Es braucht ein ganzes Dorf …

Die Definition des „Zwillings“ in digitalen Zwillingen

Deutsches Ingenieurblatt 12/2021
Digitalisierung

In der Branche wird gerne mit Schlagwörtern wie virtuelle Realität, künstliche Intelligenz und BIM um sich geworfen. Obwohl sich dahinter großartige Technologien verbergen können, bedeuten sie für sich genommen nicht wirklich etwas. Bei digitalen Zwillingen ist das anders. Selbst Menschen, die noch nie etwas von Engineering-Technik und Infrastruktur gehört haben, können das Konzept verstehen. Das kann der Beginn sein, die physische Welt in der digitalen Welt zu modellieren und zu simulieren, und damit einen Mehrwert zu schaffen.

Der einzige Teil, bei dem wir nicht weiterkommen, ist die Erklärung, was der Zwilling genau tut. „Zwilling“ ist ein Begriff, der zwei Bedeutungen hat. Zunächst einmal handelt es sich um ein Substantiv. Es ist allgemein verständlich, dass es einen Zwilling von etwas gibt, und ein digitaler Zwilling eine digitale Darstellung ist, die etwas aus der realen Welt widerspiegelt. Aber im Englischen ist „twin“ (Zwilling) gleichzeitig ein Verb. Wenn wir über Zwillinge in allen Arten von Infrastrukturen sprechen, stehen wir vor dem Problem, dass sie sich ständig verändern. Das Zeitelement macht einen großen Teil eines digitalen Zwillings aus und macht ihn komplizierter, als er erscheinen mag. Es wäre wunderbar, wenn wir einfach Zwillinge von etwas erstellen und die Welt anhalten könnten.

Wenn wir nun darüber sprechen, wie ein digitaler Zwilling von der Zeit beeinflusst wird, können wir damit drei Dinge meinen. Erstens: historisch. Um einen Kontext zu schaffen, kann man hinausgehen und Dinge wahrnehmen, Bilder von Dingen machen und den Zustand von Dingen aufzeichnen. Das macht einen großen Teil dessen aus, was ein digitaler Zwilling ist, obwohl die Herausforderung darin besteht, dass man eine riesige Menge an Daten speichern und nachverfolgen muss.

Der zweite Aspekt der Zeit in digitalen Zwillingen ist die Echtzeit. Heute wollen die Leute Sensoren und Kontrollsysteme mit den Anlagen verbinden. Es gibt eine ganze Welt von Technologie rund um Dinge, die wir Infrastruktur oder IoT nennen – das Internet der Dinge. Digitale Zwillinge sind definitiv Teil des IoT. Aber um den Echtzeit-Aspekt in einem digitalen Zwilling mit IoT-Geräten zu erhalten, müssen große Mengen an Echtzeitdaten generiert und sehr schnell verarbeitet werden.

Der dritte Aspekt der Zeit sind technische Daten. Technik ist der Entwurf des „zukünftigen Zustands“ einer Sache. Das Problem mit der Zukunft ist, dass sie nicht linear ist. Es gibt nicht nur einen Zustand der Zukunft. Wir müssen viele mögliche Permutationen von Dingen vorausplanen. Die Informationen, die widerspiegeln, wie etwas in der Zukunft aussehen könnte, können entweder eine „überprüfte und genehmigte“ Version sein oder eine der vielen anderen Permutationen, die gerade in Arbeit sind.

Das Wort „twin“ macht digitale Infrastrukturzwillinge zu einem anspruchsvollen Problem der Informatik.

Verwaltung mit einer Plattform für den digitalen Infrastrukturzwilling
Der digitale Kontext, der die Vergangenheit repräsentiert, die IoT-Daten, die die Gegenwart darstellen, und die technischen Daten, die für die Zukunft stehen, müssen alle zusammenkommen, um das Versprechen eines digitalen Zwillings vollständig zu erfüllen. Sie müssen zudem viele Arten von Daten und Anlagen in einen digitalen Zwilling einbinden – ebenso wie die Menschen, die sich möglicherweise mit ihm verbinden möchten. Das stellt jede Plattform für digitale Zwillinge vor große Herausforderungen. Wie werden die Daten strukturiert? Wie wird das Transaktionsmodell funktionieren? Wie sieht es mit der Visualisierung und der Persistenz aus? Wenn jedes Unternehmen nur an einem Teil des digitalen Zwillings arbeiten wollte, müssten all diese Probleme als erstes gelöst werden. Sie würden bei dem Versuch, eine Lösung für all diese in Bewegung befindlichen Elemente zu finden, bankrottgehen.

Die Lösung kann darin bestehen, eine Plattform zu schaffen, die für viele verschiedene Anwendungsfälle passend sein kann. Eine Plattform sollte Aspekte wie Persistenz, Visualisierung und das Transaktionsmodell abdecken. Einzelne digitale Zwillinge können je nach Art der Anlage Unterschiede in der Kombination aus erforderlichen Daten und Funktionen aufweisen. Aber eine Plattform ermöglicht es jedem, der an einem Aspekt arbeitet, seine Bemühungen mit denen zu kombinieren, die an anderen Aspekten arbeiten. Niemand muss das Ganze auf einmal erstellen. Wir haben den Gebrauch von Plattformen auf vielfältige Weise in unser tägliches Leben integriert. Sie helfen uns dabei, alles, was wir nutzen, mit wenig Aufwand zu kombinieren. Eine gute Plattform für digitale Infrastrukturzwillinge sollte dasselbe leisten.

Diese Plattform muss auch Funktionen beinhalten, die die Kosten der Geschäftstätigkeit minimieren. Die erste Funktion ist die Skalierbarkeit – die Infrastruktur ist riesig, und das gilt auch für ihre digitalen Zwillinge. Wenn die Plattform nicht skalierbar ist, kann man sie nicht ohne weiteres in die darüberliegenden Schichten integrieren. Die Skalierbarkeit ist nur so gut wie ihr schwächstes Glied.

Ein weiterer Aspekt ist die Sicherheit. Diese bindet in einem Softwareentwicklungsunternehmen übermäßig viele Ressourcen. Auch hier gilt, dass die Sicherheit nur so gut ist wie das schwächste Glied. Die vielen Schichten müssen daher so verlässlich sein, dass die gesamte Anwendung so sicher wie möglich ist, wenn darauf aufgebaut wird. Ohne Skalierbarkeit und Sicherheit bleiben die Nutzer außen vor, und alles andere, was sie tun, verliert an Bedeutung. Allerdings werden die Endanwender auch nicht zufriedener, wenn sie viel Zeit und Geld dafür aufwenden. Eine Plattform für den digitalen Infrastrukturzwilling muss diese Elemente enthalten, damit die Anwender nicht durch sie ausgebremst werden.

Einer der wichtigsten Aspekte einer Plattform für den digitalen Infrastrukturzwilling ist die Erweiterbarkeit – d. h. die Fähigkeit, die Plattform zu nutzen, um Probleme sowohl heute als auch in Zukunft zu lösen. Wer als Anbieter mit einer Führungskraft aus Nutzer-Unternehmen spricht und versucht, das Versprechen und die Möglichkeiten eines digitalen Infrastrukturzwillings zu erklären, stößt oft auf eine Mischung aus Optimismus und Pessimismus. Den Menschen gefällt die Aussicht, dass ein digitaler Infrastrukturzwilling sie profitabler machen, Risiken verringern und Probleme lösen kann, die sie heute nicht bewältigen können, oder dass er viele Informationsquellen auf neue und bessere Weise integrieren kann.

Aber sie machen sich auch Gedanken über die Konsequenzen, wenn der digitale Infrastrukturzwilling funktioniert. Was, wenn all die Informationen, die wir erstellen und in diesen digitalen Zwilling einspeisen, wertvoll und für die Geschäftstätigkeit des Unternehmens notwendig werden? Oder wenn der Anbieter des digitalen Zwillings nicht rechtzeitig auf die Anforderungen des Unternehmens reagiert? Was, wenn das Unternehmen die Funktionsweise des digitalen Zwillings ändern möchte oder wenn er nicht mit anderen Informationsquellen kombinierbar ist? Dem Unternehmen bleibt nichts anderes übrig, als auf die Versprechen des Anbieters, sicher und schnell zu sein, zu vertrauen. Wenn aber die Plattform für den digitalen Zwilling offen ist und es dem Anwender ermöglicht, seine Daten in ein anderes System oder sogar zu einem anderen Anbieter zu verschieben, ist der Anwender meist beruhigt. Er bleibt der Eigentümer seiner Daten und kann selbst entscheiden, was er damit machen will.

Open Source für Flexibilität und Dateneigentum
Es hat lange und intensive Überlegungen darüber gegeben, wie Nutzern von Plattformen mehr Flexibilität und echtes Dateneigentum geboten werden kann. Eine Antwort ist die Bereitstellung einer Plattform für digitale Infrastrukturzwillinge, die quelloffen ist und auf Open Source setzt. Mit Open Source besteht für die Anwender und andere, die die Plattform erweitern wollen, die Möglichkeit, diese auch zu ändern. Es lassen sich Kopien des Programmquelltexts erstellen und es kann auf die Daten zugegriffen werden, ohne dafür eine Lizenz bezahlen zu müssen. Eine Open-Source-Strategie hat sich in anderen Branchen als äußerst erfolgreich erwiesen, ist jedoch im Engineering, bei BIM oder CAD noch nicht angekommen. Es gab noch keine Plattform, die offen genug war, um es anderen zu ermöglichen, sie mit neuen Schichten zu überlagern, oder es Wettbewerbern zu ermöglichen, Lösungen zu entwickeln, die damit zusammenarbeiten.

Eine neu gestaltete Plattform ist so offen wie möglich. Dabei stand auch unsere Absicht Pate, Menschen die Nutzung der Plattform zur Lösung von Problemen zu ermöglichen, die nichts mit unseren Systemen zu tun haben. Das geschieht nicht aus Nächstenliebe. Wir fördern ein Ökosystem der Innovation, das um einen gemeinsamen Satz von Quellcode und Datentypen herum wächst, die mit auf offenen Standards basierenden Open-Source-Tools definiert werden können. 

Die Möglichkeiten der digitalen Infrastrukturzwillinge sind enorm. Jeder neue Mitwirkende an diesem Ökosystem aus Innovationen stärkt die übrigen Beteiligten. Wir können so eine digitale Welt schaffen, in der die Endanwender erheblich von den barrierefreien Nutzungspotenzialen profitieren werden.

Mauerwerkskongress am 17. Februar

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