Кит Бентли, основатель и технический директор компании Bentley Systems
Цифровой двойник – это реалистичное и динамичное цифровое представление физического актива, процесса или системы в построенной или природной среде.
Как и в случае с BIM почти 20 лет назад, цифровые двойники сегодня меняют мир строительства с точки зрения того, как проектируется, строится и эксплуатируется инфраструктура. Отрасль всегда сталкивалась с проблемами управления объемом и разнообразием данных, а также различными способами их изменения во времени. Это может оказаться непосильной задачей для специалистов в области инфраструктуры, независимо от того, специализируются ли они на реализации проектов или на эксплуатации. Появление цифровых двойников помогло отрасли усовершенствовать существующие BIM-ориентированные процессы за счет повышения качества и доступности данных. Важно отметить, что цифровые двойники инфраструктуры могут быть созданы на месте, без необходимости нарушения или замены существующих рабочих процессов или систем.
Независимо от типа инфраструктуры, со временем цифровой двойник актива или проекта станет его жизненной силой и центральной нервной системой. То есть он станет действительно ценным. Мы считаем, что для создания устойчивых цифровых двойников инфраструктуры необходимо строить свои системы на основе технологий с открытым исходным кодом, чтобы ключи от судьбы оставались в ваших руках. Вы не собираетесь покупать своих цифровых двойников у какого-либо одного поставщика. Вместо этого вы будете собирать, строить, настраивать и развивать своих двойников из частей, полученных от многих поставщиков, состав которых со временем будет меняться. Каждый из них скажет вам, насколько он открыт. Только те из них, которые имеют открытый исходный код (то есть вы можете использовать своего цифрового двойника и исходный код, на основе которого он создан, без взимания платы), действительно так считают.
Создание основы для iTwin.js
Когда мы анонсировали iTwin.js, мы заявили, что основа, на которой он построен, является самой открытой, продуктивной, интуитивно понятной и мощной средой разработки капитальных проектов и инфраструктурных активов. Библиотека iTwin.js (www.itwinjs.org) представляет собой обширную коллекцию пакетов JavaScript, основанных на наиболее открытых, популярных и гибких стандартах современной облачной и веб-разработки. Хотя ее можно использовать из любого языка программирования, она написана на TypeScript (моя любимая среда программирования) и использует открытые технологии, включая SQLite, Node.js, NPM, WebGL, Electron, Docker, Kubernetes и, конечно, HTML5 и CSS. На одной и той же кодовой базе можно создавать облачные сервисы, веб-приложения, мобильные и настольные приложения. Исходный код размещен на GitHub и распространяется под лицензией MIT. (N.B. полное раскрытие информации – существует собственный модуль Node.js, который Bentley собирает и распространяет через NPM для каждой платформы. Он не является открытым исходным кодом, но поставляется с правом на запуск).
Используя эти открытые технологии, мы создали платформу Bentley iTwin, которая подходит для множества различных случаев использования. Наша платформа решает такие важные и сложные задачи, как сохранение, визуализация, масштабируемость, безопасность и совместимость. Конечно, ваши цифровые двойники будут иметь различные сочетания источников данных и функций в зависимости от типа актива. Цель открытой платформы – позволить всем, кто работает над одним аспектом, легко объединить свои усилия с теми, кто работает над другими аспектами. Это означает, что не обязательно писать все сразу и у одного поставщика. В мире программного обеспечения существует множество источников данных. Открытая платформа помогает нам объединить все, что мы используем, без особых усилий. Хорошая инфраструктурная платформа цифрового двойника должна делать то же самое.
Построив свою платформу на базе технологии с открытым исходным кодом, вы предоставляете своим пользователям и тем, кто будет расширять платформу, возможность вносить в нее изменения. Они могут копировать исходный текст программы и получать доступ к своим данным, не платя за лицензию. Стратегия открытых исходных кодов отлично зарекомендовала себя в других отраслях, однако в машиностроении, BIM и САПР она пока не нашла полного применения. Причина заключается в том, что до сих пор не создана полноценная платформа, достаточно открытая для того, чтобы люди могли накладывать на нее свои слои и даже позволять конкурентам создавать решения, работающие совместно с ней.
Для создания цифрового двойника инфраструктуры (мы называем его iTwin) мы объединяем множество типов источников данных. Один источник – это так называемый цифровой контекст – наблюдения, сделанные в прошлом. Другой источник – это данные реального времени или текущие данные, такие как датчики IoT, системы управления, ERP-системы и системы аварийного реагирования. Наиболее сложным источником данных для инфраструктурных цифровых двойников являются инженерные и/или BIM-данные, поскольку они часто представляют собой некое будущее состояние двойника. Концепция будущего состояния представляет собой сложную задачу информатики, поскольку она нелинейна (т.е. одновременно может существовать несколько достоверных состояний). Это основная причина, по которой инфраструктурные цифровые двойники до сих пор не существовали. Очевидно, что все три источника данных – прошлое, настоящее и будущее – изменяются непрерывно, но с разной степенью детализации.
Тем не менее, если объединить все эти типы данных, то станет ясно, что цифровые двойники инфраструктуры станут основой для новых приложений, позволяющих повысить эффективность активов, включая устойчивость, производительность, заполняемость, энергопотребление, безопасность и техническое обслуживание. Возникают вопросы: Как структурировать данные?, Какая модель транзакций?, Как визуализировать прошлое/текущее/будущее в одном окне? и Как сделать систему безопасной?. Для каждого типа данных ответы будут разными. Если каждая организация, работающая только над одной частью цифровой системы, будет вынуждена решать все эти проблемы самостоятельно, она никогда не закончит работу, и ничего не будет работать вместе.
Ответ, как и на все другие проблемы информатики, заключается в том, чтобы наложить сверху комплексную, но расширяемую платформу, обеспечивающую реализацию всех частей. Чтобы такая платформа была технически и экономически целесообразной, я утверждаю, что это должен быть проект с открытым исходным кодом, спонсируемый организацией, имеющей коммерческий интерес. В качестве такой платформы я предлагаю iTwin.js от Bentley. Если вы считаете, что какая-то часть его работы должна работать по-другому, вы можете изменить это, либо сделав форк нашего кода, либо, надеюсь, создав pull request в наши репозитории на GitHub. Таким образом, экосистема укрепляется.
CALLOUT: Данные для разработки цифрового двойника
Когда нас спрашивают о том, какие данные входят в состав цифрового двойника, мы отвечаем, что типы данных зависят от конкретного случая использования. Но начать работу не так уж и сложно. В простейшем случае достаточно просто выйти на улицу, сделать фотографии или LiDAR с помощью мобильного устройства, а затем превратить их в цифровую сетку объекта. Это прекрасное начало, поскольку, хотя такая сетка может оказаться не очень сложной, она очень точна. Этот процесс обеспечивает цифровой контекст для создания цифрового двойника.
Для инженерных/BIM-данных мы создали бесплатные коннекторы, которые синхронизируются с наиболее популярными форматами (например, .dgn, .dwg, .rvt, .ifc и т.д.). Существуют также API, позволяющие другим пользователям создавать свои собственные коннекторы. Поскольку в одном iTwin могут храниться данные из эклектичного набора коннекторов, вы можете продолжать разработку с использованием имеющегося набора авторских инструментов и легко синхронизироваться с многопрофильными, многовендорными и многоорганизационными инфраструктурными проектами.
Цель открытой, масштабируемой, не зависящей от производителя платформы – дать возможность экосистеме разработчиков создавать и выводить на рынок решения, решающие реальные инфраструктурные проблемы с помощью цифровых двойников. За последние несколько лет мы наблюдаем рост этой экосистемы, состоящей из организаций-пользователей, стратегических партнеров и сторонних разработчиков. Все, кто работает с iTwin.js и платформой Bentley iTwin, нацелены на создание решений, позволяющих использовать огромный потенциал инфраструктурных цифровых двойников.
Одной из компаний, работающих на платформе iTwin, является Digital Energy. Она специализируется на решении сложных проблем цепочки создания стоимости путем внедрения эффективных решений на основе искусственного интеллекта для планирования производства, цепочки поставок и выполнения работ. Их приложение ODIN Safety помогает владельцам активов прогнозировать и управлять состоянием здоровья и безопасности работников на складах и в обрабатывающей промышленности в режиме реального времени. Приложение синхронизирует и визуализирует данные, включая трехмерное проектирование, данные по охране труда, технике безопасности и окружающей среды (HSE) на основе искусственного интеллекта и IoT, чтобы лучше предсказать, что, где и когда произойдет, что позволяет обеспечить безопасность и приоритетность операций.
Как разработчик новых цифровых советников по искусственному интеллекту для тяжелых отраслей промышленности, возможность отображать выводы и аналитику в реальном времени на цифровом двойнике ускоряет внедрение и повышает эффективность для клиентов, – сказал д-р Морган Элдред, основатель и главный венчурный директор компании Digital Energy. В рамках ODIN Safety цифровой двойник показывает эволюцию потенциальных рисков на различных участках, что позволяет клиентам более эффективно вмешиваться и определять приоритетность усилий с помощью четырехмерной визуализации рисков и тепловых карт зон повышенного риска. Платформа Bentley iTwin обеспечивает открытую, масштабируемую и быструю разработку приложений, что дает невероятно мощный способ донести сложный контекст до организаций, команд и людей.
В компании Bentley мы стремимся к тому, чтобы разработчики, такие как Digital Energy, взаимодействовали, обменивались опытом и учились друг у друга. Мы создали партнерскую программу для поставщиков программного обеспечения и системных интеграторов, в рамках которой они могут получить поддержку и рекомендации, помогающие им внедрять инновации, ускорять и масштабировать свои разработки для создания решений на основе цифрового двойника. Для нас и наших пользователей важно обучение и расширение знаний в области платформы. Благодаря аккредитации разработчики получают представление об основных принципах и компонентах разработки программных приложений, включая синхронизацию и объединение данных, визуализацию и запросы к данным iTwin.
Расширение возможностей людей
Мы разработали платформу Bentley iTwin так, чтобы она была настолько открытой, насколько это возможно. Теперь люди используют ее для решения задач, не имеющих никакого отношения к Bentley Systems. Мы сделали это не ради благотворительности. Мы сделали это потому, что уверены: если наша платформа будет использоваться третьими сторонами в творческих целях, то мы будем востребованы, когда они добьются успеха. Мы создаем экосистему инноваций, которая будет развиваться вокруг общего набора исходных кодов и типов данных, определяемых с помощью инструментов с открытым исходным кодом, построенных на основе открытых стандартов.
По моему мнению, возможности для улучшения результатов, которые открывают цифровые двойники инфраструктуры, в отрасли гораздо шире, чем когда-либо за 37 лет моей работы в этом бизнесе. Мы в Bentley Systems рады этому потенциалу, но мы не стремимся стать компанией, создающей цифровые двойники инфраструктуры, поскольку очевидно, что таких компаний потребуются многие сотни. Вместо этого мы намерены стать компанией-платформой инфраструктурного цифрового двойника, работающей в экосистеме инноваций вместе с партнерами, использующими эту платформу. Мы считаем, что это позволит создать мир, в котором инфраструктурные цифровые двойники действительно смогут улучшить качество жизни каждого жителя планеты.