(高清版)GBT 44122-2024 工業(yè)互聯(lián)網平臺 工業(yè)機理模型開發(fā)指南

ICS35.240.50L77工業(yè)互聯(lián)網平臺工業(yè)機理模型開發(fā)指南2024-05-28發(fā)布2024-12-01實施國家標準化管理委員會國家市場監(jiān)督管理總局發(fā)布國家標準化管理委員會IGB/T44122—2024 2規(guī)范性引用文件 5概述 7工業(yè)機理模型開發(fā)步驟 7.1需求分析階段 4 4 47.5部署與運行維護階段 47.6變更管理階段 5 5 58.2數據管理 68.4模型管理 8.5模型服務 8.6運營管理 附錄A(資料性)工業(yè)機理模型分類 8 9Ⅲ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(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構不承擔識別專利的責任。本文件由全國信息技術標準化技術委員會(SAC/TC28)提出并歸口。本文件起草單位：中國軟件評測中心(工業(yè)和信息化部軟件與集成電路促進中心)、中國電子技術標準化研究院、中國信息通信研究院、中國工業(yè)互聯(lián)網研究院、清華四川能源互聯(lián)網研究院、卡奧斯工業(yè)智能研究院(青島)有限公司、徐工漢云技術股份有限公司、北京東方國信科技股份有限公司、中國商用飛機有限責任公司北京民用飛機技術研究中心、中國鐵道科學研究院集團有限公司電子計算技術研究所、北京航空航天大學、北京理工大學、北京工業(yè)大數據創(chuàng)新中心有限公司、中國華能集團有限公司、美林數據技術股份有限公司、北京天澤智云科技有限公司、北京云道智造科技有限公司、航天神舟智慧系統(tǒng)技術有限公司、中國科學院自動化研究所、蘇州數設科技有限公司、浪潮云洲(山東)工業(yè)互聯(lián)網有限公司、中冶賽迪信息技術(重慶)有限公司、國家電投集團科學技術研究院有限公司、廣域銘島數字科技有限公司、國家管網集團北方管道有限責任公司、佰聆數據股份有限公司、深圳華龍訊達信息技術股份有限公司、北京博華信智科技股份有限公司、賽迪檢測認證中心有限公司、中電工業(yè)互聯(lián)網有限公司、朗坤智慧科技股份有限公司、內蒙古電力(集團)有限責任公司內蒙古電力科學研究院分公司、樹根互聯(lián)股份有限公司、江蘇中天互聯(lián)科技有限公司、無錫雪浪數制科技有限公司、西北工業(yè)大學、中南大學、廣州健新科技有限責任公司、中科云谷科技有限公司、東方電氣集團東方汽輪機有限公司、中車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司、聯(lián)通雄安產業(yè)互聯(lián)網有限公司、上海核工程研究設計院股份有限公司、山西天地煤機裝備有限公司、中新軟件(上海)有限公司、河南航天液壓氣動技術有限公司、海南金盤智能科技股份有限公司、北京鼎軒科技有限責任公司、橙色云互聯(lián)網設計有限公司、上海中船船舶設計技術國家工程研究中心有限公司、京東科技信息技術有限公司、山東大學、上海化工寶數字科技有限公司、安徽電信規(guī)劃設計有限責任公司、滿緣紅(深圳)質量技術創(chuàng)新發(fā)展有限公司、機械工業(yè)儀器儀表綜合技術經濟研究所、浙江省圖靈互聯(lián)網研究院。本文件主要起草人：周潤松、楊春立、王程安、田洪川、尚舵、王晨、陳錄城、黃凱、李航、孫慧玉、臧媛媛、譚杰、牟全臣、來健強、鄭強、張成剛、王曉虎、賈立東、姜磊、張亞杰、董松偉、劉勇堅、曾光、雷曉龍、陶春松、蔡曉賢、畢道偉、鮑文亮、高遠松、孫先海、湯表賢、高春光、趙迎芳、嚴傳續(xù)、吳強、彭賽金、侯軍委、高旭彬、崔麗娜、王瑾、蔡藝鵬、李華、滿敏、趙華、1工業(yè)互聯(lián)網平臺工業(yè)機理模型開發(fā)指南本文件提供了工業(yè)互聯(lián)網平臺工業(yè)機理模型開發(fā)的指導，界定了工業(yè)機理模型的定義，給出了工業(yè)機理模型開發(fā)步驟、工業(yè)機理模型管理平臺和工業(yè)機理模型分類的建議。本文件適用于指導工業(yè)機理模型研發(fā)單位及應用單位的開發(fā)、管理工作，也適用于第三方測評機構進行測評時參考使用。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規(guī)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GB/T25000.51—2016系統(tǒng)與軟件工程系統(tǒng)與軟件質量要求和評價(SQuaRE)第51部分：就緒可用軟件產品(RUSP)的質量要求和測試細則下列術語和定義適用于本文件。面向制造業(yè)數字化、網絡化、智能化需求，構建基于云平臺的海量數據采集、匯聚和分析服務，支撐制造資源廣泛連接、彈性供給、高效配置的系統(tǒng)。3.2工業(yè)Appindustrialapplication承載工業(yè)知識和經驗(最佳實踐),面向工業(yè)領域，解決研發(fā)設計、生產制造、經營管理、運行維護等場景中特定業(yè)務需求的軟件。針對工業(yè)制造過程和管理過程等所涉及的工藝、材料、設備等制造技術方法，運用定律、定理和原理建立的數學模型，能夠揭示工業(yè)制造過程的內在科學規(guī)律和技術原理，并利用算法開發(fā)形成的程序。4縮略語下列縮略語適用于本文件。API:應用程序編程接口(ApplicationProgrammingInterface)App:應用軟件(Application)2DataOps:數據研發(fā)運營一體化(DataOperations)DevOps:開發(fā)運營一體化(Development&.Operations)IP:網際互連協(xié)議(InternetProtocol)PaaS:平臺即服務(PlatformasaService)5概述工業(yè)機理模型是工業(yè)互聯(lián)網平臺的重要構成要素，其匯集了工業(yè)領域生產過程中的原理、定律、定理等專業(yè)知識，結合實際工業(yè)生產經驗，形成機理并構建成可解釋的模型，嵌入到工業(yè)互聯(lián)網平臺中。工業(yè)機理模型將工業(yè)經驗知識進行提煉和封裝，推動行業(yè)知識經驗在工業(yè)互聯(lián)網平臺中工業(yè)PaaS層的沉淀集聚，形成工業(yè)互聯(lián)網平臺的核心競爭能力。工業(yè)機理模型能力描述表達了模型在開發(fā)中需具備的要素及執(zhí)行流程。面向工業(yè)機理模型需求分析、設計、開發(fā)、測試、部署與運行維護及變更管理全過程提出了開發(fā)建議。工業(yè)機理模型管理平臺是工業(yè)機理模型的數字化載體，是匯集模型開發(fā)、管理、數據處理、更新、評估等一站式的服務平臺，在工業(yè)互聯(lián)網平臺中工業(yè)PaaS層為應用層軟件提供統(tǒng)一的調用接口。基于工業(yè)機理模型的開發(fā)運營管理需求，提出工業(yè)機理模型管理平臺一體化數據管理、模型開發(fā)、模型管理、模型服務和運營管理的服務能力建議。根據工業(yè)機理模型的運行機制，為方便工業(yè)機理模型管理，提供了行業(yè)、業(yè)務使用范圍和產品生命周期、應用場景等10個維度的工業(yè)機理模型分類，見附錄A。工業(yè)機理模型能力描述宜包含以下要素：模型名稱、模型編碼、模型分類、模型功能、模型原理、模型歸屬、模型輸入數據、機理模型、模型輸出結果、模型版本、運行環(huán)境和模型應用效果等，如圖1所示。模型輸入數據宜包括應用場景或對象的本體幾何、動態(tài)響應、材料、工藝、質量、管理、環(huán)境和場景等可標注的工業(yè)源數據。機理模型宜包括工業(yè)制造過程中涉及的定理定律、算法、原理和知識經驗所建立的數學模型，宜考慮模型準確性、完整性、復雜度、實時性、可靠性、穩(wěn)定性和可擴展性等，確保工業(yè)機理模型的應用效果。模型輸出結果是通過機理模型計算分析后對外部輸出設備的控制參數或對工業(yè)場景應用輸出結果的數據等。3GB/T44122—2024工業(yè)機理模型能力描述工業(yè)機理模型能力描述執(zhí)行流程機理模型定理定律動態(tài)響應數學模型材料知識經驗工藝控制參數模型名稱算法原理7工業(yè)機理模型開發(fā)步驟工業(yè)機理模型需求分析階段主要是根據客戶的各項需求，明確工業(yè)機理模型的描述對象、需求場景、所需解決的問題和所實現的功能，使開發(fā)人員和用戶達成共識。具體考慮的需求分析要點宜包括但a)明確描述對象，包括業(yè)務需求和模型對象使用目的等，宜梳理機理關系、初步建立模型目標要b)明確源數據的實際情況、關鍵性能指標、確認維度和數據域等；c)明確應用場景和功能需求，包括需求場景、模型解決的問題、預期收益、模型的功能、模型的應用模式(人工參與程度、與外界環(huán)境的交互等)、數據的類型、采樣頻率、可用的歷史數據情況、數據質量和可得性、業(yè)務的成熟度、適用的范圍和推廣價值、運行軟硬件環(huán)境要求(芯片、存儲、操作系統(tǒng)和網絡)和部署環(huán)境要求(溫度、濕度和噪聲等);d)明確可擴展性、性能和安全性等要求；e)明確模型的可復用性和可維護性，包括模型復用和二次開發(fā)能力、靈活配置、場景編排、協(xié)作f)明確系統(tǒng)融合度、模塊調用、層次化接口及耦合度和應用系統(tǒng)的標準化程度等；g)明確開發(fā)工作量、開發(fā)周期和運營周期；h)形成規(guī)范的需求分析文檔。4GB/T44122—2024工業(yè)機理模型設計階段根據7.1需求分析階段中的要點，描述設計工業(yè)機理模型的實現方案。具體a)明確特征參數、輸入變量、輸出變量、約束條件、性能要求和部署條件等；b)明確源數據和建模對象關聯(lián)關系，明確模型建立所需的核心機理，如與建模對象相關的原理、c)明確功能和算法實現并完成相關的技術論證；d)明確定位的合理性、選取數據質量的可靠性、算法的適用性和穩(wěn)定性、輸出的準確性等；e)明確部署和集成，包括模型的集成方式、部署環(huán)境的選擇和配置等，支持云計算資源調度和容f)明確完整的系統(tǒng)架構，易于優(yōu)化擴展，支持DevOps、DataOps等架構，便于持續(xù)迭代和運行維g)形成規(guī)范的設計文檔。7.3開發(fā)階段工業(yè)機理模型開發(fā)階段根據7.2設計階段中的要點，實現高效、規(guī)范的開發(fā)編碼工作。具體考慮的開發(fā)要點宜包括但不限于：a)選取主流、普適和運行穩(wěn)定的開發(fā)環(huán)境；b)明確依賴的公開庫、關聯(lián)或組合的模型；c)明確云、邊、端側或云邊協(xié)同等部署和使用方式；d)支持多源異構數據的接入和存儲，統(tǒng)一數據格式轉換，供模型開發(fā)與驗證使用；e)實現函數和類快速封裝，模型快速迭代更新；f)支持模型加速計算，包括硬件優(yōu)化和算法優(yōu)化等；g)選擇可視化建模的開發(fā)工具；h)考慮跨工業(yè)細分行業(yè)的共性問題，提升模型的多場景兼容性，減少開發(fā)重復投入；i)支持模型二次開發(fā)；j)形成規(guī)范的開發(fā)文檔。工業(yè)機理模型測試階段主要對模型進行驗證，驗證7.1中的所有需求已被正確實現，并確保識別出相關缺陷在部署前進行處理，保障工業(yè)機理模型質量。具體考慮的測試要點宜包括但不限于：a)從功能性、性能效率、兼容性、易用性、可靠性、信息安全性、維護性、可移植性和用戶文檔集等方面進行測試，測試內容按照GB/T25000.51—2016給出的有關內容進行驗證；b)驗證模型的多模態(tài)數據適配能力；c)驗證模型在不同應用場景下的合理性和準確性；d)驗證與所關聯(lián)或組合的模型配合的匹配性和運行流暢性；e)驗證性能表現，包括計算效率、吞吐量和資源開銷等；f)驗證算法對于數據擾動的穩(wěn)定性；g)形成規(guī)范的測試文檔。工業(yè)機理模型部署與運行維護階段，旨在優(yōu)化資源配置，規(guī)范運行維護管理過程，實現高效的模型部署與應用。具體考慮的部署與運行維護要點宜包括但不限于：5a)明確提供方、管理平臺和使用方的責任與義務；b)支持云、邊、端側或云邊協(xié)同等常見部署方式；c)支持應用創(chuàng)建、持續(xù)集成、持續(xù)發(fā)布、擴容、縮容、監(jiān)控和版本回退等功能；d)支持不同訪問控制管理的能力，包括速率限制、請求大小限制、計量、機器人檢測和IP地理范e)支持模型的調用和下載；f)支持模型容器鏡像文件部署、容器快速啟動和環(huán)境隔離；g)滿足系統(tǒng)對應的網絡安全防護要求及數據安全防護要求；h)提供有效的用戶意見反饋途徑，實現模型在全生命周期內迭代優(yōu)化，包括但不限于接收用戶關i)提供完整詳細的操作手冊，提供操作引導示例，便于人員操作；j)形成規(guī)范的部署與運行維護記錄文檔。7.6變更管理階段工業(yè)機理模型變更管理階段，旨在跟蹤和發(fā)布新的迭代模型。具體考慮的變更管理要點宜包括但不a)建立模型名稱、版本變更、發(fā)布、部署、審核和調用機制；b)建立模型差分管理標準和模型信息管理標準等；c)支持模型在驗證及參數調整過程中產生數據的管理；d)模型變更開始前，充分進行模型使用情況及變更影響確認，在測試環(huán)境進行試運行，經確認審批后，按照組織內部規(guī)定的模型變更機制執(zhí)行變更，避免對生產運行造成影響；e)支持版本向下兼容，模型鏡像升級時對外服務訪問地址和接口不變，無感知升級，對于實際生產運行不造成影響；f)完整記錄所有變更信息和變更影響，定量地給出各變更因素對生產及成本的影響權重，為管理g)形成規(guī)范的變更管理文檔。8工業(yè)機理模型管理平臺8.1工業(yè)機理模型管理平臺核心功能工業(yè)機理模型管理平臺核心功能宜包括數據管理、模型開發(fā)、模型管理、模型服務和運營管理五大部分，如圖2所示。6工業(yè)微服務工業(yè)微服務模型服務市場模型庫管理權限管理模型發(fā)布模型測試訂閱與計量管理數據接入數據存儲數據處理數據輸出數據共亨可視化建模模型提交模型搜索模型修改流程編排模型審核運營管理用戶管理門戶管理數據管理包括但不限于數據接入、數據存儲、數據處理、數據輸出和數據共享。具體考慮的數據管a)支持關系型數據庫、非關系型數據庫、對象存儲、靜態(tài)數據源等多種數據源的接入和管理；b)承載一定容量規(guī)模的數據；c)支持數據在線預覽、編輯和預處理等操作；d)具備對接入數據進行格式轉換、去噪、去冗、修正和補齊等預處理能力；e)具備對異常數據的清洗能力；g)支持數據版本管理功能，包括數據集的演進過程、切換版本和刪除版本等操作；h)滿足不同場景數據處理的時效要求；i)支持提供多源異構數據模擬仿真；j)支持不同的數據輸出接口；k)對數據提供多層級分類管理能力，支持調整數據所屬分類；1)支持數據共享，采用隱私計算等方式進行數據保護。模型開發(fā)包括但不限于公式編輯、模型組件配置、可視化建模、流程編排、模型測試和模型提交。具體考慮的模型開發(fā)要點宜包括但不限于：a)提供圖形化開發(fā)工具和多語言運行環(huán)境；b)提供在線開發(fā)和離線開發(fā)方式，支持多人在線協(xié)同開發(fā)；c)提供多種建模算子，系統(tǒng)預置常用的算子如集合運算、特征工程、物理化學計算公式及信號處7d)支持對算子自定義開發(fā)和編輯功能，如新建、修改公式和參數；e)支持通用模型組件、單模型升級、多模型組合和多模型編排等多種形式；f)提供可視化建模能力，支持流程編排，以算子拖拽式的方式構建完整的數學模型；g)支持對云計算資源的調度；h)支持模型調試和測評功能，以保證模型能通過7.4的建議；i)支持從代碼托管、編譯、構建、測試、應用部署到軟件發(fā)布的工業(yè)機理模型開發(fā)全流程功能；j)支持多層級分類管理能力，具備同類模型推薦功能。模型管理包括但不限于模型庫管理、模型搜索、模型審核、模型發(fā)布、模型修改和模型刪除。具體考慮的模型管理要點宜包括但不限于：a)支持模型定義、模型上傳、模型編輯、模型標簽管理、模型發(fā)布、模型狀態(tài)監(jiān)控、模型評估和版本管理等功能；b)具備快速定義、創(chuàng)建、查找和使用模型等；c)提供多維度的搜索能力，以實現模型智能化檢索和精準化調用；d)具備多維模型/多領域模型管理和模型知識庫管理等；e)支持模型對外發(fā)布，以API的形式接入到模型服務市場；f)支持模型運行監(jiān)測能力；g)支持多個模型的靈活編排，同一場景使用多個模型時，充分考慮模型之間的協(xié)同和耦合關系；h)具備一鍵式部署與快速迭代能力，對云、邊、端側提供快捷、統(tǒng)一管控的部署和迭代更新，縮短模型建設周期；i)支持模型綜合評價，按照不同時間周期維度，對模型的功能、性能和使用效果綜合打分。模型服務包括但不限于通過模型服務市場調用或下載工業(yè)App和工業(yè)微服務等。具體考慮的模型服a)支持模型服務的發(fā)布、搜索、購買(或訂閱)等操作；b)通過API接口向外部應用程序提供服務，并顯示服務可用狀態(tài)；c)實現跨平臺靈活調用；d)支持全生命周期的API托管服務，包括平臺API以及接入的第三方API;e)支持模型手動更新和自動更新服務；f)提供操作文檔下載服務，包括操作手冊和服務部署等幫助信息。運營管理包括但不限于用戶管理、權限管理、門戶管理、訂閱與計量管理。具體考慮的運營管理要點宜包括但不限于：a)支持多用戶使用，并且保證用戶資源間的邏輯隔離與數據安全；c)實現用戶多級部門組織結構的建立和維護，同級部門之間的排序，具有組織/崗位的配置管理功能，具備對不同權限層級用戶實現算子和模型等功能的分級授權能力；d)實現終端全生命周期的管理，包括認證接入、刪除、關聯(lián)選用和禁用等；e)具備對模型的瀏覽量、訂閱、下載和調用情況進