数字测试标准体系
1.摘要及关键词
摘要：数字试验测试验证(Digital Experiment, Testing，and Validation, D-ETV)是利用“数力”和“智力”更好的了解产品或系统基本属性和性能特征的方法，是实现高质高效研制运维的重要支撑手段。然而，在物理试验测试验证(Physical Experiment, Testing, and Validation, P-ETV)向D-ETV 演化的过程中，因缺乏基础共性标准参考，导致不同人员对 D-ETV 的理解与认识存在差异；因缺乏关键技术标准参考，导致 D-ETV 实现难；因缺乏通用支撑、安全、行业应用等标准参考，导致 D-ETV 实施难。
针对上述问题，本文首先从 D-ETV 有何用、如何用、何处用3个角度对 D-ETV 标准需求进行分析。在作者团队前期提出的 D-ETV 通用流程“D”模型及关键技术基础上，进一步建立并完善“析-定-建-测- 评-融”D-ETV 理论体系。面向航空航天、工程机械、船舶、电子信息、汽车等领域的国家重大需求，与相关研究院所和企业共同尝试探索建立一套 D-ETV 标准体系，包括基础共性、关键技术、通用支撑、安全和行业应用5类标准。期望相关工作为 D-ETV 理论研究、标准研制、行业应用提供参考，助力我国试验测试验证向数字化、智能化、服务化方向发展，进而为我国装备高质量发展提供支撑。
关键词：数字试验测试验证；标准体系；数字试验；数字测试；数字验证；数字鉴定
2.数字试验测试验证(D-ETV) 必要性
2.1 试验测试验证（ETV）内涵与意义
试验测试验证（Experiment, Testing, and Validation, ETV）是一套明晰产品或系统属性、功能、特征的系统性方法。试验、测试、验证三者虽各有侧重，但其基础理念相近、支撑作用相似、发展趋势相同，故称为试验测试验证。
基于作者团队前期在数字孪生、数字工程、数字试验测试验证相关理论与实践基础，本文从产品或系统高效率研发、高性能制造、高可靠运行和高质量发展四个核心需求出发，分析并总结ETV的价值与意义，如图1所示。
图1 试验测试验证意义
ETV在产品或系统全生命周期各阶段，及长效发展过程中的重要价值愈发凸显，逐渐升级为全生命周期的核心环节，为推动新理论、新技术、新产业的加速涌现提供了强大动力。
2.2 物理试验测试验证（P-ETV）发展局限
早期，ETV以纯物理形式开展，高度依赖物理空间中的真实对象、环境、设备和工具[7]。随着基础科学理论的创新突破、高精度物理设备的研发、测量与控制方法的不断进步，物理试验测试验证（Physical Experiment, Testing, and Validation, P-ETV）历经从经验性观察到系统性测量、从定性分析到定量计算、从单学科独立到跨学科融合的发展演变历程。
P-ETV借助物理仪器设备测量得到高真实性与可信度的数据，能精准反映产品或系统在真实条件下的性能表现，具有结果准确度高、可靠性强的显著优势。但受限于学科理论知识、仪器设备精度、测量技术能力，P-ETV在可实现种类、效率、成本和风险等方面难以满足日益提升的需求，主要问题在于：
（1）工况覆盖不全，摸边探底难实现
（2）执行效率不高，研发周期难缩短
（3）资源消耗不菲，综合成本难降低
（4）风险因素不定，安全可靠难保障
总体来看，在ETV种类日益丰富、条件日益苛刻的发展趋势下，P-ETV的局限性日益突出，迫切需要借助数字化手段提升ETV的能力与水平。
2.3 数字试验测试验证（D-ETV）内涵与必要性
数字试验测试验证（Digital Experiment, Testing, and Validation, D-ETV）是一种利用传感网络、建模仿真、数字孪生、人工智能等数智化理论技术，在传统P-ETV基础上，通过以数补实、以数优实、以数替实、数实互验、数实融合，充分融合发挥数实融合ETV双边优势，为产品或系统高质量、高效率、高性能、高可靠研制运维提供ETV服务的理论方法，如图2所示。
D-ETV的机理规则信息源于物理世界，属性特征信息源自物理产品，方法手段来自P-ETV过程，执行结果服务于物理产品研制运维的决策。通过将不同产品不同生命周期阶段的ETV数据，以及ETV方案、经验和知识，以形式化和模块化的数据与模型进行表示、处理、利用和存储，形成“数力”和“智力”，为D-ETV的实现构筑数智基础。
图2 数字试验测试验证内涵
D-ETV能够通过以数补实、以数优实、以数替实、数实互验、数实融合的方式与P-ETV相互融合，实现优势互补，以更快的速度、更低的成本、更高的效率、更小的风险、更准的结果满足产品或系统全生命周期各阶段的ETV需求。
3.数字试验测试验证(D-ETV)
标准需求分析
为推动产品或系统高质量发展，亟需提升ETV综合能力，应用并实施D-ETV成为了关注焦点。为推进D-ETV标准化建设，本文从D-ETV有何用、如何用、何处用三个维度出发，分析D-ETV的标准需求。
3.1 D-ETV有何用：理解与认知需标准引导
探索D-ETV理论科学、核心技术与应用模式的首要前提是准确理解D-ETV的内涵与要义。不同行业领域、不同应用场景对ETV的需求往往不同，由于缺乏D-ETV相关基础性、共通性标准，导致不同人员对D-ETV的作用与能力存在认识差异，不知D-ETV能否满足所需技术和应用需求。
因此，需D-ETV相关术语、成熟度模型、适用准则等标准帮助提升对D-ETV的理解与认知，统一话语体系，从而促进D-ETV研究、实践与应用。
3.2 D-ETV如何用：技术与方法需标准参考
一旦决定实施D-ETV，面临的重要问题是如何确定并提供D-ETV执行所需环境、对象、设备等组成要素，以及实现D-ETV需要哪些步骤，涉及哪些核心技术与方法流程。由于缺乏D-ETV相关技术性、方法性标准，不同人员实施D-ETV所采用的参考架构、方法流程、核心技术存在差异，导致信息复核难、资源复用难、方法复现难，进一步影响D-ETV的技术推广。
因此，需D-ETV相关参考架构、通用流程、关键技术等标准帮助指导D-ETV相关技术的实施与应用，以规范D-ETV研究、实现、应用过程中的技术与方法要求。
3.3 D-ETV何处用：实施与应用需标准指导
不同行业、领域在实施和应用D-ETV时，所需实施方法、技术流程、仪器设备、工具平台通常存在不同要求，且D-ETV所体现的作用与效益也存在一定差异。在同一产品或系统的不同生命周期阶段中，D-ETV的架构组成、实施方法与技术要求也不完全一致。面向特定行业、领域、产品或系统生命周期阶段，D-ETV的实施要充分考虑行业特点和应用需求，实现参考架构、流程方法、技术要求的“因地制宜”。
因此，在D-ETV基础性、通用性标准基础上，需要进一步结合行业特点，充分考虑不同应用场景的技术差异性，制定D-ETV相关行业应用标准，为D-ETV的行业推广应用提供指导。
4.数字试验测试验证(D-ETV)
标准体系框架
基于作者团队前期在数字孪生标准体系的研究基础，进一步结合作者团队前期提出的D-ETV通用流程“D”模型及关键技术，研究提出“析-定-建-测-评-融”D-ETV理论体系，具体包括需求分析、方案制定、对象场景构建、数字试验测试验证执行、评价验证、数实融合6方面内容。在此基础上，综合考虑标准体系的合理性、完整性、系统性、相关性，提出D-ETV标准体系框架如图3所示，包括基础共性标准、关键技术标准、通用支撑标准、安全标准和行业应用标准5方面内容。
图3 数字试验测试验证标准体系框架图
（1）基础共性标准 包括术语定义标准、通用流程标准、参考架构标准、成熟度模型标准4部分内容，用于指导D-ETV实现过程中涉及到的基础性、通用性要求，为D-ETV标准体系提供基础支撑。
（2）关键技术标准 包括模型标准、数据标准、连接标准和服务标准4个支撑技术标准，及需求分析标准、方案制定标准、对象场景构建标准、数字试验测试验证执行标准、评价验证标准和数实融合标准6个实施技术标准，用于指导D-ETV实施中涉及的关键技术要求。
（3）通用支撑标准 包括基础库标准、工具标准、平台标准3部分内容，用于规范D-ETV实施过程中的软硬件资源技术要求。
（4）安全标准 包括过程安全标准、物理安全标准、信息安全标准、信息物理融合安全标准4部分内容，用于规范D-ETV实施过程中涉及的软硬件资源安全存储与管理、人员安全操作等安全要求。
（5）行业应用标准 在基础共性标准、关键技术标准、通用支撑标准、安全标准基础上，结合各行业的应用需求与技术基础，规范D-ETV在具体领域的实施方法与技术要求。
5.数字试验测试验证(D-ETV)标准体系
D-ETV标准体系结构如图4所示，由基础共性标准、关键技术标准、通用支撑标准、安全标准和行业应用标准5部分组成。
图4 数字试验测试验证标准体系结构图
5.1 基础共性标准
D-ETV基础共性标准主要规范D-ETV理解与实施过程涉及到的基础性、通用性要求，相关标准及主要内容如图5所示，包括术语定义标准、参考架构标准、通用流程标准、成熟度模型标准四部分内容。
图5 数字试验测试验证基础共性标准及主要内容
5.2 关键技术标准
D-ETV关键技术标准用于规范D-ETV实施过程涉及到的技术性要求，包括支撑技术标准和实施技术标准2类43个标准。
5.2.1 支撑技术标准
支撑技术标准用于规范D-ETV实施过程涉及的基础性、通用性关键技术要求。参考作者团队前期提出的数字孪生五维模型理论及关键技术[3]，结合D-ETV的支撑技术需求，提出D-ETV支撑技术标准，包括模型标准、数据标准、服务标准和连接标准4部分内容。
5.2.1.1 模型标准
模型标准用于规范D-ETV实施过程涉及的模型构建、验证、校正、管理相关技术要求。基于作者团队前期提出的“建-组-融-验-校-管”数字孪生模型构建理论体系[10]研究基础，提出D-ETV模型标准及主要内容如图6所示，包括模型描述标准、模型构建标准、模型组装标准、模型融合标准、模型验证标准、模型校正标准、模型管理标准7个部分内容。
图6 模型标准及主要内容
5.2.1.2 数据标准
数据标准用于规范D-ETV实施过程涉及的数据分类、采集、存储、处理、融合等相关技术要求。基于作者团队前期提出的“采-传-处-融-用”数字孪生数据理论体系[11]研究基础，提出D-ETV数据标准及主要内容如图7所示，包括数据分类标准、数据采集标准、数据存储标准、数据融合标准、数据处理标准、数据服务化标准6方面内容。
图7 数据标准及主要内容
5.2.1.3 服务标准
服务标准用于规范D-ETV实施过程对所涉及的各类数据、模型、算法、仿真等进行服务化封装相关技术要求。基于作者团队前期在数字孪生服务理论及其在设计、制造、运维等各阶段的研究实践基础，提出D-ETV服务标准及主要内容如图8所示，包括服务设计与描述标准、服务开发标准、服务运行标准、服务管理标准、服务质量标准5方面内容。
图8 服务标准及主要内容
5.2.1.4 连接标准
连接标准用于规范D-ETV实施过程涉及的接口协议、数实映射、数实同步相关技术要求。基于作者团队前期提出的“感知-通信-映射-联动-融合”数字孪生连接交互理论体系研究基础，提出D-ETV连接标准及主要内容如图9所示，包括接口协议标准、数实映射标准、数实同步标准3方面内容。
图9 连接标准及主要内容
5.2.2 实施技术标准
D-ETV实施技术标准用于规范D-ETV实施过程中涉及的关键技术要求。基于作者团队前期提出的D-ETV通用流程“D”模型及关键技术[7]，从D-ETV“析-定-建-测-评-融”理论体系出发，提出D-ETV实施技术标准，包括需求分析标准、方案制定标准、对象场景构建标准、数字试验测试验证执行标准、评价验证标准和数实融合标准6部分内容。
5.2.2.1 析：需求分析标准
需求分析标准用于规范D-ETV需求分析过程涉及的技术要求，相关标准及主要内容如图10所示，包括需求分析流程标准、需求描述标准、参数与指标制定标准3方面内容。
图10 需求分析标准及主要内容
5.2.2.2 定：方案制定标准
方案制定标准用于规范D-ETV方案制定过程涉及的技术要求，相关标准及主要内容如图11所示，包括方案制定流程标准数字方案制定标准物理方案制定标准、融合方案制定标准4方面内容。
图11 方案制定标准及主要内容
5.2.2.3 建：对象场景构建标准
对象场景构建标准用于规范D-ETV数字对象与场景构建相关技术要求，相关标准及主要内容如图12所示，包括数字对象/场景构建标准、数字对象/场景验证标准、数字对象/场景校正标准、对象与场景组装标准、对象与场景集成验证标准、对象与场景集成调试标准6方面内容。
图12 对象场景构建标准及主要内容
5.2.2.4 测：数字试验测试验证执行标准
数字试验测试验证执行标准用于规范D-ETV执行过程的相关技术要求，相关标准及主要内容如图13所示，包括执行流程标准、执行过程监测标准、动态控制标准3方面内容。
图13 数字试验测试验证执行标准及主要内容
5.2.2.5 评：评价验证标准
评价验证标准用于规范D-ETV结果评价与验证相关技术要求，相关标准及主要内容如图14所示，包括结果描述标准、功能/性能验证标准、结果分析与评价标准3方面内容。
图14 评价验证标准及主要内容
5.2.2.6 融：数实融合标准
数实融合标准用于规范D-ETV实施过程中物理要素与数字要素融合、物理结果与数字结果融合相关技术要求，相关标准及主要内容如图15所示，包括数实对象场景融合标准、数实执行过程融合标准、数实结果融合标准3方面内容。
图15 数实融合标准及主要内容
5.3 通用支撑标准
D-ETV通用支撑标准用于规范D-ETV实施过程中涉及到的基础库、软/硬件工具、平台构建与管理相关技术要求。基于作者团队前期在数字孪生工具体系和软件平台研究基础，通用支撑标准及主要内容如图16所示，包括基础库标准、工具标准、平台标准3方面内容。
图16 数字试验测试验证通用支撑标准及主要内容
5.4 安全标准
D-ETV安全标准用于规范D-ETV实施过程中涉及到的过程安全、物理安全、信息安全、信息物理融合安全相关技术要求，相关标准及主要内容如图17所示，包括过程安全标准、物理安全标准、信息安全标准、信息物理融合安全标准4方面内容。
图17 数字试验测试验证安全标准及主要内容
5.5 行业应用标准
依据D-ETV基础共性标准、关键技术标准、通用支撑标准、安全标准，结合各领域应用需求和技术基础，围绕产品或系统性能试验、设计方案验证、制造质量测试、运维方案验证等产品或系统生命周期环节，制定D-ETV在航空航天、轨道交通、船舶海洋、电子信息、工程机械、电力装备、汽车、纺织等具体行业的应用标准如图18所示。针对不同领域的ETV需求，成熟度模型标准、需求分析标准、评价验证标准等行业应用标准有助于帮助使用者决策D-ETV的适用性；通用流程标准、关键技术标准、基础库标准、工具标准、平台标准等结合具体应用需求制定的行业应用标准，有助于指导D-ETV在具体领域、具体环境、具体需求的实施。
图16 数字试验测试验证行业应用标准
6.结束语
ETV贯穿于产品或系统全生命周期，为高效率研发、高性能制造、高可靠运行、高质量发展提供了强大推动力。从产业发展的视角，产品或系统持续创新发展、产业升级迭代加速，对ETV可实现种类、执行效率、成本等提出更高的需求，从传统P-ETV向数实融合试验测试验证（Digital-Physical Fusion Experiment, Testing, and Validation, F-ETV）和D-ETV发展是大势所趋。从产品或系统全生命周期的视角，P-ETV在全新产品或系统研制阶段的前中期起到至关重要的作用，随着ETV数据、模型、服务等不断积累丰富，从全新产品或系统研制中期开始，直至后续型号产品或系统的全生命周期，通过F-ETV实现ETV能力的持续提升，以及D-ETV的成熟完善，最终形成数字手段为主、物理手段为辅的D-ETV模式，为谱系内产品或系统的研制运维提供不断丰富和持续优化的ETV服务。
本文①分析了ETV的内涵和发展趋势，从可实现种类、执行效率、成本和风险4个方面总结了P-ETV的发展局限，进一步剖析了D-ETV内涵与必要性。②从D-ETV理解与认知、技术与方法、实施与应用3个维度分析了D-ETV的标准化需求。③结合作者前期提出的D-ETV体系架构和通用流程[7]，探究建立了D-ETV标准体系，从基础共性、关键技术、通用支撑、安全和行业应用5个方面对标准内容进行了具体阐述。④为更好的推动D-ETV标准建设，探究提出了D-ETV标准体系建设的几点思考，期望相关工作能够为D-ETV标准的研究与制定起到参考作用。
本文工作是基于航空航天、轨道交通、船舶海洋、电子信息、工程机械、汽车等领域的D-ETV相关研究与实践，对D-ETV标准化工作的初步探讨，如存在不足之处，恳请国内外专家和同行批评指正！
期望相关工作能为ETV标准化建设提供参考推动作用。未来将进一步结合已有研究工作，与标准化技术委员会和领域内专业人员共同努力，深入合作开展D-ETV相关标准制定工作，推动行业高质量发展。
本文由北航makeTwin团队联合相关研究院所和企业完成，共同尝试探索建立一套数字试验测试验证(D-ETV)标准体系，期望相关工作为D-ETV理论研究、标准研制、行业应用提供参考，助力我国试验测试验证向数字化、智能化、服务化方向发展，进而为我国装备高质量发展提供支撑。
DOI: 10.13196/j.cims.2025.0030
引用本文：
陶飞, 马昕, 张辰源, 等. 数字试验测试验证标准体系[J]. 计算机集成制造系统,2025, 31(1): 1-19. https://doi.org/10.13196/j.cims.2025.0030.
