Fremvoksende arkitekturaspekter for digitale tvillinger

Arkitekturaspekter for digitale tvillinger

Flere og flere organisasjoner ser nå på hvordan de kan operasjonalisere digitale tvillinger for å hente ut gevinster i digital eiendomsforvaltning og drift. I denne utviklingen er det en trend mot det som ofte kalles “horisontal lagdelt arkitektur” i motsetning til dagens “vertikale silobaserte”. Store internasjonale eiendomsselskaper, som for eksempel Google, er med på å drive denne utviklingen som Figur 1 under viser.

Figur 1

Hvordan Google Real Estate and Workplace Services (REWS) bygger ”Building Operating Systems (BOS)”

Horisontal lagdelt arkitektur

Dette er en arkitektur som adopteres av mange internasjonalt, og som Nexus Labs nettverket har oppsummert etter innspill fra bransjen med intensjon om å standardisere terminologi i en “Horizontal Architecture 101” etter hundrevis av intervjuer med bransjeaktører. Et helt sentralt aspekt i denne utviklingen er det som kalles “Independent Data Layer”, hvor ontologi som kan flette sammen og gi omforent betydning av data, er en av de viktigste komponentene som vist i Figur 2 under. 

Figur 2

Nexus Labs illustrasjon over endringen fra proprietære fullstack-løsninger som integrerer på tvers inn i hver “silo”, til hvordan hver applikasjon interagerer med et standardisert og uavhengig datalag. 

Tagging, ontologi og klassifikasjon

En ontologi består normalt av klasser (begreper), egenskaper, samt hvordan klassene er relatert til hverandre. Det er en fremvoksende trend hvor det finnes flere standardiseringsinitiativer, samtidig som mange større aktører som Google har etablert egne.

I utgangspunktet var det Prosjekt Haystack som startet ut med en felles måte å tagge data i SD-anlegg nivå. For eksempel kan man finne standard tags for temperatur, settpunkt mv. Dette er veldig nyttig ettersom de som programmerer SD-anleggene ikke har en standard konvensjon for merking/navngiving. Til tross for at man har standardiserte protokoller som kan gi oss dataene (som BACnet), vil det derfor fortsatt være vanskelig å tyde dataene ettersom de er tagget forskjellig. I Norge finner man ofte mønstre i taggene som kan minne om tverrfaglig merkesystem utviklet av Statsbygg (TFM), romnummer og noe man etter hvert kan tyde at er settpunkt o.l.

For å få standardisert en konvensjon på bruken av TFM i tagging av SD har Statsbygg utformet en BACnet merkemanual (som stiller krav til merking av BACnet objekter). TFM er en standard for merking av komponenter, som nå er del av "NS3457- klassifikasjon av byggverk". Her kan man altså få ut mer informasjon om klassen til en ting er merket med. Faktisk så gir en TFM tagg informasjon om lokasjon, systemtilhørlighet og komponent type. På denne måten kan den gi et unikt merke såvel som å si noe om hvordan tingene er relatert til både lokasjon og systemgruppe.

TFM er likevel ikke en ontologi, og det er spesielt i relasjoner mellom ting og egenskapene disse har at man vil trenge ytterligere semantikk ut over det TFM gir for å ha et godt grunnlag for en uavhengig datalag. TFM er uansett en god start, og som vil fungere som et godt grunnlag for videre semantisk berikelse.

Standardisering av ontologier

Neste steg er å se til de internasjonale initiativene som søker å løse samme utfordring. Når man skal ta steget med å basere seg på en ontologi, er det bestandig lurt å kartlegge og gjenbruke det som er laget av felles standardiserte grunnlag. I tillegg til Haystack som nevnt over, er også BrickSchema et konsortium som har utviklet en ontologi som integrerer godt med Haystack og samtidig gir en mer ekspressiv ontologi. Disse initiativene spiller også inn i Ashrae sin BACnet Komité som jobber med ASHRAE Standard 223P.

En annet fremvoksende konsortium er RealEstateCore (REC). De har sitt utspring fra Norden og har følgelig god forståelse for nordiske forhold. De er allerede brukt i Norge av for eksempel Entra og NMBU. REC sammenligner seg med andre initiativer vises i Figur 3 under. 

Figur 3

Hvordan RealEstateCore ontologien sammenligner seg med andre ontologier. 

REC og Brickschema joins forces

Der BrickSchema er veldig gode på teknisk byggautomasjons-nivå, er RealestateCore utfyllende på Business Administration og kobling til BIM. Disse har nå slått seg sammen til en felles ontologi, som trekker på styrkene fra begge og gir et veldig godt startpunkt både for å modellere ontologi og arkitektur. REC har standardisert både ontologi og API, og støtter slik en horisontal arkitektur, som Figur 4 viser under. 

Figur 4

Arkitekturen RealestateCore støtter, og viser til hvilke grensesnitt man bør kravstille for å realisere arkitekturen (bilde er del av Official documents for procurement process).

REC/Brickshcema definerer APIer og Ontologier

For å sikre støtten for den horisontale arkitekturen så har REC definert et REST API, til bruk fra "Building Operating System" i bildet over, eller det uavhengige datalaget (IDL) og til 3. part systemer og apper. Videre har de definert et "edge api" som jobber med å standardisere meldlinger som sendes fra lokale edge gatewayer til skytjenesten. I begge tilfellene er ontologien sentral i datamodellen som eksponeres.

Dette i tillegg til videre verktøystøtte og aktivitet i miljøet er viktige momenter å trekke på når man skal velge ut en ontologi, eller konsortium å satse på i sin egen utvikling. Alle ontologier kan utvides og da er det viktig å kunne sparre og evnt. dele videre inn til utviklingen på en smidig måte.

Må alt byttes ut i automasjonsanlegget?

Endringene som følger med en horisontal arkitektur, bringer med seg mye nytt, men det er viktig å fortsatt tilpasse seg de etablerte byggene og kompetansen i markedet. Dette påvirker både protokoller og prosesser, som for eksempel at en komponent i byggautomasjons-systemet både kan kommunisere på lokalt nett over BACnet og til skyløsninger via andre protokoller som MQTT eller UDMI som figuren under viser. 

Figur 5

Hvordan Google ser for seg at utstyr i bygget kommuniserer til sky og på byggautomasjons-system

Dette vil kreve endringer i nåværende bestilling av SD anlegg. Her jobber vi sammen med kunder for å bidra til at man har en fremtids-sikker bestilling i dag som harmonerer med målbildet om bruk av digitale tvillinger i effektiviseringen av digital eiendomsforvaltning videre.

Vi jobber også med å implementere horisontal arkitektur for et helt campus av bygninger på Azure infrastrukturen. Les mer om dette i lenken, og følg med når vi deler mer i kommende blogger.