Open-Source-Technologien: Wie auch Sie digitale Infrastrukturzwillinge erstellen

Open-Source-Technologien: Wie BIM vor fast 20 Jahren, so verändern heute digitale Zwillinge die bebaute Welt im Hinblick auf die Planung, den Bau und den Betrieb von Infrastrukturen. Die Branche stand schon immer vor der Herausforderung, das Volumen und die Vielfalt der Daten sowie die unterschiedlichen Wege, wie sie sich im Laufe der Zeit verändern, zu verwalten. Dies kann für Infrastrukturexperten überwältigend sein, unabhängig davon, ob sie sich auf die Projektabwicklung oder den Betrieb spezialisiert haben. Die Einführung digitaler Zwillinge hat der Branche geholfen, bestehende BIM-zentrierte Prozesse durch Verbesserung der Datenqualität und -zugänglichkeit voranzutreiben. Wichtig ist, dass sich digitale Zwillinge für die Infrastruktur „vor Ort“ erstellen lassen, ohne bestehende Arbeitsabläufe oder Systeme zu unterbrechen.

Bildlich gesprochen ist der digitale Zwilling eine Anlage oder ein Projekt, unabhängig von der Art der Infrastruktur, welches im Laufe der Zeit zum Lebenselixier und zentralen Nervensystem heranwächst. Das heißt, er wird wirklich wertvoll sein. Wir sind der Meinung, dass es unerlässlich ist, dass Sie Ihre Systeme auf Open-Source-Technologien aufbauen, um digitale Infrastrukturzwillinge zu erstellen. Damit behalten Sie die Schlüssel zu Ihrem Schicksal in Ihren Händen. Sie werden Ihre digitalen Zwillinge nicht von einem einzigen Anbieter „kaufen“. Stattdessen werden Sie Ihren digitalen Zwilling aus Komponenten von vielen Anbietern zusammenstellen, aufbauen, anpassen und weiterentwickeln. Jeder dieser Anbieter wird Ihnen sagen, wie „offen“ er ist. Allerdings meinen es nur diejenigen wirklich so, die Open-Source-Technologien anbieten (d. h. Sie haben die Möglichkeit, Ihren digitalen Zwilling und den Quellcode, mit dem er betrieben wird, ohne Gebühr zu nutzen).

Open-Source-Technologien: Aufbau der Grundlage für iTwin.js

Als wir iTwin.js ankündigten, erläuterten wir, dass die Grundlage, auf der die Plattform aufbaut, die offenste, produktivste, intuitivste und leistungsfähigste Entwicklungsumgebung für Großprojekte und Infrastrukturanlagen ist, die es je gab. Die iTwin.js-Bibliothek ist eine Sammlung von JavaScript-Paketen, die auf den gängigsten Standards für die Cloud- und Webentwicklung aufbauen. Obwohl sie in jeder Programmiersprache verwendet werden kann, ist sie in TypeScript geschrieben (mit Abstand meine Lieblingsprogrammierumgebung) und nutzt Open-Source-Technologien. Beispiele sind SQLite, Node.js, NPM, WebGL, Electron, Docker, Kubernetes und natürlich HTML5 und CSS. Mit derselben Codebasis lassen sich Cloud-Dienste sowie Web-, Mobil- und Desktop-Anwendungen erstellen. Der Quellcode ist auf GitHub unter der MIT-Lizenz gehostet.

Durch die Nutzung dieser Open-Source-Technologien haben wir die Bentley iTwin-Plattform geschaffen, die für viele verschiedene Anwendungsfälle relevant ist. In unserer Plattform werden einige wichtige und schwierige Aufgaben wie Persistenz, Visualisierung, Skalierbarkeit, Sicherheit und Interoperabilität gehandhabt. Natürlich werden Ihre digitalen Zwillinge je nach Art der Anlage eine unterschiedliche Mischung von Datenquellen und Funktionen aufweisen. Das Ziel einer offenen Plattform besteht darin, dass jeder, der an einem Aspekt des Projekts arbeitet, seine Leistungen problemlos mit denen von anderen Projektbeteiligten, die an anderen Aufgaben arbeiten, kombinieren kann. Das bedeutet, dass das Ganze nicht zur gleichen Zeit und nur von einem einzigen Anbieter geschrieben werden muss. In der Welt der Software existieren viele Datenquellen. Eine offene Plattform hilft uns dabei, alle Komponenten, die wir verwenden, mit wenig Aufwand zu verbinden. Eine gute Plattform für digitale Infrastrukturzwillinge sollte das auch leisten.

Open-Source-Strategie bewährt sich

Wenn Sie Ihre Plattform auf Open-Source-Technologien aufbauen, bieten Sie Ihren Anwendern und anderen, die die Plattform erweitern möchten, die Möglichkeit, sie zu verändern. Sie können die Programmquelle kopieren und auf ihre Daten zugreifen, ohne für eine Lizenz bezahlen zu müssen. Die Open-Source-Strategie hat sich in anderen Branchen bereits bewährt; im Ingenieurwesen, bei BIM oder CAD konnte sie sich jedoch noch nicht vollständig durchsetzen. Der Grund dafür ist, dass es noch keine sinnvolle Plattform gab, die offen genug war, um es anderen Nutzern zu ermöglichen, sie mit neuen Schichten zu überlagern und auch Wettbewerber zu ermächtigen, Lösungen zu entwickeln, die mit ihr zusammenarbeiten.

Um einen digitalen Infrastrukturzwilling zu erstellen (wir nennen ihn „iTwin“), schließen wir viele Arten von Datenquellen zusammen. Eine Quelle bietet den sogenannten „digitalen Kontext“ – d. h. Beobachtungen, die in der Vergangenheit notiert oder untersucht wurden. Eine andere Quelle bietet „Echtzeit“- oder aktuelle Daten, z. B. mit IoT-Sensoren, Kontrollsystemen, ERP-Systemen und Notfallreaktionssystemen. Die Datenquelle, die digitale Zwillinge der Infrastruktur am faszinierendsten macht, sind Engineering- und/oder BIM-Daten, da sie oft einen zukünftigen Zustand des Zwillings repräsentieren.

Open-Source-Technologien: Infrastrukturzwillinge verbessern die Anlagenleistung

Das Konzept des „zukünftigen Zustands“ ist eine Herausforderung in der Informatik, da es nicht linear ist. Das bedeutet, dass mehrere gültige Zustände gleichzeitig bestehen können. Das ist der Hauptgrund dafür, dass es bisher keine digitalen Infrastrukturzwillinge gegeben hat. Offensichtlich ändern sich alle drei Datenquellen – die Datenquellen der Vergangenheit, der Gegenwart und der Zukunft – kontinuierlich, aber mit unterschiedlicher Granularität.

Wenn man diese Datentypen zusammenführen könnte, ist klar, dass Infrastrukturzwillinge die Grundlage für neue Anwendungen zur Verbesserung der Anlagenleistung bilden. Dies schließt Nachhaltigkeit, Produktivität, Auslastung, Energie, Sicherheit und Wartung mit ein. Die Fragen lauten dann: „Wie strukturiert man die Daten?“, „Welches Transaktionsmodell ist passend?“, „Wie visualisiert man Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft in einem einzigen Fenster?“, und „Wie gestaltet man das System sicher?“ Die Antworten werden für jeden Datentyp unterschiedlich ausfallen. Wenn jede Organisation, die nur an einem Bestandteil einer digitalen Lösung arbeitet, alle diese Probleme allein lösen müsste, wäre nie ein Ende in Sicht.

Wie bei allen Problemen der Informatik besteht die Antwort darin, eine umfassende, aber erweiterbare Plattform aufzusetzen. Damit diese Plattform sowohl technisch als auch wirtschaftlich machbar ist, muss es sich meiner Meinung nach um ein Open-Source-Projekt handeln. Ich biete iTwin.js von Bentley als eine solche Plattform an. Wenn Sie der Meinung sind, dass ein Teil davon anders funktionieren sollte, können Sie diesen verändern. Sie können entweder eine Abspaltung unseres Codes durchführen oder Pull Requests für unsere Repositorien auf GitHub senden. Auf diese Weise stärkt sich das Ökosystem selbst.

TEXTBOX: Daten für die Entwicklung des digitalen Zwillings

Wenn wir nach den Daten gefragt werden, die einen digitalen Zwilling ausmachen, lautet unsere Antwort, dass die Art der Daten je nach Anwendungsfall variiert. Der Einstieg muss jedoch nicht schwierig sein. Im einfachsten Fall möchten Sie vielleicht nur mit Ihrem Mobilgerät Fotos oder LiDAR-Daten aufnehmen und diese in ein digitales Raster Ihrer Anlage verwandeln. Das ist ein wunderbarer Anfang, denn dieses Raster ist zwar noch nicht sehr „ausgefeilt“, dafür aber sehr genau. Das Verfahren liefert Ihnen den digitalen Kontext für die Erstellung eines digitalen Zwillings.

Für Engineering-/BIM-Daten haben wir kostenlose „Konnektoren“ erstellt, die mit den gängigsten Formaten (z. B. .dgn, .dwg, .rvt, .ifc usw.) synchronisiert werden können. Es gibt auch APIs, mit denen andere Akteure ihre eigenen Konnektoren erstellen können. Da ein einziger iTwin Daten aus einer vielfältigen Mischung von Konnektoren enthalten kann, können Sie weiterhin mit Ihrem aktuellen Satz von Autorenwerkzeugen planen und sie nahtlos mit Infrastrukturprojekten mehrerer Disziplinen, Anbieter und Organisationen synchronisieren.

Der Zweck einer offenen, skalierbaren, herstellerunabhängigen Plattform ist es, ein Ökosystem von Entwicklern zu ermöglichen, Lösungen zu schaffen und auf den Markt zu bringen, die echte Infrastrukturprobleme durch die Nutzung digitaler Zwillinge lösen. Alle, die mit iTwin.js und der Bentley iTwin-Plattform arbeiten, konzentrieren sich auf die Entwicklung von Lösungen. So lässt sich das enorme Potenzial von digitalen Zwillingen für die Infrastruktur erschließen.

Ein Unternehmen, das auf der iTwin-Plattform entwickelt, ist Digital Energy. Das Unternehmen konzentriert sich auf die Lösung komplexer Probleme in der Wertschöpfungskette. Das geschieht, indem es Effizienzsteigerungen in KI-Lösungen für die industrielle Planung, die Lieferkette und die Arbeitsausführung einbettet. Ihre Anwendung ODIN Safety hilft Anlagenbesitzern dabei, die Gesundheitsbedingungen für Mitarbeiter und die Sicherheitsbedingungen in Lagern und in der Prozessindustrie in Echtzeit vorherzusagen und zu verwalten.

iTwin-Plattform ermöglicht schnelle und skalierbare Anwendungsentwicklungen

Die Anwendung synchronisiert und visualisiert Daten, einschließlich 3D-Engineering, durch künstliche Intelligenz gestützte Gesundheits-, Sicherheits- und Umweltdaten sowie IoT-Daten. Dadurch lassen sich bessere Vorhersagen treffen, was, wo und wann passieren wird, und so einen sicheren Betrieb zu ermöglichen.

„Als Entwickler neuartiger digitaler KI-Berater für Industrien mit Fokus auf Anlagen ergibt sich die Möglichkeit, Einblicke und Analysen in Echtzeit in einem digitalen Zwilling darzustellen, was die Einführung beschleunigt und die Auswirkungen für die Kunden verdeutlicht“, sagte Dr. Morgan Eldred, Gründer und Chief Ventures Officer von Digital Energy. „Im Rahmen von ODIN Safety zeigt der digitale Zwilling die Entwicklung potenzieller Risiken an verschiedenen Standorten auf und ermöglicht es den Kunden, mithilfe der 4D-Visualisierung von Risiken und Heatmaps von Hochrisikobereichen besser einzugreifen und Prioritäten zu setzen. Die Bentley iTwin-Plattform ermöglicht eine offene und skalierbare Anwendungsentwicklung, die eine leistungsstarke Möglichkeit bietet, Organisationen und Teams Zusammenhänge zu vermitteln.“

Bei Bentley setzen wir uns dafür ein, dass Entwickler wie Digital Energy zusammenarbeiten, sich austauschen und voneinander lernen. Wir haben ein Partnerprogramm für Softwareanbieter und Systemintegratoren ins Leben gerufen, das ihnen Unterstützung und Anleitung bietet, damit sie ihre Entwicklungsbemühungen zur Bereitstellung von Lösungen für den digitalen Zwilling innovativ gestalten, beschleunigen und skalieren können. Das Lernen und die Erweiterung des Wissens auf der Plattform ist für uns und unsere Anwender wichtig. Durch die Akkreditierung erhalten Entwickler ein Verständnis für die grundlegenden Prinzipien und Komponenten der Entwicklung von Softwareanwendungen, einschließlich Datensynchronisation und -föderation, Visualisierung und Abfrage von iTwin-Daten.

Open-Source-Technologien: Menschen befähigen, mehr zu tun

Wir haben die Bentley iTwin-Plattform so offen wie möglich entwickelt. Sie wird jetzt genutzt, um Probleme zu lösen, die nichts mit Bentley Systems zu tun haben. Wir haben dies nicht aus reiner Nächstenliebe getan, sondern weil wir glauben, dass wir in dem Maße, in dem unsere Plattform von Dritten auf kreative Weise genutzt wird, relevant sein werden, wenn sie für Erfolg sorgt. Wir fördern ein Ökosystem der Innovation, das um einen gemeinsamen Satz von Quellcodes und Datentypen herum wachsen wird, die mit auf offenen Standards basierenden Open-Source-Tools definiert werden können.

Meiner Meinung nach sind die Möglichkeiten zur Verbesserung der Ergebnisse durch digitale Infrastrukturzwillinge für die Industrie weitaus größer als zu jedem anderen Zeitpunkt in den 37 Jahren, in denen ich in dieser Branche bereits tätig war. Bei Bentley Systems sind wir von diesem Potenzial begeistert, aber wir streben nicht danach, „das Unternehmen für digitale Infrastrukturzwillinge“ zu sein, denn es ist offensichtlich, dass es viele Hunderte solcher Unternehmen geben muss. Stattdessen wollen wir das „Unternehmen für die Plattform für digitale Infrastrukturzwillinge“ sein, das in einem Ökosystem von Innovationen zusammen mit Partnern arbeitet, die diese Plattform nutzen. Wir sind der Meinung, dass dies eine Welt schaffen wird, in der die digitalen Infrastrukturzwillinge die Lebensqualität aller Menschen auf dem Planeten wirklich verbessern können.

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