù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)，以及數(shù)字孿生模型和相關(guān)服務(wù)運(yùn)行所生成的數(shù)據(jù)。為了使數(shù)字孿生模型能夠基于上述各種數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、歷史問題追溯、仿真預(yù)測(cè)分析等多時(shí)間尺度服務(wù)，要求數(shù)字孿生模型與孿生數(shù)據(jù)能夠有效連通。
2.6 整體性
數(shù)字孿生模型包括物理實(shí)體的幾何、物理、行為、規(guī)則等不同維度的數(shù)據(jù)與特征，不僅如此，在物理維度，還包括機(jī)械、電氣、液壓等不同領(lǐng)域的信息和知識(shí)。這些數(shù)據(jù)、信息和知識(shí)通常會(huì)使用異構(gòu)模型進(jìn)行分別表示。為了全面整合物理實(shí)體的多維度數(shù)據(jù)和特征，從而完整刻畫物理實(shí)體，要求數(shù)字孿生模型具有整體性。數(shù)字孿生模型的整體性從以下3個(gè)方面進(jìn)行衡量：
（1）數(shù)字孿生模型多維度數(shù)據(jù)融合程度
為了使數(shù)字孿生模型能夠統(tǒng)一、完備地描述物理實(shí)體的外觀、狀態(tài)、行為、功能和相關(guān)知識(shí)，需要將分別獨(dú)立構(gòu)建的數(shù)字孿生多維度模型的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，去除冗余數(shù)據(jù)、消除不一致數(shù)據(jù)、填充缺失數(shù)據(jù)，最終形成具有全面性和一致性的數(shù)字孿生模型數(shù)據(jù)。
（2）數(shù)字孿生模型多維度特征融合程度
數(shù)字孿生多維度子模型的數(shù)據(jù)量龐大，冗余信息較多，在數(shù)字孿生模型實(shí)際運(yùn)行過程中，有時(shí)不會(huì)直接使用多維度子模型數(shù)據(jù)，而是使用由多維度子模型數(shù)據(jù)挖掘得到的多維度特征，為了使這些多維度特征能夠統(tǒng)一、完備地提供物理實(shí)體的目標(biāo)特征信息，需要對(duì)數(shù)字孿生模型多維度特征進(jìn)行融合。
（3）基于數(shù)字孿生多維度子模型的決策融合程度
在數(shù)字孿生模型運(yùn)行過程中，有些服務(wù)會(huì)單獨(dú)依賴于數(shù)字孿生模型某一維度的子模型，而不同服務(wù)生成的決策方案可能存在重復(fù)和沖突，要求基于數(shù)字孿生多維度模型的決策能夠有效融合，并輸出統(tǒng)一的決策方案。
2.7 靈活性
數(shù)字孿生模型不僅能夠刻畫單個(gè)物理實(shí)體，還能應(yīng)用于車間、城市、電力系統(tǒng)等復(fù)雜物理實(shí)體。然而，直接面向復(fù)雜物理實(shí)體構(gòu)建數(shù)字孿生模型的難度較大，且不利于重構(gòu)優(yōu)化和遷移復(fù)用，一般采用解耦思想先模塊化構(gòu)建單一個(gè)體物理實(shí)體的數(shù)字孿生模型，然后通過模型組裝和融合的方式構(gòu)建復(fù)雜物理實(shí)體的數(shù)字孿生模型。在此過程中，為了拓展和裁剪模塊化的數(shù)字孿生模型，并支持靈活組裝和配置，數(shù)字孿生模型需要具有一定的靈活性。數(shù)字孿生模型的靈活性從以下3個(gè)方面進(jìn)行衡量：
（1）數(shù)字孿生模型可配置性
不同的應(yīng)用場(chǎng)景和不同的業(yè)務(wù)，對(duì)于同一物理實(shí)體的數(shù)字孿生模型可能存在不同的應(yīng)用需求。因此，數(shù)字孿生模型應(yīng)具備靈活的配置能力，即能夠根據(jù)具體的應(yīng)用需求設(shè)定模型的相關(guān)參數(shù)。
（2）數(shù)字孿生模型可組裝性
為了基于現(xiàn)有數(shù)字孿生模型獲得更多結(jié)構(gòu)更復(fù)雜、功能更豐富的物理實(shí)體的數(shù)字孿生模型，數(shù)字孿生模型應(yīng)具備與其他數(shù)字孿生模型組裝的能力。
（3）數(shù)字孿生模型可伸縮性
以應(yīng)用為導(dǎo)向構(gòu)建物理實(shí)體的數(shù)字孿生模型，通常不會(huì)一次性建立完備的數(shù)字孿生模型，當(dāng)已構(gòu)建的數(shù)字孿生模型不能滿足新的應(yīng)用需求時(shí)，需要在已有數(shù)字孿生模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行拓展；當(dāng)業(yè)務(wù)需求發(fā)生轉(zhuǎn)變時(shí)，數(shù)字孿生模型原有的某些結(jié)構(gòu)、內(nèi)容和功能可能成為冗余，需要進(jìn)行相應(yīng)裁剪以提高模型的運(yùn)行效率。
2.8 智能性
構(gòu)建物理實(shí)體的數(shù)字孿生模型，并與物理實(shí)體交互迭代運(yùn)行，其中一個(gè)重要目標(biāo)是基于數(shù)字孿生模型對(duì)物理實(shí)體進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)，根據(jù)實(shí)時(shí)環(huán)境和業(yè)務(wù)需求自動(dòng)生成相應(yīng)的決策方案，從而實(shí)現(xiàn)物理實(shí)體的智能運(yùn)維和管控優(yōu)化。以此為目的，數(shù)字孿生模型需要具有一定的智能性。數(shù)字孿生模型的智能性從以下3個(gè)方面進(jìn)行衡量：
（1）數(shù)字孿生模型自適應(yīng)性
數(shù)字孿生模型的運(yùn)行環(huán)境可能存在一些不確定因素，這些不確定因素將從一定程度上影響基于數(shù)字孿生模型的服務(wù)質(zhì)量。智能的數(shù)字孿生模型應(yīng)具備針對(duì)不確定因素的自適應(yīng)能力，從而提高使用數(shù)字孿生模型的系統(tǒng)的魯棒性和容錯(cuò)能力。
（2）數(shù)字孿生模型自治性
具有一定程度智能化的數(shù)字孿生模型應(yīng)該能夠理解自身功能以及當(dāng)前的運(yùn)行環(huán)境和業(yè)務(wù)需求，從而在合適的時(shí)間結(jié)合運(yùn)行環(huán)境特征面向業(yè)務(wù)需求提供相應(yīng)的服務(wù)，即實(shí)現(xiàn)自治運(yùn)行。
（3）數(shù)字孿生模型自學(xué)習(xí)能力
物理實(shí)體在運(yùn)行過程中，其幾何模型、物理模型、行為模型和規(guī)則模型會(huì)發(fā)生不同程度的變化，在通過參數(shù)更新和參數(shù)關(guān)聯(lián)關(guān)系更新來保證數(shù)字孿生模型有效性的基礎(chǔ)上，如何通過發(fā)現(xiàn)、理解和應(yīng)用各維度子模型潛藏的演化規(guī)律與相關(guān)知識(shí)，使數(shù)字孿生模型進(jìn)行自主進(jìn)化，對(duì)提高數(shù)字孿生的智能性具有重要意義。
為彌補(bǔ)數(shù)字孿生模型評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的理論空白，本章基于所提出的有效性、通用性、高效性、直觀性、連通性、整體性、靈活性、智能性數(shù)字孿生模型評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，在遵循評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的科學(xué)性、通用性、可比-可操作-可量化、針對(duì)性構(gòu)建原則的前提下，構(gòu)建數(shù)字孿生模型評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，為合理評(píng)價(jià)數(shù)字孿生模型的質(zhì)量、性能、適用性或共生性、適應(yīng)性和價(jià)值提供系統(tǒng)性理論支持，為數(shù)字孿生模型在構(gòu)建校驗(yàn)、運(yùn)行管理、重構(gòu)優(yōu)化、遷移復(fù)用、流通交付等環(huán)節(jié)的相關(guān)決策活動(dòng)提供參考。
3.1 數(shù)字孿生模型評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建原則
為保證數(shù)字孿生模型評(píng)價(jià)指標(biāo)體系能夠根據(jù)業(yè)務(wù)需求和用戶偏好，全面、客觀、科學(xué)、有效地評(píng)價(jià)各個(gè)領(lǐng)域物理實(shí)體的數(shù)字孿生模型，數(shù)字孿生模型評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建過程應(yīng)遵循以下原則：
（1）科學(xué)性原則
客觀、科學(xué)、有效地評(píng)估數(shù)字孿生模型的質(zhì)量、性能、適用性或共生性、適應(yīng)性與價(jià)值，是構(gòu)建數(shù)字孿生模型評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的核心，為此需要在構(gòu)建數(shù)字孿生模型評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的過程中遵循科學(xué)性原則，客觀分析數(shù)字孿生模型在所處各環(huán)節(jié)中的具體需求，并以此為主要依據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)字孿生模型評(píng)價(jià)指標(biāo)。在此過程中，需要注意區(qū)別于其他類型模型的評(píng)價(jià)指標(biāo)，突出反映數(shù)字孿生模型應(yīng)用特性的指標(biāo)，避免將與數(shù)字孿生模型相關(guān)，但不能通過優(yōu)化模型直接提升評(píng)價(jià)結(jié)果的問題抽象為評(píng)價(jià)指標(biāo)，如交互實(shí)時(shí)性。
（2）通用性原則
數(shù)字孿生模型評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是一套適用于評(píng)估各領(lǐng)域數(shù)字孿生模型的系統(tǒng)性理論，在設(shè)計(jì)數(shù)字孿生模型評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)，應(yīng)選取各領(lǐng)域數(shù)字孿生模型在應(yīng)用過程中的共性需求作為設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的參考。
（3）可比-可操作-可量化原則
數(shù)字孿生模型評(píng)價(jià)指標(biāo)需具備公正、可比、可量化的特點(diǎn)，應(yīng)考慮用于計(jì)算指標(biāo)數(shù)值的相關(guān)數(shù)據(jù)的可獲得性，以及評(píng)價(jià)工作的可操作性。
（4）針對(duì)性原則
數(shù)字孿生模型的應(yīng)用場(chǎng)景和業(yè)務(wù)需求并非一成不變，對(duì)于相同的數(shù)字孿生模型，根據(jù)不同的業(yè)務(wù)需求和用戶偏好，最終獲得的數(shù)字孿生模型評(píng)價(jià)結(jié)果也應(yīng)有所區(qū)別。
3.2 數(shù)字孿生模型評(píng)價(jià)指標(biāo)體系
遵循評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的科學(xué)性、通用性、可比-可操作-可量化原則、針對(duì)性構(gòu)建原則，以客觀、全面、有效地評(píng)價(jià)數(shù)字孿生模型的質(zhì)量、性能、適用性或共生性、適應(yīng)性與價(jià)值為目標(biāo)，以數(shù)字孿生模型的有效性、通用性、高效性、直觀性、連通性、整體性、靈活性、智能性為評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，以評(píng)價(jià)準(zhǔn)則包含的各項(xiàng)細(xì)則為具體的評(píng)分指標(biāo)，構(gòu)建由1項(xiàng)總指標(biāo)（目標(biāo)層）、8項(xiàng)二級(jí)指標(biāo)（準(zhǔn)則層）、29項(xiàng)三級(jí)指標(biāo)（指標(biāo)層）組成的數(shù)字孿生模型評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，如圖2所示。
3.3 數(shù)字孿生模型評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的相關(guān)術(shù)語定義
為幫助具有數(shù)字孿生模型評(píng)價(jià)需求的決策者深入理解數(shù)字孿生模型評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并指導(dǎo)應(yīng)用于不同領(lǐng)域的數(shù)字孿生模型評(píng)價(jià)的具體實(shí)踐，下面對(duì)數(shù)字孿生模型評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中的部分術(shù)語和概念進(jìn)行統(tǒng)一定義，如表1所示。
表1 數(shù)字孿生模型評(píng)價(jià)指標(biāo)體系相關(guān)術(shù)語的定義
4.1 數(shù)字孿生模型評(píng)價(jià)指標(biāo)量化方法
4.2 數(shù)字孿生模型評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定方法
參考文獻(xiàn)：略，詳見
張辰源, 陶飛*. 數(shù)字孿生模型評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[J]. 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng), 2021, 27(8):2171-2186. DOI:10.13196/j.cims.2021.08.001
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