Digital Twin Yard (DTYard) - An ecosystem for maritime models and digital twin simulation

Visjonen til prosjektet DTYard (hvor DT står for «Digital Tvilling») er å etablere et økosystem for modeller og systemsimulering i maritim industri. DTYard vil muliggjøre effektiv sammenkobling av enkeltmodeller til digitale tvilling systemer og skip, samt legge til rette for samarbeid mellom redere, verft, utstyrleverandører og underleverandører. DTYard inkluderer et bibliotek der modeller av komponenter og systemer kan deles med andre aktører og partnere samtidig som intellektuelle rettigheter (IP) og kildekode beskyttes. Simuleringsmodeller av skipets utstyr og automasjonssystemer inklusiv fullverdige kontrollsystemimplementasjoner kan kobles sammen i et virtuelt verft. Grensesnittet mellom modellene er likt som på det fysiske skipet. Grunnlaget for DTYard økosystemet i form av kildekode, spesifikasjoner og eksempler har blitt utviklet i det industrielle samarbeidsprosjektet Open Simulation Platform (OSP) sammen med DTYard og TwinShip (RCN prosjektnummer 28073) og ble åpent delt med industrien i juni 2020 på nettsiden www.opensimulationplatform.com. For å nå ut til en større brukergruppe er også årlige arrangement med foredrag gjennomført og delt på hjemmesiden. Et OSP programvarebibliotek for co-simulering har blitt delt som åpen kildekode på GitHub sammen med demo-applikasjoner og et utvalg av maritime simuleringsmodeller som forenkler bruken av OSP programvare. En OSP spesifikasjon for grensesnitt (OSP-IS) har også blitt lansert for å støtte effektiv utveksling og tilkobling av modeller, med mål om en ny standard for deling av maritime modeller og utføring av effektive systemsimuleringer. Alle OSP-leveranser er i samsvar med Functional Mockup Interface (FMI), en eksisterende standard for modellutveksling. Basert på OSP kildekode har DTYard partner DNV etablert «Simulation Trust Center», en web applikasjon for sikker deling av modeller og kostnadseffektiv simulering på tvers av organisasjoner og verktøy. Applikasjonen er i skrivende stund åpen for pilotprosjekter og forhåndstesting for utvalgte industripartnere. Kongsberg Maritime og DNV har utviklet interne applikasjoner for å teste og demonstrere interoperabilitet mellom eksisterende verktøy ved bruk av OSP programvare og OSP spesifikasjonen (OSP-IS). De resulterende eksempelkonfigurasjonene inkluderer flere skipskomponenter og kontrollsystemer. Gjennom ovennevnte leveranser har DTYard-prosjektet bidratt til videreutvikling av OSP økosystemet som muliggjør samarbeid ved bruk av systemsimuleringer i maritim industri, samt hjelper til å løse de økende utfordringene innen design, konstruksjon, integrasjon, kommisjonering, operasjon og verifikasjon av komplekse, integrerte systemer. Prosjektet har bidratt til økt synlighet av OSP i maritim sektor, også internasjonalt. Nye forskningsprosjekter nyttiggjør seg allerede av resultater fra DTYard prosjektet, i form av forenklet samarbeid for deling og simulering av modeller med IPR beskyttelse. SINTEF, DNV og Kongsberg Maritime vil fortsette utviklingen av OSP og relaterte produkter og tjenester gjennom nasjonalt og internasjonalt sammarbeid.

DTYard has advanced the Open Simulation Platform (OSP) and contributed to increased awareness of OSP in the maritime industry, also internationally. OSP (and thus co-simulation) is increasingly being used by the DTYard partners in their inhouse simulators. SEACo, SEAOPS, FreeCO2ast, and EDINAF are new R&D projects partially resulting from DTYard. These projects make use of and/or further develops results and are new collaborations between two or more DTYard partners. These projects are already benefitting from DTYard results by simplifying cooperation and models sharing while protecting IPR and enabling collaboration. SEACo deals with closing some key research gaps identified through working with the OSP and DTYard. An important part of the work leading to the ideas for SEACo was done under the DTYard project. SEAOPS focus on simulation-based testing, also using OSP. The advancements of OSP during the DTYard is an enabler for this project. EDINAF is an international project funded by the European Defense Fund, where SINTEF was invited as a partner due to their work related to the OSP. SINTEF is being recognized as one of the core partners responsible for OSP, and being knowledgeable within co-simulations, which opens for new contacts and opportunities, and has broadened its network in industry and academia. The DTYard project enabled the development of the DNV Simulation Trust Center (STC). The STC implements OSP technology in an easy-to-use and secure collaboration space where stakeholders can upload and share access to component models, configure system models and run simulations. DNV firmly believes simulation will play an important role in the future digital value chain. The STC is a key element for trust in this value chain, offering a secure environment for stakeholders to collaborate in. DNV will investigate further how STC could be used to provide digital ground for future and new classification services to build upon. KM has developed a simulation platform based on the libcosim library developed in OSP. Interoperability between this new platform and other DTYard based platforms have been demonstrated by running OSP demo cases without modifications. The platform is built for distributed simulations and will be a core part of KM’s simulation infrastructure in the future. KM and DNV have gained experience with integrating models from different sources with control systems. DTYard has enabled technical developments, provided user experience, and built competence. The partners have also gained significant experience on creating FMUs from source code and exporting FMUs from simulation tools. All partners actively contributed to the development of a user community for the ecosystem. Dissemination was accomplished through the organization of webinars and conferences, publications, presentations, and lectures. The partners will continue developing OSP software and related products and services through national and international collaborations.

The grand vision of the innovation is to establish a maritime industry ecosystem for digital twin systems and vessels. The proposed ecosystem will facilitate efficient and effective construction of digital twin vessels (or virtual ships) in a collaborative effort between stakeholders including owner, yard, equipment manufacturers and sub-suppliers, and help solve the increasing challenges in designing, building, integrating, commissioning and operating complex, integrated systems and software. We define the digital twin of a ship as the collection of a large set of models and digital twin components of the ship's equipment and automation systems, all interfaced and connected as they would be on-board the real asset. The innovation name - Digital Twin Yard (DTYard) - refers to the construction stage of the digital twin since this is the key step in the collaborative effort to bring all stakeholders together in combining their models to a complete virtual ship. The DTYard ecosystem aims to address the complete asset lifecycle from design through operation, and will lead to reduction in both CAPEX and OPEX for all key stakeholders.