ГОСТ Р 57700.37–2021 Компьютерные модели и моделирование. Цифровые двойники изделий. Общие положения. Computer models end simulation. Digital twins of products. General provisions. УДК 006.354:004.942:006.354 ОКС 01.140.01. Редакция от 12.12.2023.
1 Область применения ГОСТ Р 57700.37-2021
Настоящий стандарт устанавливает общее понятие цифрового двойника изделия, а также общие положения и требования по разработке и применению цифровых двойников изделий.
Стандарт распространяется на изделия машиностроения. На основе настоящего стандарта допускается, при необходимости, разрабатывать стандарты, устанавливающие требования к цифровым двойникам изделий различных отраслей промышленности с учетом их специфики [из 1 Область применения ГОСТ Р 57700.37–2021]
2 Нормативные ссылки ГОСТ Р 57700.37-2021
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:
- ГОСТ 2.001 Единая система конструкторской документации. Общие положения
- ГОСТ 2.053 Единая система конструкторской документации. Электронная структура изделия. Общие положения
- ГОСТ 2.503 Единая система конструкторской документации. Правила внесения изменений
- ГОСТ 3.1001 Единая система технологической документации. Общие положения
- ГОСТ 3.1102 Единая система технологической документации. Стадии разработки и виды документов. Общие положения
- ГОСТ 19.101 Единая система программной документации. Виды программ и программных документов
- ГОСТ 19.102 Единая система программной документации. Стадии разработки
- ГОСТ 34.601 Информационная технология. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Автоматизированные системы. Стадии создания
- ГОСТ 16504–81 Система государственных испытаний продукции. Испытания и контроль качества продукции. Основные термины и определения
- ГОСТ Р 56135 Управление жизненным циклом продукции военного назначения. Общие положения
- ГОСТ Р 56136 Управление жизненным циклом продукции военного назначения. Термины и определения
- ГОСТ Р 57186 Численное моделирование физических процессов. Термины и определения
- ГОСТ Р 57412 Компьютерные модели в процессах разработки, производства и эксплуатации изделий. Общие положения
- ГОСТ Р 58301 Управление данными об изделии. Электронный макет изделия. Общие требования
- ГОСТ Р 57700.1 Численное моделирование для разработки и сдачи в эксплуатацию высокотехнологичных промышленных изделий. Сертификация программного обеспечения. Требования
- ГОСТ Р 57700.2 Численное моделирование для разработки и сдачи в эксплуатацию высокотехнологичных промышленных изделий. Сертификация программного обеспечения. Общие положения
- ГОСТ Р 57700.10 Численное моделирование физических процессов. Определение напряженно–деформированного состояния, верификация и валидация численных моделей сложных элементов конструкций в упругой области
- ГОСТ Р 57700.22 Компьютерные модели и моделирование. Классификация
- ГОСТ Р 57700.24 Компьютерные модели и моделирование. Валидационный базис
- ГОСТ Р 57700.25 Компьютерные модели и моделирование. Процедуры валидации
[из 2 Нормативные ссылки ГОСТ Р 57700.37–2021]
3 Термины и определения ГОСТ Р 57700.37-2021
В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:
Адекватность модели по ГОСТ Р 57700.37-2021
Соответствие модели моделируемому изделию (процессу, явлению) по обоснованному перечню характеристик.
- Факторы, влияющие на разработку цифровых моделей высокого уровня адекватности изделию:
- График качественной зависимости адекватности цифровых моделей изделия от различных факторов приведен на рисунке 1.
Адекватность А
Изделие (составная часть)
Время
О – цифровые модели изделия (А1, А2, А3, А4, А5).
Рисунок 1
[из 3.1 ГОСТ Р 57700.37–2021]
Валидация модели изделия по ГОСТ Р 57700.37-2021
Подтверждение адекватности модели моделируемому изделию.
- Валидация модели изделия выполняется для выбранного множества характеристик и заданной степени точности.
- Определение распространяется на математические, компьютерные, цифровые модели.
[из 3.2 ГОСТ Р 57700.37–2021]
Валидация программного обеспечения компьютерного моделирования по ГОСТ Р 57700.37-2021
Подтверждение того, что программное обеспечение компьютерного моделирования в заявленной области применения адекватно с заданной степенью точности выполняет подготовку исходных данных, расчеты и обработку результатов таких расчетов.
- При наличии в составе программного обеспечения компьютерного моделирования методического обеспечения необходимо выполнить его валидацию совместно с программами компьютерного моделирования.
- Валидацию методического и программного обеспечения необходимо проводить на основе анализа результатов испытаний изделия.
[из 3.3 ГОСТ Р 57700.37–2021]
Верификация программного обеспечения компьютерного моделирования по ГОСТ Р 57700.37-2021
Подтверждение того, что программное обеспечение компьютерного моделирования выполняет подготовку исходных данных, расчеты и обработку результатов таких расчетов в соответствии с указанной математической моделью.
Примечание — Верификация программного обеспечения компьютерного моделирования является необходимым условием для его последующей валидации.
[из 3.4 ГОСТ Р 57700.37–2021]
Многоуровневая система требований по ГОСТ Р 57700.37-2021
Иерархическая система взаимосвязанных структур данных, содержащих формализованные требования к изделию и его составным частям.
- В процессе создания цифрового двойника требования верхних уровней декомпозируются, в том числе нецелевые показатели и ресурсные ограничения для нижних уровней. Достижение целевых показателей и (или) удовлетворение ресурсным ограничениям всех нижних уровней должно обеспечивать удовлетворение требований более высокого уровня.
- Частным случаем многоуровневой системы требований является многоуровневая матрица требований (см. 3.22, включая целевые показатели и ресурсные ограничения).
- Данные, поступающие от эксплуатируемого изделия, используются для уточнения многоуровневой системы требований, доработки цифровых моделей с целью прогнозирования поведения изделия в различных условиях эксплуатации, оптимизации затрат на техническое обслуживание, ремонт, а также для модернизации изделия.
[из 3.16 ГОСТ Р 57700.37–2021]
Сертификация программного обеспечения компьютерного моделирования по ГОСТ Р 57700.37-2021
Форма осуществляемого органом по сертификации подтверждения соответствия программного обеспечения компьютерного моделирования заявленной области применения.
Примечание — При наличии в составе программного обеспечения компьютерного моделирования методического обеспечения необходимо выполнить подтверждение его соответствия заявленной области применения совместно с программами компьютерного моделирования.
[из 3.19 ГОСТ Р 57700.37–2021]
Цифровая модель изделия по ГОСТ Р 57700.37-2021
Система математических и компьютерных моделей, а также электронных документов изделия, описывающая структуру, функциональность и поведение вновь разрабатываемого или эксплуатируемого изделия на различных стадиях жизненного цикла, для которой на основании результатов цифровых и (или) иных испытаний по ГОСТ 16504 выполнена оценка соответствия предъявляемым к изделию требованиям.
- Цифровая модель создается с использованием ПО КМ и (или) инструментальных программных и иных средств.
- Цифровая модель должна описывать структуру, функциональность и поведение разрабатываемого или эксплуатируемого изделия на тех стадиях жизненного цикла, которые установлены в соответствующих технических заданиях.
- Наполнение и функциональность цифровой модели зависит от стадии жизненного цикла изделия.
- Оценка соответствия цифровой модели изделия в общем случае включает в себя процедуры верификации и валидации математических моделей по ГОСТ Р 57188, компьютерных моделей и ПО КМ по ГОСТ Р 57700.1, ГОСТ Р 57700.2, ГОСТ Р 57700.24, ГОСТ Р 57700.25.
- Под электронными документами понимаются электронные документы по ГОСТ 2.001, ГОСТ 3.1001, ГОСТ 3.1102, ГОСТ 19.101, ГОСТ 34.601, ГОСТ Р 58301.
[из 3.23 ГОСТ Р 57700.37–2021]
Цифровой двойник изделия, ЦД по ГОСТ Р 57700.37-2021
Система, состоящая из цифровой модели изделия и двусторонних информационных связей с изделием (при наличии изделия) и (или) его составными частями.
- Цифровой двойник разрабатывается и применяется на всех стадиях жизненного цикла изделия.
- При создании и применении цифрового двойника изделия участникам процессов жизненного цикла (по ГОСТ Р 56135) рекомендуется применять программно–технологическую платформу цифровых двойников (см. 6.3).
[из 3.24 ГОСТ Р 57700.37–2021]
Цифровой (виртуальный) испытательный полигон по ГОСТ Р 57700.37-2021
Система, в общем случае состоящая из технических средств, программного, методического и организационного обеспечения и квалифицированного персонала, предназначенная для проведения полигонных испытаний как результата исследования свойств цифровой модели (или цифрового двойника) объекта испытаний.
Примечание — Цифровая модель для проведения полигонных испытаний должна обеспечивать испытания объекта в условиях, близких к условиям эксплуатации объекта.
[из 3.25 ГОСТ Р 57700.37–2021]
Цифровой (виртуальный) испытательный стенд по ГОСТ Р 57700.37-2021
Система, в общем случае состоящая из технических средств, программного, методического и организационного обеспечения и квалифицированного персонала, предназначенная для проведения стендовых испытаний как результата исследования свойств цифровой модели (или цифрового двойника) объекта испытаний [из 3.26 ГОСТ Р 57700.37–2021]
Цифровые (виртуальные) испытания по ГОСТ Р 57700.37-2021
Определение количественных и (или) качественных характеристик свойств объекта испытаний как результата исследования свойств цифровой модели (или цифрового двойника) этого объекта.
- В настоящем стандарте под объектом испытания подразумевается изделие.
- В зависимости от вида цифровых (виртуальных) испытаний (см. ГОСТ 16504–81, приложение 2) может быть использован как сам объект испытаний, так и его составные части.
- Для проведения цифровых (виртуальных) испытаний рекомендуется использовать программно–технологические платформы видов испытаний, определенных ГОСТ 16504.
[из 3.27 ГОСТ Р 57700.37–2021]
4 Сокращения ГОСТ Р 57700.37-2021
В настоящем стандарте применены следующие сокращения:
- ЖЦ — жизненный цикл;
- ПО КМ — программное обеспечение компьютерного моделирования;
- ЦД — цифровой двойник;
- ЦД–Р — цифровой двойник, наполнение и функциональность которого определяется в ходе реализации стадии разработки изделия;
- ЦД–П — цифровой двойник, наполнение и функциональность которого определяется в ходе реализации стадии производства изделия;
- ЦД–Э — цифровой двойник, наполнение и функциональность которого определяется в ходе реализации стадии эксплуатации изделия.
[из 4 Сокращения ГОСТ Р 57700.37–2021]
5 Общие положения ГОСТ Р 57700.37-2021
5.1 Целью создания ЦД является выполнение технических и тактико–технических требований к изделию, снижение себестоимости и сроков разработки опытных образцов изделия, повышение технологичности изделия, а также повышение надежности и эффективности эксплуатации изделия [из 5.1 ГОСТ Р 57700.37–2021]
5.2 Задачи ЦД ГОСТ Р 57700.37-2021
- оценка научной обоснованности, тактико–технической целесообразности и технологической реализуемости разрабатываемого или готового изделия в различных условиях эксплуатации;
- возможность на различных стадиях ЖЦ изделия проследить принятые технические решения и их обоснованность;
- обеспечение выполнения участниками процессов ЖЦ функций управления требованиями, конфигурацией и эксплуатационно–техническими характеристиками изделия (ГОСТ Р 56135);
- снижение себестоимости и сроков разработки опытных образцов и испытаний изделия и (или) его составных частей за счет проведения цифровых (виртуальных) испытаний в объеме, достаточном для подтверждения соответствия требованиям технического задания.
[из 5.2 Задачи ЦД ГОСТ Р 57700.37–2021]
5.3 Наполнение и функциональность ЦД зависит от стадии ЖЦ изделия [из 5.3 ГОСТ Р 57700.37-2021]
5.4 Решение о разработке, составе и функциональности ЦД–Р, ЦД–П и ЦД–Э изделия, в том числе двусторонних информационных связей в составе цифровых двойников, определяет заказчик по согласованию с разработчиком.
Примечание — В зависимости от области применения, типа изделия и стадии его ЖЦ могут быть выделены следующие варианты реализации цифрового двойника: цифровой прототип изделия, цифровой двойник экземпляра изделия, цифровая тень изделия и др. Требования к вариантам реализации цифрового двойника, включая требования к его валидации, могут устанавливаться в рамках серии национальных стандартов и стандартов организаций по цифровым двойникам, разработанных в развитие данного стандарта.
[из 5.4 ГОСТ Р 57700.37–2021]
6 Общие требования к разработке цифровых двойников ГОСТ Р 57700.37-2021
6.1 Разработка ЦД на каждой стадии ЖЦ изделия осуществляется в соответствии со стандартами, разработанными в развитие данного стандарта.
Допускается по решению заказчика порядок разработки и приемки ЦД осуществлять по ГОСТ 34.601 или ГОСТ 19.102.
Требования к разработке ЦД на каждой стадии ЖЦ изделия могут устанавливаться стандартами организаций.
Требования к разработке ЦД по государственному оборонному заказу, в том числе требования к режиму секретности и обеспечению защиты государственной тайны, устанавливаются в соответствующих документах по стандартизации оборонной продукции [из 6.1 ГОСТ Р 57700.37-2021]
6.2 Требования к ЦД и состав отчетных документов устанавливаются заказчиком в техническом задании [из 6.2 ГОСТ Р 57700.37-2021]
6.3 Для создания цифровых моделей и (или) ЦД, проведения цифровых (виртуальных) испытаний, применения результатов математического и компьютерного моделирования и организации совместной работы по созданию цифрового двойника изделия рекомендуется применять программно–технологическую платформу цифровых двойников, включающую, как правило:
- средства управления программным обеспечением компьютерного моделирования;
- средства управления проектами;
- средства сбора, обработки, анализа, визуализации, каталогизации, хранения, передачи компьютерных моделей и результатов компьютерного моделирования;
- средства отслеживания всех изменений конструкторских, технологических решений и модификации компьютерных моделей и вариантов инженерных расчетов;
- средства оформления результатов;
- средства защиты данных и организации совместной работы участников проекта в соответствии с правами доступа;
- средства компьютерного моделирования для планирования применения изделия по назначению, поддержки его технического обслуживания и ремонта.
[из 6.3 ГОСТ Р 57700.37–2021]
6.4 Верификация и валидация методического и программного обеспечения компьютерного моделирования, используемого при создании ЦД, а также при необходимости сертификация программного обеспечения компьютерного моделирования выполняются в соответствии с нормативно–техническими документами, указанными в техническом задании [из 6.4 ГОСТ Р 57700.37–2021]
6.5 Для разработки ЦД изделия создается многоуровневая система требований, которая позволяет проверять соответствие значений показателей, необходимых для удовлетворения требований к изделию, установленным диапазонам значений, а также анализировать их взаимное влияние. Достижение целевых показателей и (или) удовлетворение ресурсным ограничениям многоуровневой системы требований обеспечивается за счет проведения цифровых (виртуальных) испытаний изделия, его составных частей и материалов [из 6.5 ГОСТ Р 57700.37-2021]
6.6 Цифровые (виртуальные) испытания проводят на цифровых (виртуальных) испытательных стендах и полигонах. В случае невозможности проведения физических (то есть нецифровых) испытаний изделия или его составных частей, цифровые (виртуальные) испытания следует проводить в обязательном порядке. Требования к составу цифровых (виртуальных) испытательных стендов и полигонов определяются стандартами, разработанными в развитие настоящего стандарта [из 6.6 ГОСТ Р 57700.37-2021]
6.8 При разработке ЦД используется электронная структура изделия по ГОСТ 2.053 [из 6.8 ГОСТ Р 57700.37-2021]
6.9 Обновление ЦД осуществляют за счет двусторонних информационных связей изделия с ЦД, формируемых на разных стадиях ЖЦ изделия. Обновление ЦД рекомендуется осуществлять с применением программно–технологической платформы цифровых двойников. Полученные данные могут быть преобразованы в новые требования к изделию, которые вносятся в многоуровневую систему требований.
Обновление ЦД рекомендуется осуществлять в соответствии с порядком, определенным в ГОСТ 2.503 [из 6.9 ГОСТ Р 57700.37–2021]