Задачи управления промышленными объектами через создание цифрового двойника предприятия
Модернизация производства — это комплексное, частичное или полное обновление систем или оснащения на предприятии. Данный процесс влечет за собой целый ряд мероприятий, среди которых большую часть занимает тщательный анализ и сбор информации.
В данной статье предлагается затронуть тему цифровых двойников[1] предприятий и их реализацию в виде набора цифровых информационных моделей.
В последние годы эта тема становится все более востребованной и острой. Среди причин такого повышенного интереса можно отметить:
- объявление национальной программы «Цифровая экономика Российской Федерации»;
- выполнение задач цифровизации строительной отрасли (раздел «Цифровизация строительной отрасли» в проекте «Стратегии развития строительной отрасли до 2030 года»[2]);
- рост применения технологий информационного моделирования;
- появление на рынке труда молодых специалистов, владеющих инструментом.
Все чаще владельцы предприятий и представители государственных структур обращают внимание на новые технологии применительно к своим задачам, в том числе и при решении вопросов модернизации. Ни для кого не секрет, что основная масса предприятий построена в прошлом веке и не соответствует современным требованиям. И, следовательно, чтобы вывести оных в список лидеров мирового технологического процесса и наилучших доступных технологий, необходима их модернизация. Это задача стратегического уровня. Политическая и экономическая обстановка, связанная с санкциями, пандемией и рядом других причин, только обострила эту необходимость.
Что же может позволить решить задачу цифровизации строительной отрасли в промышленном кластере? И почему именно о нем стоит говорить?
В России, на первый взгляд, есть все предпосылки для резкого роста и развития новых подходов к управлению через создание цифровых двойников: на правительственном уровне приняты или принимаются необходимые решения, говорящие об особом статусе задач цифровизации в строительной отрасли; в проектных организациях строительной отрасли полным ходом идет освоение технологий информационного моделирования; высшие учебные заведения меняют свои программы с учетом государственного заказа и общемировыми тенденциями; инвесторы и заказчики наконец-то научились не только выговаривать, но и понимать основной смысл и назначение технологий информационного моделирования (BIM-технологий). И надо отметить, что Россия быстро наверстывает разрыв в этом направлении.
Основные усилия по внедрению технологий информационного моделирования сейчас направлены на рынок жилищного строительства и госзаказ объектов социальной направленности. Однако даже рынок жилищного строительства не выдает ожидаемых результатов, если говорить о полном жизненном цикле объектов капитального строительства. И связано это в первую очередь с разрывом интересов игроков — инвестор (заказчик), как правило, не участвует в дальнейшей эксплуатации произведенной продукции, будь то жилые дома, школы, поликлиники или административные здания. И, как следствие, управляющие компании или комитеты городских структур, которым в дальнейшем предстоит эксплуатация этих объектов, имеют или мизерное представление о BIM и собственной вовлеченности в процесс цифровизации, или не имеют его вовсе.
И все-таки нельзя утверждать, что цифровые двойники в жилищном комплексе на территории России отсутствуют. Такие примеры есть, и связаны они только с крупными частными застройщиками, осваивающими территорию Москвы. Например, PSN Group (ТОП-5 девелопер Москвы по результатам 2016 года) была внедрена Единая система мониторинга, управления и аналитики для сети жилых комплексов (используются модели зданий), которая находится в промышленной эксплуатации, но по-прежнему постоянно развивается: происходит подключение новых жилых комплексов, разрабатываются новые модули, связанные с предикативным анализом работы оборудования, формируются планы развития[3]. Это скорее исключительный случай.
Другое дело — промышленные объекты. Любое предприятие проходит полный жизненный цикл от появления идеи до демонтажа, сохраняя интерес своего заказчика — управленца. И вот тут-то можно и должно в полной мере почувствовать преимущества применения технологий информационного моделирования в качестве создания цифрового двойника промышленного объекта.
Современный мир предлагает для решения таких задач множество технологий, концепций и инструментов: PLM/PDM, BigData (Большие данные), IIoT[4] (Промышленный интернет вещей), Cloud Computing (Облачные вычисления), GIS (Геоинформационные системы), BIM/openBIM и другие. Все это может быть востребовано при решении множества задач управления объектами предприятия, одной из которых является модернизация. Например, создание цифрового двойника путем формирования цифровых информационных моделей производственных цехов поможет собрать данные о состоянии оборудования, об основных и оборотных средствах, а также о производственных процессах и проанализировать их с помощью специализированных систем.
Модернизация предприятия без снижения объемов производства и, тем более, без его остановки — это задача, которая под силу современным технологиям. Кто-то может возразить, что такие задачи решались и прежде. Решались, но сейчас главный фактор — это время.
Несколько лет назад шли постоянные обсуждения отсутствия стандартов по технологиям информационного моделирования, а сейчас уже речь идет о более глубокой их проработке и применимости к особенностям российского рынка.
Если еще десять лет назад разворачивались целые баталии на тему отсутствия интеграции при применении программного обеспечения разных вендоров, то сейчас и этот вопрос начинает уходить в прошлое. Разработчики программного обеспечения становятся более открытыми друг другу, понимая, что не могут покрыть весь спектр решаемых в строительной отрасли задач. В качестве стандарта обмена и управления данными об объектах строительства в Российской Федерации принят формат IFC (Industry Foundation Classes — формат данных с открытой спецификацией)[5].
Так что же препятствует появлению цифрового двойника предприятия и его участия в вопросах модернизации и, возможно, в дальнейшем в задачах управления активами?
Ответ простой — желание заказчика, его умение идти к поставленной цели и добиваться ее, так как этот процесс невозможно решить в укороченные сроки.
В 2019 году Роснефть запустила в опытно-промышленную эксплуатацию цифровой двойник своего месторождения в Башкирии — проект «Цифровое месторождение»[6], выстраивая тем самым интегральную цепочку нового типа, включающую в себя «цифровое месторождение», «цифровой завод» и «цифровую АЗС». Разработка и запуск проекта «Цифровое месторождение» осуществляется в рамках стратегии «Роснефть-2022», предусматривающей переход на качественно новый уровень управления бизнес-процессами, повышение надежности и экономичности производства, сокращение потерь. Хоть в приведенном примере есть упоминание о «цифровом заводе», но все же выполненная работа относится к управлению производственными процессами, а не промышленными объектами недвижимости.
А вот другой пример. Как сообщается на сайте компании «Газпром нефть»[7] от 27 октября 2020 года, «Газпром нефть» получила патент на собственную цифровую разработку — Систему управления инженерными данными (СУПРИД). Система формирует электронные модели производственных установок — цифровые двойники, включающие в себя инженерно-техническую документацию и 3D-модель объектов. Сейчас СУПРИД охватывает Московский и Омский НПЗ «Газпром нефти», позволяя на 20% сократить временные затраты на выполнение регламентных мероприятий по эксплуатации, ремонту и обслуживанию. Экономический эффект от внедрения системы на нефтеперерабатывающих заводах компании оценивается более чем в 700 млн рублей в год.
Итак, видно, что процесс создания цифровых двойников предприятий уже начал свое движение по территории России, и хочется верить в появление новой технологии, которая с каждым годом будет все более востребованной и совершенной. Однако, прикоснувшись к цифровым двойникам в жизни, понимаем, что пока это или попытка перевести привычный процесс проектирования на новый уровень, или подтягивание моделей зданий без информационной части к своим системам автоматизации, или же моделирование без учета всех последующих задач использования цифровых информационных моделей: эксплуатация, модернизация, управление активами и так далее.
В массе случаев появляющихся на свет цифровых двойников видно, что отсутствует главное — требования заказчика, которые зафиксированы в виде документов и будут неукоснительно выполняться исполнителями; что зачастую исполнители живут интересами, очерченными рамками своих договоров и получением вознаграждения за свой труд, без желания понять, что за каждым этапом жизненного цикла объекта до момента его ликвидации идет следующий этап со своими задачами, использующими результаты предыдущего этапа, и что несогласованный переход от одного этапа к другому может привести к большим финансовым издержкам. А ведь технологии информационного моделирования предназначены для наименее рискового прохождения объекта капитального строительства по всему жизненному циклу. Но для этого надо просто правильно организовать работу. Это значит, что впереди предстоит много интересной работы.
Компания ООО «Бюро ЕСГ» — это системный интегратор, который принимает активное участие в проработке правильного подхода к созданию цифровых двойников промышленных объектов. Нашими клиентами являются крупные промышленные компании в нефтегазовой, сталелитейной, судостроительной и других отраслях. «Бюро ЕСГ» имеет многолетний опыт по внедрению технологий информационного моделирования, применению технологий лазерного сканирования, созданию систем управления инженерными/проектными данными, использованию геоинформационных систем и их интеграции с цифровыми информационными моделями. Наша компания предоставляет полный комплекс услуг по разработке технологии создания цифрового двойника предприятия с учетом его последующего использования.
За последние годы специалистами ООО «Бюро ЕСГ»[8] выполнены и продолжают выполняться работы по созданию цифровых двойников как на основе лазерного сканирования, так и с использованием проектной, рабочей и исполнительной документации. ООО «Бюро ЕСГ» принимает активное участие при разработке требований заказчиков к цифровым информационным моделям в различных отраслях промышленности[9], в том числе для ПАО «Газпром нефть», а также в разработке методик создания цифровых информационных моделей с применением программного обеспечения разных разработчиков.
ООО «Бюро ЕСГ» принимает участие в пилотных проектах по разработке импортозамещающих систем управления инженерными данными и их интеграции с цифровым двойником предприятия. Группой специалистов ООО «Бюро ЕСГ» по геоинформационным системам реализован ряд проектов по созданию электронного генплана, а также интеграции BIM и 3D-ГИС.
[1] Цифровой двойник (англ. Digital Twin) — цифровая копия физического объекта или процесса, помогающая оптимизировать эффективность бизнеса. Концепция «цифрового двойника» является частью четвертой промышленной революции и призвана помочь предприятиям быстрее обнаруживать физические проблемы, точнее предсказывать их результаты и производить более качественные продукты. Википедия.
[2] https://nopriz.ru/upload/iblock/892/TSifrovizatsiya-stroitelnoy-otrasli-dlya-Strategii.pdf
[3] Информация получена с интернет-ресурса https://hmps-business.ru/portfolio/sistema-monitoringa-upravleniya-i-analitiki-dlya-psn-group.html
[4] Промы́шленный интерне́т веще́й (англ. Industrial Internet of Things, IIoT) — это система объединенных компьютерных сетей и подключенных к ним промышленных (производственных) объектов со встроенными датчиками и программным обеспечением для сбора и обмена данными с возможностью удаленного контроля и управления в автоматизированном режиме, без участия человека. Применение Интернета вещей в промышленности создает новые возможности для развития производства и решает ряд важнейших задач: повышение производительности оборудования, снижение материальных и энергетических затрат, повышение качества, оптимизация и улучшение условий труда сотрудников компании, рост рентабельности производства и конкурентоспособности на мировом рынке. Википедия.
[5] ГОСТ Р 10.0.02-2019/ИСО 16739-1:2018 Система стандартов информационного моделирования зданий и сооружений. Отраслевые базовые классы (IFC) для обмена и управления данными об объектах строительства.
[6] Более полную информацию можно получить на сайте Роснефть (https://www.rosneft.ru/press/news/item/195043/).
[7] «Газпром нефть» защитила патентом собственную систему управления инженерными данными
[8] Более подробно об опыте компании ООО «Бюро ЕСГ» и предоставляемых услугах можно узнать на сайте http://esg.spb.ru
[9] Автор статьи в период работы в СПб ГАУ ЦГЭ (Центр государственной экспертизы Санкт-Петербурга) сформулировала требования к цифровым информационным моделям, представляемым для проведения экспертизы в Санкт-Петербурге (https://www.spbexp.ru/docs/podgotovka-informatsionnykh-modeley-bim/), которые уже успешно применяются и продолжают развиваться.
«Умные» электросчетчики станут обязательными
Переход на обязательное использование интеллектуальных приборов учета электроэнергии усилит конкуренцию между их производителями в борьбе за клиента.
В России продолжается внедрение «умных» приборов учета потребления энергии, воды и газа. Правда, успехами в этой сфере могут похвастаться только отдельные регионы и города, в том числе участники федеральной программы «Умный город». Тем не менее, уже с 1 июля 2020 года, в соответствии с 522-ФЗ, во вводимых в эксплуатацию жилых домах и промышленных объектах необходимо будет устанавливать только интеллектуальные приборы учета электроэнергии. В уже построенных объектах недвижимости такие счетчики нужно будет ставить по мере выхода из строя старых.
«Зашить» в тариф
Установка, замена, допуск в эксплуатацию приборов учета и дополнительного оборудования будут производиться за счет поставщиков и сетевых организаций, к которым подключен потребитель. Понятно, что для компаний это дополнительные траты. Расходы на внедрение интеллектуальных счетчиков будут «вшиты» в тарифы для потребителей, но их жестко зафиксируют инфляционным порогом в совокупном коммунальном платеже.
Как отмечают в «Ленэлектро», принятие закона в таком виде является знаковым событием для всех участников розничного рынка электроэнергии, включая граждан-потребителей, так как существенным образом меняет распределение прав и ответственности за организацию учета электроэнергии.
Специалисты компании также напоминают, что начиная с 1 января 2022 года все счетчики учета электроэнергии на розничном рынке должны будут соответствовать требованиям Правил предоставления доступа к минимальному набору функций интеллектуальных систем учета электрической энергии (мощности), которые в окончательном виде должны быть приняты в этом году. В соответствии с ними, установленные к этой дате приборы учета останутся в эксплуатации, а новые счетчики, не соответствующие этим требованиям, допускаться к работе не будут. Таким образом, простые приборы учета в течение последующих 10–15 лет (межповерочного интервала) будут выведены из эксплуатации.
Согласно проекту Правил, рассказывают в «Ленэлектро», новые счетчики должны быть в обязательном порядке включены в информационную систему сетевой организации или гарантирующего поставщика – и между такими системами должен быть налажен информационный обмен, в том числе с системой ГИС ЖКХ. Сбор данных о потреблении будет проходить в автоматизированном режиме. Поставщики электроэнергии смогут удаленно ограничивать потребителей, имеющих задолженность по оплате, конфигурировать счетчики при изменении расписания тарифных зон или желании абонента перейти на другое тарифное меню. Также поставщики смогут получать сообщения от приборов учета об «аварийных» событиях, которые могут свидетельствовать о вмешательстве в корректность учета. Это существенно снизит вероятность кражи электроэнергии в различных ее формах.
Возможность выбора
Как отмечает руководитель направления развития продаж IoT АО «ЭР-Телеком Холдинг» Владимир Щетинин, главное в «умном» счетчике – радиомодуль. Этот элемент, передающий информацию по сети Интернет, составляет только малую часть от стоимости самого прибора. С коммерческой точки зрения, в многоквартирных домах сейчас эффективнее монтировать оборудование со встроенным радиомодулем, а не подключать по проводам отдельный модем к существующему счетчику. «Если рассматриваем коммерческие объекты, то здесь нет существенного отличия между двумя вариантами установки счетчиков. Если идет плановая модернизация, то выгодно ставить счетчики с интегрированным радиомодулем. Если же ресурс не выработан, то выгодно подключить счетчик через модем, так как промышленные счетчики, как правило, по стоимости высоки – и преждевременная замена будет долго возмещаться», – полагает эксперт.
По мнению специалистов, переход на обязательное использование интеллектуальных приборов учета электроэнергии усилит конкуренцию между производителями счетчиков в борьбе за клиента. Главное при этом, чтобы рынок не монополизировался.
Сегодня, отмечает Владимир Щетинин, почти у каждого производителя оборудования есть как минимум одна модель устройства, где присутствует удаленная передача данных посредством встроенного радиомодуля. При этом такие модели могут использовать разные радиомодули в зависимости от технологии передачи информации.
По словам ведущего эксперта УК «Финам Менеджмент» Дмитрия Баранова, появление новых материалов и технологий, различные меры по поддержке промышленности, а также сокращение оборонного заказа могут способствовать тому, что выпуском такого оборудования займется в стране еще больше компаний. Причем это будут не только российские производители, но и иностранные, что расширит рынок, даст возможность потребителям выбирать счетчики из большего числа моделей, приобрести те, которые им подходят наилучшим образом.
«Если будет государственный заказ, то необходимо его провести так, чтобы там участвовало несколько компаний, чтобы был выбор, и не факт, что победителем нужно объявить лишь одну компанию. Возможно, что государству целесообразнее будет не объявлять общий тендер, а составить перечень тех счетчиков, которые можно приобретать и эксплуатировать в отечественных коммунальных сетях. Понятно, что они должны отвечать всем необходимым требованиям. Но тогда потребители и поставщики получат возможность выбирать то, что им необходимо, что позволит создать полноценный рынок такого оборудования», – делает выводы Дмитрий Баранов.
Не ждать будущего, а внедрять BIM сегодня
Завершилась серия семинаров «BIM-марафон 2019» от компаний АСКОН и Renga Software. В этом году мероприятия прошли в 17 городах России и СНГ. Интерес к теме BIM растет, и об этом говорит явка – за полтора месяца марафона технологий информационного моделирования в нем приняли участие более тысячи специалистов строительной отрасли. Представляем репортаж с семинара в Петербурге.
Информационное моделирование – новая технология для проектировщиков и строителей. И разговор о ней начался с изменений, происходящих в законодательстве и влияющих на отрасль. Максим Нечипоренко, заместитель директора компании Renga Software (совместного предприятия АСКОН и «1С»), открыл мероприятие обзором государственных инициатив в BIM (изменений в законодательстве, новых строительных стандартов и механизмов, которые должны сделать процесс перехода на BIM максимально безболезненным для всех участников рынка). Государство рассматривает BIM как инструмент повышения эффективности бизнес-процессов в строительстве и занимается его активным продвижением. Так, по оценке Минстроя России, внедрение технологий информационного моделирования приводит к сокращению (до 30%) затрат на строительство и эксплуатацию, количества ошибок и погрешностей в проектной документации (до 40%), сроков реализации проекта (до 50%), времени на проверку модели (в 6 раз), сроков координации и согласования (до 90%), сроков строительства (на 10%), времени проектирования (на 20–50%).
Государственные инициативы уже дают ощутимые результаты. Государственная экспертиза переведена в электронный вид. Как правило, это взаимодействие на уровне 2D, на уровне чертежей, но это важный шаг навстречу следующему этапу – взаимодействию участников строительного сообщества на основе информационных моделей. Несмотря на то, что официальных требований по использованию информационных моделей пока не прозвучало, на рынке есть компании-пионеры, вплотную приблизившиеся к переходу на эту технологию.
На семинаре были представлены кейсы компаний, которые осваивают передовые технологии:
* компания «Стройтэкпроект» отказалась от бумаги и ускорила согласование документации с застройщиком за счет внедрения системы управления проектной документацией Pilot-ICE от АСКОН;
* крупнейший застройщик Северо-Запада «Эталон ЛенСпецСМУ» задает новые стандарты работы с подрядчиками по хранению и согласованию документации;
* один из отечественных BIM-лидеров «СПб-Гипрошахт» наладил обмен производственными заданиями между подразделениями и больше не тратит время на переработку проектной документации;
* «ТПС-недвижимость» благодаря использованию системы Pilot-ICE отслеживает актуальность рабочей документации прямо на строительном объекте при помощи смартфона.
Кроме кейсов, гостей семинара познакомили с набором инструментов для реализации технологии информационного моделирования от российских разработчиков. Например, с работой Renga Architecture, Renga Structure и Renga MEP, систем для трехмерного проектирования от компании Renga Software. При этом организаторы обратили внимание участников на то, что неверно понимать под технологией информационного моделирования только использование трехмерной модели, ведь BIM охватывает все этапы жизненного цикла объекта строительства. А использование 3D-CAD – лишь первый уровень зрелости BIM.
Очевидно, одна система не может решить всех задач компании: это всегда был и будет симбиоз различных информационных систем (систем проектирования, сметных и расчетных систем и пр.). В этих условиях задача по созданию среды общих данных стоит очень остро. О том, как решить эту задачу и обеспечить коллективную работу по проекту между специалистами разных дисциплин, рассказала маркетинг-менеджер системы Pilot-ICE Ольга Гришко.
Хотите разобраться в отечественных BIM-инструментах и «примерить» их возможности на себя? Присоединяйтесь к вебинару «BIM-марафон онлайн». Регистрируйтесь на сайте bimday.ru, выбрав вариант «онлайн».