Senzori i IoT u tehnologiji digitalnih blizanaca

Poštovani posetioci sajta TeamCAD,

nastavljamo sa obradom interesantnih tema vezanih za BIM projektni proces i tehnologiju digitalnih blizanca. Kao što sam najavio u svom prethodnom tekstu „Podaci su novo zlato, da li isto važi i za podatke u digitalnim blizancima?“, u ovom tekstu ću obrađivati temu „Senzori i IoT u tehnologiji digitalnih blizanaca“.

U prethodnom tekstu „Podaci su novo zlato, da li isto važi i za podatke u digitalnim blizancima?“, bavio sam se uopšteno podacima u digitalnim blizancima i pokušao da objasnim njihovu vrednost i potencijal. Nadam se da sam uspeo da dokažem da bez podataka u digitalnom obliku, generisanih tokom BIM projektnog procesa ili nakon izgradnje ili izrade objekta, ne bismo bili u mogućnosti da razmatramo potencijal danas dostupne tehnologije digitalnih blizanaca.

Kada razmatramo proces generisanja i obrade podataka u modelu digitalnog blizanca, dva su scenarija najčešća:

  1. Model digitalnog blizanca nastao transformacijom BIM modela,
  2. Model digitalnog blizanca kod već postojećeg objekta (zgrade, aviona, automobila…).

Kada razmatramo prvi scenario, siguran sam da je značajnoj većini čitalaca poznat radni tok kako podatke iz BIM modela transformisati u podatke digitalnog blizanca. Dakle, imamo situaciju da iz jednog digitalnog formata podatke generisane za potrebe BIM projektnog procesa konvertujemo u podatke modela digitalnog blizanca. Sa stanovišta procesa generisanja i obrade podataka, taj scenario i ne deluje tako komplikovano.

Senzori i IoT u tehnologiji digitalnih blizanaca

Za razliku od prvog scenarija, model digitalnog blizanca kod već postojećeg objekta čini se malo komplikovanijim. Prvo, da bismo postojeći objekat iz realnog sveta konvertovali u model digitalnog blizanca, potrebno je uraditi BIM model postojećeg stanja objekta i u takav model dodati parametre iz realnog sveta. Zatim na scenu stupaju senzori i IoT (eng. Internet of Things), koji prebacuju relevantne podatke izmerene različitim senzorima parametrima i komponentama u modelu digitalnog blizanca. Odmah da napomenem, upravo ovaj scenario ću razmatrati u današnjem tekstu. Ali vratimo se prvo njegovom veličanstvu – podacima.

Senzori i IoT u tehnologiji digitalnih blizanaca

Da bih bio siguran da će svakom čitaocu teksta u potpunosti biti jasni svi procesi vezani za podatke, hajde da podatke u modelu digitalnog blizanca sagledamo iz perspektive nauke o podacima (eng. Data Science). Ako krenemo sa stanovišta da ne postoji suštinska razlika između podataka u nauci o podacima (eng. Data Science) i podataka u tehnologiji digitalnih blizanaca, procesi vezani za podatke grubo se mogu podeliti na:

  • prikupljanje podataka;
  • smeštanje podatka;
  • analizu podataka;
  • vizuelizaciju podataka;
  • odluke i postupanja bazirana na osnovu rezultata analize podataka.

S obzirom na činjenicu da bi detaljno razmatranje svih procesa vezanih za podatke veoma teško stalo u jedan tekst, namera mi je da u današnjem tekstu detaljno razmotrim proces prikupljanja podataka u tehnologiji digitalnih blizanaca već postojećih objekata, dok ću u narednim tekstovima razmatrati ostale procese vezane za podatke.

Prikupljanje podataka

Ukoliko pretpostavimo da je čitaocu ovog teksta u potpunosti jasan način na koji se generišu podaci u BIM projektnom procesu, nisam siguran da je svima u potpunosti jasno koja je svrha senzora i IoT i na koji način oni podržavaju tehnologiju digitalnih blizanaca. U nameri da pomognem čitaocima da na najbolji mogući način shvate ulogu senzora i IoT u tehnologiji digitalnih blizanaca, daću odgovore na sledeća fundamentalna pitanja koja se tiču prikupljanja podataka kod digitalnih blizanaca:

  • Šta su senzori?
  • Gde se sve koriste i koja je svrha senzora?
  • Šta je IoT (eng. Internet of Things), a šta IIoT (eng. Industrial Internet of Things)?
  • Koja je veza između senzora i IoT?
  • Kako i gde čuvati prikupljene podatke iz senzora za analizu?

Šta su senzori?

U tehnologiji digitalnih blizanaca, senzori se definišu kao digitalni uređaji, koji na veštački način predstavljaju pojedine osećaje koji se u biologiji definišu kao čula. Pomoću senzora, različite informacije i podaci iz okruženja se mogu prikupiti u svrhu njihove dalje obrade i analize. Glavna uloga senzora je da za uticaje iz svog okruženja, u zadatim vremenskim intervalima, vrši različita merenja i da fizičke veličine iz realnog sveta konvertuje u digitalne podatke, koji se dalje analiziraju i za rezultat ostvaruju velike uštede investitorima i klijentima.

Svrha upotrebe senzora je da, konstantnim ili periodičnim merenjima u unapred zadatim intervalima, izmeri sve promene i događaje koji su definisani kao dragoceni za posmatranje. Tako prikupljeni podaci se kasnije pretvaraju u digitalne podatke za svrhu obrade i analize podataka. Broj senzora oko nas se konstantno povećava, zbog potencijalnih ušteda koje senzori mogu doneti. Pritom, senzori nam pružaju mnoštvo dragocenih podataka i parametara iz realnog sveta koji mogu biti upotrebljeni za različite namene.

Teško je definisati sve parametre iz realnog sveta, koji mogu biti izmereni pomoću senzora iz razloga što tehnologija veoma brzo napreduje, pa ulazim u rizik da propustim da navedem neke važne parametre iz realnog sveta koji senzorima mogu biti izmereni. Ali navešću neke veoma bitne parametre iz realnog sveta koje je danas moguće izmeriti i konvertovati u digitalne parametre za dalju upotrebu u tehnologiji digitalnih blizanaca.

Naime, senzori se danas najčešće koriste za merenje sledećih parametara iz realnog sveta: merenje temperature, registrovanje pokreta, registrovanje lokacije i pomeranja, merenje pritiska, nivoa zvuka ili buke, merenje vlažnosti, napona, vibracija itd. Iz navedenih parametara koje senzori mogu izmeriti, nameće se zaključak da se senzori mogu primeniti u različitim industrijama i za veliki broj namena. Odgovor na pitanje gde se sve koriste senzori i zašto, naći ćete u nastavku teksta.  

Gde se sve koriste i koja je svrha senzora?

Da li ste čuli za „pametnu kuću“? Podrazumeva se da kuća sama po sebi ne može biti pametna niti inteligentna, već je pametnom čine uređaji opremljeni različitim senzorima koji obezbeđuju ulazne podatke, koji se dalje obrađuju i na osnovu obrađenih podataka se donose određene odluke i preduzimaju različita postupanja. Sistem koji donosi različite odluke i primenjuje postupanja može biti autonoman ili zasnovan na osnovu ljudske odluke, ali osnova za donošenje bilo kakve odluke i postupanja, bilo da je doneta autonomno ili na osnovu ljudske odluke, temelji se na podacima iz različitih senzora postavljenih u „pametnoj kući“. Kako sve to zajedno funkcioniše?

Uzmimo, na primer, da je za optimalne radne uslove, za stolom za kojim sedi student, koji sprema ispit iz određene oblasti nauke o podacima (eng. Data Science), potrebno obezbediti osvetljenost od 400 fluksa i temperaturu od 25 stepeni celzijusovih. Student sedi za stolom i nije u mogućnosti da tačno proceni, na osnovu ljudskih čula, da li je osvetljenost za njegovim stolom 400 fluksa niti da li je temperatura 25 stepeni celzijusovih. Ako znamo da procenu osvetljenosti i temperature umesto studenta mogu obaviti senzori, bićemo sigurni da je studentu moguće obeznaditi idealne uslove za spremanje ispita.

Međutim, nadam se da ćete se složiti sa mnom da, bez uzimanja u obzir energetske efikasnosti pri stvaranju optimalnih uslova za studenta, autonomni sistem koji donosi različite odluke i preduzima postupanja neće doneti najbolju moguću odluku. Primera radi, ako student uči tokom dana i sunce osvetljava prirodnom svetlošću sto za kojim sedi i sprema ispit, autonomni sistem za donošenje različitih odluka i preduzimanje postupanja neće po automatizmu ugasiti svetlo i pojačati hlađenje, ukoliko takva odluka podrazumeva veći utrošak energije za stvaranje optimalnih uslova za učenje studenta. Možda spuštanjem žaluzina i pravljenjem veštačkog hlada, do nivoa do kog će sto za kojim student uči imati osvetljenost od 400 fluksa i u isto vreme smanjivanjem rada sistema hlađenja, autonomni sistem za donošenje različitih odluka i preduzimanje postupanja, može pružiti zahtevane kriterijume za optimalan komfor studenta.

Nadam se da sam Vam je ovaj krajnje jednostavan primer dao ideju koja je uloga senzora u prikupljanju podataka. Svrha senzora u „pametnoj kući“ je da nam pruži podatke koji će nakon obrade podataka pružiti najoptimalnije zahtevane uslove komfora, uzimajući u obzir različite parametre, od kojih je po meni najvažniji energetska efikasnost objekta i ostvarivanje ušteda u potrošnji energije, ne samo zbog novčanih ušteda, već i zbog ekoloških razloga i dostizanja kriterijuma zadatim UN konvencijom o ciljevima održivog razvoja (eng. Sustainable Development Goals – SDG).

A pored „pametnih kuća“, pomoću kojih sam pokušao da Vam dam primer kompleksnosti ne samo sakupljanja podataka putem senzora, već i načina kako različiti sistemi za donošenje odluka i postupanje donose svoje odluke, gde se još primenjuju senzori?
Nabrojaću samo neke od oblasti u kojima su danas senzori najzastupljeniji:

  • Informatika;
  • Automobilska industrija;
  • Avio-industrija;
  • Građevinska industrija;
  • Procesne linije;
  • Transportne trake.

Na samom kraju ovog poglavlja teksta, moram se ograditi da je ovaj tekst napisan sredinom 2020. Verujem da će za pet godina, s obzirom na početak primene 5G tehnologije i početak četvrte industrijske revolucije, spisak oblasti u kojima se koriste senzori izgledati znatno drugačije i da će spisak oblasti primene senzora, koje sam u ovom tekstu nabrojao, biti znatno duži.

Šta je IoT (eng. Internet of Things), a šta IIoT (Industrial Internet of Things)?

IoT (eng. Internet of Things) može se definisati kao sistem međusobno povezanih digitalnih uređaja, povezanih računarskih uređaja, mehaničkih i digitalnih mašina koje prenose informacije jedinstvenim sistemom identifikatora. IoT omogućava prenos podataka preko mreže bez potrebe za interakcijom čovek-čovek ili čovek-računar. IoT je digitalni alat koji omogućava neograničeno prenošenje, konvertovanje u željeni format i čitanje različitih podataka i informacija iz senzora. Pomoću IoT, u mogućnosti smo da permanentno snimamo različita očitavanja i merenja iz različitih senzora. Konstantna merenja i očitavanja omogućavaju nam da predviđamo događaje i da postupimo tako da sprečimo neželjene događaje koji nas očekuju u budućnosti. IoT se može smatrati i medijem koji prenosi podatke, informacije i upozorenja iz različitih senzora koji nadgledaju određena ponašanja, procese i osobine objekata koji su predmet posmatranja.

IoT je uzdanica dostizanja veće energetske efikasnosti u budućnosti, nego što je to slučaj danas i dužeg životnog ciklusa različitih proizvoda. IoT takođe omogućava i veću automatizaciju postupanja različitim sistemima za donošenje odluka. Ne tako daleko u budućnosti, mašinsko učenje (eng. Machine Learning) će u znatno većoj meri zameniti potrebu za ljudskim odlučivanjem kod često ponavljanih potreba za donošenje jednostavnih odluka.

IIoT (eng. Industrial Internet of Things) se može definisati veoma slično kao i IoT, ali je suštinska razlika između IoT i IIoT ta što se IIoT prevashodno primenjuje u industriji i industrijskim proizvodima. Praktično, IIoT se može smatrati IoT kome je fokus na optimizaciji industrijske proizvodnje i produženje trajanja životnog ciklusa proizvedenih industrijskih proizvoda.

Koja je veza između senzora i IoT? 

Svi uređaji koji su povezani u IoT opremljeni su različitim senzorima. Senzori ugrađeni u različite uređaje pomoću WiFi ili neke druge mreže u mogućnosti su da šalju podatke na IoT. Možemo reći da je IoT digitalni alat ili medij koji omogućava razmenu podataka svih uređaja čiji su senzori prikupili podatke i koji su povezani sa IoT.

Međutim, dosledna primena merenja pomoću senzora i skladištenja podataka pomoću IoT stvara takav problem da, nakon enormne količine podataka dolazi do poteškoća u obradi podataka, pa frekvencija čitanja podataka postaje veoma bitan faktor u obradi podataka, o čemu ću pisati u nekom od narednih tekstova.

Kako i gde čuvati prikupljene podatke iz senzora za analizu? 

Pri davanju odgovora na ovo pitanje, treba imati u vidu da IoT i senzori prikupljaju enormnu količinu podataka na dnevnom nivou. Primenom konstantnih merenja senzora i razmenom podataka putem IoT, vrlo brzo se nameće problem kako najoptimalnije čuvati toliku količinu sakupljenih podataka. Rešenje za taj problem nude „Cloud“ rešenja, koja pored infrastrukture za skladištenje podataka nude i digitalne alate za obradu podataka prikupljenih uz pomoć senzora i IoT. Postoje različita rešenja za problem skladištenja i obrade podataka u „Cloud“ rešenjima, o njima ću, takođe, dati mnogo više detalja u narednom tekstu.

Ovim bih završio tekst „Senzori i IoT kod u tehnologiji digitalnih blizanaca“ i o mom viđenju kako senzori i IoT doprinose generisanju podataka u tehnologiji digitalnih blizanaca. Ujedno bih iskoristio priliku da Vam najavim svoj sledeći tekst „Smeštanje, dostupnost i analiza podataka modela digitalnih blizanca – da li su Forge platforma i „Cloud“ najbolja rešenja?“.

Ukoliko imate bilo kakva pitanja, komentare ili želite da saznate više detalja o temi koju sam obradio u tekstu „Senzori i IoT kod digitalnih blizanaca“, molim Vas kontaktirajte TeamCAD, koji će Vam rado pružiti dopunske informacije.

Takođe, ukoliko Vam je potreban savet kako da na najbolji način primenite tehnologiju digitalnih blizanaca ili Vam je potrebna primena tehnologije digitalnih blizanca na Vašem projektu ili postojećem objektu, molim Vas kontaktirajte TeamCAD, koji će Vam rado izaći u susret.

Do sledećeg teksta,
Predrag Jovanović

 

::

Prethodne tekstove na temu možete pročitati ovde:

„Podaci su novo zlato, da li isto važi i za podatke u digitalnim blizancima?“

"Velike uštede koje BEP (eng. BIM Execution Plan) donosi investitoru"

"Konvencija o BIM modelovanju"

"Šta je LOD – Nivo detaljnosti BIM elemenata?"

"Šta je BEP i šta treba da sadrži?"

"Upravljanje podacima digitalnog blizanca građevinskog objekta"

"Digitalni blizanci u građevinskoj industriji"

"Šta su digitalni blizanci?"

"Male, a velike uštede u BIM projektnom procesu - primeri" 

"Automatizacija BIM projektnog procesa"

"Napredno upravljanje BIM podacima" 


© 2020 TeamCAD d.o.o. Sva prava su zadržana.

Dobrodošli na www.teamcad.rs! Ovaj internet sajt koristi kolačiće (cookies). Nastavkom korišćenja ovog sajta saglasni ste sa našom upotrebom kolačića. Više detalja.