Der Begriff des digitalen Zwillings ist bereits ein Trendthema in der Wasserwirtschaft. Es gibt jedoch keine allgemein anerkannte Definition dafür, was genau ein digitaler Zwilling für ein Wasserverteilungssystem ist. Dieser Blogbeitrag ist ein weiterer Beitrag zur Kontextualisierung der Idee.

Ein digitaler Zwilling ist eine virtualisierte Darstellung des Verhaltens eines physischen Systems oder Prozesses in einer digitalen Umgebung. Er reproduziert das Verhalten des Systems oder Prozesses unter verschiedenen Arbeitsbedingungen und Abstraktionsniveaus. Wenn das physische System dem digitalen Zwilling seine Arbeitsbedingungen durch Sensormessungen mitteilt, wird vom digitalen Zwilling erwartet, dass er genau das gleiche Verhalten des realen Systems auf einer bestimmten Abstraktionsebene reproduziert.

Simulationen von Wasserverteilungssystemen werden schon seit langem durchgeführt. Ich mochte ein Beitrag geschrieben von Keshvinder Singh wo er sehr gut die Verwendung von Wassernetzmodellen in Echtzeit und deren Verbindung mit Daten erklärt. Können wir jedoch ein Modell, das Simulationen in EPANET oder einem anderen bestehenden Simulator durchführt, als digitalen Zwilling betrachten? Ist es die Verbindung der laufenden Simulationen mit Sensordaten, die sie zu einem digitalen Zwilling macht? Sind wir bei der Erstellung von Modellen gescheitert und geben wir nun vor, das Problem durch die Erstellung eines digitalen Zwillings zu lösen? Ist der digitale Zwilling eine Verbesserung des Modells, das wir hatten? Was genau macht einen digitalen Zwilling zu einem digitalen Zwilling?

Meiner Meinung nach verlässt ein digitaler Zwilling die Grenze der Simulatoren und begibt sich in den Bereich dessen, was in anderen Branchen als Emulatoren bezeichnet wird [ein Simulator ahmt das grundlegende Verhalten eines Systems nach; ein Emulator dupliziert die Sache "genau" so, wie sie im wirklichen Leben existiert]. Dieser Gedanke sollte insbesondere im Fall von Wasserverteilungssystemen kontextualisiert werden. Simulationsmodelle haben immer eine vereinfachte Version des realen Netzes verwendet [mehrere Kundenanfragen, die auf einzelne Knotenpunkte konzentriert sind, grobe Schätzungen von Anfragen und Verbrauchsmustern, keine Berücksichtigung der Elastizität an den Maschen und der Kompressibilität des Wassers usw.], und es ist besonders schwierig, etwas zu schaffen, das einem Emulator näher kommt. Die Emulation eines Wasserverteilungssystems würde bedeuten, dass die Vielfalt aller daran beteiligten Komponenten [Pumpen, Motoren, Ventile, Rohre usw.] emuliert werden müsste, und es würde sich die Frage stellen, ob die stochastischen Komponenten des Wasserverbrauchs selbst als Teil des Systems oder als Betriebsbedingung zu betrachten sind. Selbst wenn dies technisch möglich wäre, wäre es für Wasserversorgungsunternehmen heute wirtschaftlich nicht machbar. Wir verteidigen die Idee einer kontinuierlichen Verbesserung von Netzmodellen in Verbindung mit Daten, um sie schrittweise an die Realität heranzuführen. Sowohl die Unternehmen als auch die Forscher sollten sich dabei der bestehenden wirtschaftlichen Grenze bewusst sein, die von den Bedingungen der Versorgungsunternehmen und dem Wasserpreis abhängt. Ab einem gewissen Punkt macht es in einem einzelnen Wassernetz technisch gesehen keinen Sinn mehr, einen digitalen Zwilling zu erstellen, dessen Kosten höher sind als der Nutzen, den man daraus zieht. Dies sind die Gründe dafür Ich ziehe es vor, digitale Zwillinge für Wasserverteilungssysteme als eine fortschreitende Verbesserung von Netzmodellen zu verstehen, die mit Daten verbunden sind, die auf den Zustand der Unternehmen und den Wasserpreis abgestimmt sind. Es ist eine Reise, nicht ein Schicksal.

Nachdem ich Agnethe Peterson in einer vom SWAN-Forum organisierten Zoom-Sitzung über den digitalen Zwilling getroffen habe, schickt sie mir ihr Papier "Lebendige und prototypische digitale Zwillinge für städtische Wassersysteme: Auf dem Weg zur Mehrzweck-Wertschöpfung mit Modellen und Sensoren". Das Papier war fantastisch und sehr ehrgeizig. Die Autoren unterteilten digitale Zwillinge für WDS in zwei Typen: lebende und prototypische. Lebendige Zwillinge beziehen sich auf eine mit Feldbeobachtungen gekoppelte digitale Zwillinge und die Prototyping-Version bezieht sich auf ein Szenario des Systems ohne direkte Kopplung mit Echtzeitbeobachtungen. Bei dem von uns entwickelten Ansatz machen wir keine Unterschiede zwischen den digitalen Zwillingen. Sobald ein digitaler Zwilling in Gebrauch ist, hängt die Kopplung mit realen Daten eher von der Anwendung als vom digitalen Zwilling selbst ab. Die Arbeit an einem digitalen Zwilling für ein Wasserverteilungssystem impliziert jedoch zwangsläufig irgendwann eine Kopplung mit realen Daten, um das Modell zu kalibrieren, unabhängig davon, ob es später auf der Anwendungsebene mit realen Daten gekoppelt oder zur Analyse von entkoppelten Was-wäre-wenn-Szenarien für die Planung oder den Entwurf verwendet wird. Auf der Anwendungsebene verteidigen wir die Idee, etwas Ähnliches wie das Konzept der Virtualisierung zu betreiben, bei dem virtualisierte Instanzen des digitalen Zwillings verschiedene spezifische Anwendungen übernehmen können, die sich auf ein einziges physisches System beziehen. Die Anwendungen können nicht nur in Richtung Echtzeit-Darstellungen oder Prototyping gehen, sondern auch in Richtung Vorausschau-Szenarien und Was-wäre-wenn-Szenarien, die mit Online-Daten gekoppelt sind, um die Folgen von Betriebsalternativen in Echtzeit zu bewerten.

Die Branche erlebt gerade eine große Zeit der Digitalisierung und der Verbesserung der Art und Weise, wie Wasserversorgungssysteme heute betrieben und verwaltet werden. Ich bin offen für die Zusammenarbeit und Diskussion mit anderen Spezialisten und Versorgungsunternehmen über Ideen und Projektentwicklungen. Als Unternehmen bieten wir mit WATERing eine Lösung für die Analyse von Wassernetzen an, die mit Online-Daten verbunden werden kann und mit Plugins erweitert werden kann, um spezifische Anforderungen von Versorgungsunternehmen zu erfüllen. Wir bieten Entwicklungsdienstleistungen, Projektberatung und Online-Kursabonnements an. Wenn Sie an diesen Bereichen interessiert sind, dann Nehmen Sie Kontakt mit uns auf.