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.
Игорь Коваль: «Добавки повышают качество бетона и экономят деньги»
Бетон – один из самых популярных строительных материалов современности и с большой долей вероятности таковым он будет еще много лет. Именно поэтому вопрос улучшения его свойств крайне актуален. Руководитель научно-технического центра ООО «Полипласт Северо-Запад» Игорь Коваль рассказал, как добавки в бетон помогают экономить средства и продлевают жизнь построенным объектам.
– Какие добавки в бетон существуют на рынке?
– Их можно поделить на три группы. Первая и самая популярная группа – это пластификаторы. Их главная задача – снизить количество воды, что повышает прочность бетона, делает его тягучим, значительно облегчая работу. Также они помогают экономить цемент, а значит, и деньги.
Пластификаторы существуют уже более ста лет, и, естественно, все это время они совершенствовались. В начале ХХ века использовались лигносульфонаты (ЛСТ), которые снижали объем воды на 5–10%. В 50–60-е годы появились нафталинсульфонаты, которые могли убрать уже 15–20% воды. В начале 90-х появились гиперпластификаторы – поликарбоксилаты, которые могут сократить объем воды на 30–40%.
Существуют и смешанные типы, так как это позволяет сэкономить. Пластификаторы первого поколения в 10 раз дешевле гиперпластификаторов, поэтому во время кризиса спрос на их смеси значительно возрастает.
Вторая категория – это антиморозные добавки, которые, в свою очередь, делятся на солевые и безсолевые. Все они предотвращают преждевременное застывание бетона при низких температурах.
Третья категория – это специализированные добавки, которые решают конкретные задачи, например, предотвращают появление трещин или повышают водонепроницаемость. Это дорогие добавки, и цена бетона может вырасти на 50%, поэтому их используют только в особых случаях, например, при строительстве мостов.
– Если есть гиперпластификаторы, то зачем до сих пор производят ЛСТ?
– Построить качественный объект можно с любыми пластификаторами, все зависит от рук мастера, но с гиперпластификаторами гораздо проще работать. Например, раньше для уплотнения бетона требовались дорогостоящие вибростолы, с современными же добавками этого не нужно.
Очень важно плечо доставки. Поликарбоксилаты гарантируют, что свойства бетона не изменятся даже через 2–3 часа езды. Однако если бетон будет использоваться сразу, то и ЛСТ подойдет. Добавку нужно выбирать, исходя из задач. Для строительства сложных объектов, например, «Лахта Центра» или стадиона «Зенит-Арена», как правило, используются гиперпластификаторы. Для жилищного строительства подойдут и нафталинсульфонаты.
– Какие добавки пользуются наибольшим спросом?
– Все зависит от экономики. В кризисные времена максимальный спрос приходится на дешевые смеси. Если с деньгами все в порядке, то просыпается интерес к современным добавкам. Сейчас в Петербурге наблюдается именно эта тенденция. Большинство застройщиков понимает, что экономить на качестве бетона нельзя, особенно сейчас, когда рынок меняется, а от скорости возведения объекта во многом зависит финансовое благополучие компании.
Медленно, но все же растет интерес к дорогостоящим специализированным добавкам. Меня как технолога это не может не радовать, они гораздо лучше любых универсальных продуктов решают конкретные задачи. Часто приходится видеть разваливающиеся объекты, хотя бетон был произведен и залит по ГОСТу. А предотвратить все это могла бы конкретная добавка.
Уверен, что рынок добавок будет развиваться в сторону специализации. Универсальный продукт производить сложнее, да и одинаково хорошо решать все задачи он не будет.
– Добавки в бетон – это исключительно продукт b2b-рынка?
– Нет. Многие граждане время от времени работают с бетоном: заливают фундамент под баню, делают какие-то отливки, пороги. С использованием пластификаторов можно будет сэкономить на цементе. В ряде случаев будут полезны гидрофобные и антиморозные добавки. Проблема в том, что добавки в бетон никто не популяризирует, поэтому не многие граждане знают об их преимуществах.
Перед нами задача не просто продать добавку, а научить клиентов ею пользоваться. Причем не важно, кто именно этот клиент: компания или физическое лицо.
Добавки в бетон: универсально и дешево
Наиболее популярными у строителей остаются дешевые универсальные добавки в бетон. Спрос на новые специализированные добавки тормозит их высокая стоимость.
Добавки в бетон достаточно разнообразны по своим характеристикам и применению. В настоящее время наиболее востребованными из них остаются пластификаторы. Они тоже имеют несколько разновидностей, но предпочтение чаще всего строители отдают более универсальным, но и дешевым.
По словам руководителя направления «Добавки в бетон» корпорации ТЕХНОНИКОЛЬ Катарины Путковой, в розничном сегменте чаще всего встречаются простые пластификаторы на основе лигносульфонатов (ЛСТ) или миксы с PNS (полиметилен-нафталинсульфонаты). В производстве товарного бетона на бетоносмесительных установках (БСУ) или в производстве ЖБИ все чаще технологи отдают предпочтение миксам таких пластифицирующих основ, как ЛСТ и PCE (поликарбоксилаты), миксам из различных PCE-эфиров. Специальные задачи решают с помощью эффективных замедлителей и воздухововлекающих добавок на основе ПАВ (синтетических или органических).
Генеральный директор «КБК Проект» Василий Костин отмечает, что пластификаторы, замедлители и т. д. высоко ценятся крупными строителями, поскольку позволяют экономить и рабочее время, и материалы. «Сейчас растет интерес к комплексным добавкам, так как они избавляют от необходимости подбирать элементы и, кроме того, изучать их на предмет взаимной совместимости. Сейчас на рынке появляется все больше комплексных добавок на базе суперпластификаторов, а также сложных добавок из множества компонентов», – добавляет он.
По мнению руководителя научно-технического центра ООО «Полипласт Северо-Запад» Игоря Коваля, сегмент специализированных добавок будет развиваться. «Сейчас их основная проблема в том, что они дорогие, поэтому их мало кто использует. Однако они эффективно решают локальные задачи, с которыми универсальные добавки не справляются. Например, раньше были популярны многофункциональные машины, выполняющие функции принтера, сканера. В итоге люди получали плохой принтер и плохой сканер. Стало ясно, что лучше приобретать отдельные самостоятельные устройства. С добавками в бетон – аналогичная история», – подчеркнул он.
Руководитель направления «Добавки в бетон» по СЗФО строительного подразделения Master Builders Solutions концерна BASF Дмитрий Рыжов считает, что в настоящее время бетонный рынок все больше стремится сэкономить на применяемых добавках в ущерб качеству. «Поэтому востребованы любые дешевые решения, даже если они приводят к большему расходу цемента. К сожалению, эту тенденцию формируют строительные компании, которые диктуют моду на дешевый бетон. Этому способствует и ситуация на рынке в крупных городах. Тем не менее, остаются еще компании, которые ищут решения через инновационные разработки. Если мы говорим о заводах товарного бетона, то в этом случае большую роль играет цена, а на втором месте стоит универсальность применяемых материалов. Если же мы говорим о массовом сегменте, то здесь в первую очередь значима именно универсальность», – резюмирует эксперт.
Мнение
Катарина Путкова, руководитель направления «Добавки в бетон» корпорации ТЕХНОНИКОЛЬ:
– Рынок, безусловно, тяготеет к более универсальным продуктам, но разработка добавок под специальные задачи будет всегда актуальна для производителей строительной химии. В пик строительного сезона производители бетона должны держать руку на пульсе из-за нестабильности цемента, инертных материалов (песка и щебня), несоблюдения на строительных объектах элементарных строительных норм, регламентируемых СНиП и ГОСТ. Основное требование к производителям добавок (помимо цены и условий поставок) – стабильность качества и универсальность пластификаторов к изменениям инертных материалов и активности цемента.