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IoT-Szenarien virtuell simulieren

... mit Campus-Netzen und Building Experience Modeling
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Alexander Blickle ist Client Executive des Bereiches Construction, City & Territory (CC&T) bei Dassault Systèmes. Wie virtuelle 3D-Simulationen bei der Planung von IoT-Szenarien helfen und warum Dassault Systèmes und Detecon sich als Kooperationspartner gut ergänzen, erläutert er im Interview mit Gerhard Auer.

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Alexander Blickle, Dassault Systèmes: „Simulationsmodelle müssen spezifische Sichten liefern können.“

Frage: Im IoT-Zeitalter werden Netzwerke aus Informationen und Partnern sehr wichtig. Welche Sicht hat Dassault Systèmes  darauf und wie beteiligen sie sich an diesen neuen Ökosystemen?

Alexander Blickle: IoT erreicht maximales Potenzial erst dann, wenn Ökosysteme tatsächlich „cross-industry“ aufgesetzt sind. Smart Cities etwa können nur unternehmensübergreifend funktionieren. Wir sehen eine hohe Notwendigkeit darin, unterschiedliche Technologien, Datenströme und Informationsflüsse zusammenzuführen. Wir wollen allen Beteiligten dabei helfen, über eine möglichst realistische 3D-Visualisierung und Simulation ein besseres Verständnis und neue Erkenntnisse von innovativen Szenarien zu gewinnen.  Mit unserer 3DEXPERIENCE -Plattform (3DX)  bieten wir ein Cloud-basiertes Common Data Environment, das unterschiedliche Datenmodelle auf den jeweils erforderlichen Granularitätsebenen integriert. Dies ermöglicht dann etwa die gemeinsame Nutzung geometrischer Daten, um in enger Kollaboration die Konstruktion und Entwicklung von Anlagen, Gebäuden oder Fahrzeugen voranzutreiben. Ebenso ist es möglich, Echtzeitdaten von Maschinen einer Fertigungsstraße oder Bewegungs- und Verkehrsströme einer Smart City zu analysieren. Damit entstehen wichtige Informationen für die Planungsgrundlage von Städten.

Welche Simulationsszenarien sind darüber hinaus möglich?

Blickle: Mittels geometrischer oder physikalischer Daten sowie durchgängigen, parametrisch gesteuerten Datenmodellen sind sehr viele 3D-Simulationen möglich, etwa auch Fluid-Simulationen zu Gasen und Flüssigkeiten. Im 5G-Umfeld wiederum sind elektromagnetische Strahlungssimulationen sehr wichtig. So sind etwa bei einer Erreichbarkeitsanalyse für Autonomes Fahren die Funkzellübergänge und die resultierenden Latenzen zu überprüfen. Es gilt aber auch zu simulieren, ob der Datentransport genauso schnell abläuft, wenn sich plötzlich hunderte Menschen neben einer Straße befinden. Oder noch ein anderes Beispiel: Im Straßen- und Tiefbau lassen sich digitalisierte Baumaschinen in Echtzeit mit 3D und Prozessdaten steuern, so dass sie einen virtuellen Zwilling mit allen AsBuilt-Prozessdaten von Straßen oder Gleisen zurückliefern. Und wie wirken sich dann bestimmte Grundwasserverhältnisse auf einen Untergrund und seine Tragfähigkeit über den Planungs-, Bau- und Nutzungszeitraum aus? Letztendlich entsteht eine ganzheitliche virtuelle 3D-Simulationsumgebung, die alle Aspekte industrie-, unternehmens- und projektübergreifend berücksichtigt: Denkbar ist, dass die Fahrwerk- und Strömungssimulationen für ein Bahnfahrzeug dann auch im mit Building Experience Modeling (BEM) geplanten, virtuellen Tunnel stattfinden.

Warum sind insbesondere durchgängige Datenmodelle dabei so wichtig?

Blickle: Weil unterschiedliche Nutzer eben auch verschiedene Sichten benötigen: Dazu braucht es eine Transformation bestehender, meist heterogener Datensätze, womöglich angereichert durch eine Integration frei verfügbarer externer Datensätze, wie etwa Wetterdaten, in ein einheitliches Metadatenformat mit dedizierter Datensprache. Dadurch wird es möglich, dass ich in ganzheitlichen, oft neu aufzubauenden Datenmodellen nicht nur einzelne Dateien, sondern auch einen ganzen Strom von Geometriedaten, Prozessinfos, Produktinfos und Materialdaten miteinander kombinieren kann. Auch wenn es sich um die gleichen Objekte handelt, die einzelnen Motive und erforderlichen Informationen unterscheiden sich ja: Aus Sicht eines Kalkulators ist etwa wichtig, wieviel Wand- und Bodenfläche ein Gebäude erfordert, der Hygrothermiker braucht andere Detaillierungen, etwa die Materialkennwerte und ihr Feuchteverhalten. Ein Konstrukteur braucht wieder eine andere Sicht als ein Fertiger, oder ein Facility Manager, der die Ersatzteilpflege plant. Ein Funknetzplaner benötigt wiederum andere Informationen, etwa über Abschirmungen sowie Menschen- und Warenströme. Wenn all diese Personen dann sogar ganze Datenströme abgreifen können, wird auch die Identifikation von Zusammenhängen viel besser möglich. Etwa, warum bestimmte, bereits verbaute Sensoren bei bestimmten Einflussfaktoren, etwa besonderen Wetterlagen besonders häufig ausfallen.  

In aller Munde ist derzeit das Digitalisierungskonzept des Digitalen Zwillings. Welche Potenziale und Herausforderungen sehen Sie hier?

Blickle: Digitale Zwillinge sollen die Realität möglichst vollständig virtuell nachbilden. Hierfür müssen sie anhand gesammelter Daten die unterschiedlichsten Einflussfaktoren berücksichtigen und damit mögliche Veränderungen idealerweise über die gesamte Lebensphase eines Produkts simulieren. Genau hierfür bietet unsere 3DX-Plattform ja eine sehr gute Grundlage. Es geht darum, bestimmte Eigenschaften schon vorab virtuell zu überprüfen, ohne sie aufwändig in der Realität erst aufbauen und testen zu müssen. Hieraus werden sich künftig in vielen Bereichen vor allem Effizienzgewinne, aber auch innovative Produkte, etwa bei der modularen und standardisierten Fertigung, schaffen lassen. Zu den Herausforderungen: Operativ wird es auf Cloud-Ebene sicher eine komplexe Aufgabe werden, verschiedene digitale Zwillinge mit ihren unterschiedlichen Sichten untereinander zu integrieren. Dies wird für größere Vorhaben jedoch unumgänglich sein.

 

Alexander Blickle, Dassault, und Jörg Borowski, Detecon (HMI 2019): „Ganzheitliche Simulationen bilden Einflüsse ab und visualisieren das optimale Campus-Netz."

Wie Digitale Zwillinge, Building Experience Modeling/Management und 5G-Campus-Netzwerke zusammenspielen, haben Sie gemeinsam mit Jörg Borowski (Partner bei Detecon und Experte für 5G-Netze) in einem Vortrag auf der Hannover-Messe 2019 geschildert (VIDEO hier). Was zeichnet aus Ihrer Sicht die Kooperation zwischen Detecon und Dassault Systèmes aus?

Blickle: Nun, beide sind Spezialisten für Technologiekonzepte, die die Digitalisierung vorantreiben. Ich denke, wir ergänzen uns hervorragend, weil Detecon hohe 5G- und Campus-Netzexpertise, aber auch, etwa über Uwe Weber, Leiter des Detecon IIoT Center, , viele Kompetenzen für das Architekturmanagement von Ökosystemen mitbringt. Dassault Systèmeswiederum ist Experte für Building Experience Modeling. Viele der eben geschilderten Simulationen im Umfeld von Smart Cities, also Städten, Straßen, Gebäuden und Campusnetzen, erzeugen durch Echtzeitanalysen und geringe Latenzen ein nochmal höheres Potenzial für völlig neue Anwendungswelten. Detecon kann die erforderlichen IoT-Geräte und Sensoren mit all ihren Kommunikationsanforderungen hervorragend vernetzen und orchestrieren, so dass etwa einwandfreie Voraussetzungen für optimierte Warenflüsse oder modulare Inselfertigungen gegeben sind. Wie wir auf der HMI demonstriert haben, liegt es nahe, dass Dassault Systèmesdann bei der Planung von hochleistungsfähigen Funknetzen, etwa bei der Platzierung und Ausrichtung von Antennen, mit 3D-Simulationen effektiv unterstützen kann. Auf dieser Grundlage können Experten und Anwender ihre Netze auch bei mobilen, autonomen Einsatzszenarien und unterschiedlichsten Gebäude- und Infrastrukturtopographien optimal planen, orchestriert auf der 3DEXPERIENCE-Plattform.

 

Testing
Jörg Borowski, Detecon und Alexander Blickle, Dassault Systèmes, bei ihrem Vortrag in der 5G-Arena auf dem Stand der Deutschen Telekom (Hannover-Messe 2019)

Visualisierungsgestützte Simulationen versprechen also in vielen Bereichen einen großen Nutzen. Was fehlt vielen Unternehmenskunden denn noch und was empfehlen Sie ihnen?

Blickle: Selbstverständlich sind die Auswahl von Technologien und Systemen immer wichtige Aspekte, bei denen Entscheidungen gut abzuwägen sind. Unter den Tisch fällt aber oft, dass auch Kultur, Prozesse und Organisationsstrukturen sich erheblich verändern. Wenn viele Systeme, die bis jetzt entkoppelt sind, auf einer gemeinsamen (Echtzeit-)Plattform zusammengeführt werden, muss sich dies auch im Kommunikationsverhalten aller Beteiligten wiederspiegeln. Noch dazu ermöglichen Endgeräte den Zugriff rund um die Uhr. Unzweifelhaft sind viele Digitalinnovationen für Unternehmen existenzbestimmend. Dennoch bleibt immer auch die Frage, ob tatsächlich jeder Mitarbeiter mitgenommen werden muss und inwiefern manche Bereiche als auch Systeme bewusst auch ausgeklammert werden sollten.   

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Uwe Weber
Uwe Weber
Managing Partner, Digital Engineering Center
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