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.
Doka – в опалубке дока
Современное строительство объектов любого назначения невозможно представить себе без монолитных технологий; их – без современных опалубочных систем, ну а их – без продукции, известной всему миру под брендом Doka.
Конкурентоспособность в современном бизнесе немыслима без постоянного движения вперед. И это прекрасно понимают в австрийском концерне Umdasch GmbH, которому принадлежит эта торговая марка и который постоянно предлагает рынку что-то новое – более выгодное, более надежное, более эффективное.
На базе опыта
В прошлом году концерн отпраздновал свое 150-летие, бренд опалубочных систем Doka – 60-летие, а филиал в России «Дока Рус» – 20-летие. И говорит это прежде всего о том, что за каждой новой разработкой компании стоят десятки лет опыта: исследований, открытий, новых технологий, модернизации и совершенствования продукции. Результатом их становится появление уникального оборудования, учитывающего пожелания и практические нужды строителей.
Желание соответствовать требованиям рынка, стремление улучшать существующие и создавать новые технологичные продукты привели к созданию в 1990 году на базе головного предприятия Doka в Амштеттене научно-исследовательского центра, который насчитывает более 100 сотрудников. Инновационные опалубочные решения и передовые инженерные разработки вывели австрийский концерн в 2004 году на новую высоту – самое высокое здание в мире, «Башня Халифа» в Дубае, было построено с опалубкой Doka.
Следствием такого подхода к бизнесу стали создание 160 филиалов по всему миру и массовый экспорт продукции. Ежегодные объемы производства головного предприятия Doka в Австрии составляют 4 млн кв. м фанеры, 1 млн стоек перекрытия, 10 млн пог. м балок, 180 тыс. панелей рамной опалубки, 250 тыс. рам опорных лесов.
Стеновые системы Doka представлены рамной и балочной опалубкой, круговой и фасадной, опалубкой для колонн и контрфорсами. Компания производит опалубку для перекрытий, подъемно-переставные системы, в том числе самодвижущиеся, опорные леса, а также защитные экраны, подмости и прочие системы безопасности.
К окрашенной или оцинкованной стальной раме прикреплена фанера, которая формирует поверхность бетона. Элементы опалубки, разные по высоте и ширине, легко соединяются между собой при помощи специальных замков, создавая простейшие геометрические формы по длине и высоте. Любая система рамной опалубки имеет элементы пассивной безопасности: консоли для приемки бетона, лестницы доступа, перила.
Для создания сложных по геометрии или архитектурным формам поверхностей стен используется балочно-ригельная стеновая опалубка, которая требует предварительной сборки. Применение этой системы имеет свои преимущества и недостатки, о чем долго могут спорить специалисты. Важно помнить, что специалист способен предложить клиенту ту систему, которая наиболее соответствует правильно сформулированному запросу.
Современные автоматизированные устройства производства и хранения до недавнего времени удовлетворяли потребности в опалубке на пяти обитаемых континентах, в 75 странах мира. Ответом Doka на новые вызовы современности стал проект по запуску нового производства – в России, а также вывод на рынок новой опалубки ReForma Standard plus.
Новый завод
Стремление соответствовать требованиям рынка привело к тому, что впервые за 150-летнюю историю руководство концерна Doka приняло решение об открытии производственного предприятия полного цикла за пределами Австрии. Выбор был не случайным: именно российский рынок сегодня динамично развивается и является одним из самых требовательных к качеству, долговечности и технологичности опалубки.
Новое предприятие откроется летом этого года в особой экономической зоне (ОЭЗ) «Липецк». Завод, который разместится на территории в 6 га, будет оснащен оборудованием, аналогичным оборудованию на производстве Doka в Австрии. На предприятии будут созданы мощности для серийного производства до 70 тыс. кв. м стальной рамной опалубки в год.
Первая серийная партия ReForma Standard plus сойдет с полностью автоматизированного конвейера в середине лета, а официальные продажи стартуют в сентябре 2019 года.
«Общий объем инвестиций в завод опалубки Doka в Липецке уже составил около 9 млн евро, – говорит генеральный директор ООО «Дока Липецк» Андрей Гусев. – На настоящий момент штат сотрудников составляет 28 человек, в будущем планируется расширение до 90 человек. Наша команда проходит обучение в Австрии, у нас организованы тренинги специалистами Doka на местах. Таким образом, за новой опалубкой ReForma Standard plus, которая будет производиться на нашем заводе, стоит многолетний инженерный опыт мирового лидера рынка».
Новая система
После многолетнего всестороннего анализа предложения на рынке, изучения недостатков опалубочных систем других производителей из России и ближнего зарубежья специалисты Doka разработали, практически «с нуля», новую систему рамной опалубки ReForma Standart специально для российского рынка. Более того, они постарались учесть многочисленные пожелания клиентов и использовать при производстве самые лучшие образцы отечественных материалов и импортных комплектующих.
Производство будет организовано полностью по австрийским технологиям и стандартам качества. «ReForma Standard plus – это новый продукт, созданный по оригинальным австрийским технологиям и доработанный с учетом эксплуатации в российских условиях, – рассказывает генеральный директор ООО «Дока Рус» Борис Ухов. – Опалубка имеет ряд преимуществ в методах фиксации, показателях оборачиваемости, особенностях стеновых и угловых элементов. Это позволит нам более активно конкурировать с российскими и международными производителями на локальном рынке и в будущем также расширить экспортные продажи».
Новая стальная рамная опалубка ReForma Standard plus предназначена для возведения железобетонных вертикальных монолитных конструкций – стен, колонн и шахт. В первую очередь, новая опалубка российского производства от Doka ориентирована на сектор жилищного и коммерческого строительства, где важны быстрота и простота сборки, надежность, долговечность и высокая экономическая эффективность.
Мировая «премьера» опалубки ReForma Standard plus состоялась на выставке bauma 2019 в Мюнхене, где Doka представила 32 новинки: новую рамную и балочную опалубку, компоненты, системы безопасности, уникальные цифровые решения для строительных площадок и др.
ReForma Standard plus – это:
Экономическая эффективность:
- Высокая несущая способность до 90 кН/м2 в соответствии с ГОСТ 34329-2017
- Распалубочный угол Doka ReForma SP позволяет легко и безопасно переставлять опалубку шахт
- Быстрое проектирование благодаря программному обеспечению Tipos
- Порошковая окраска защищает от коррозии и обеспечивает легкую очистку рамы
- Совместимость с другими опалубочными системами на российском рынке
Быстрая и простая сборка:
- Быстрый демонтаж благодаря углублению для распалубливания
- Универсальность соединения компонентов – подпорный раскос надежно крепится благодаря универсальной головке, а торцевые отверстия в раме позволяют формировать внешние углы, торцы и колонны
- Сварные эллиптические втулки Doka обеспечивают быструю сборку и необходимый уровень гибкости
- Использование клинового замка позволяет значительно ускорить работу на строительной площадке
Надежность и долговечность:
- Прочная стальная рама обладает повышенной устойчивостью к деформации
- Австрийские стандарты качества в России обеспечены технологиями и знаниями специалистов Doka
Российская презентация опалубки ReForma Standard plus пройдет с 4 по 7 июня на выставке Bauma CTT в Москве, в «Крокус-Экспо» (павильон 14, стенд № 14-640). Для получения бесплатного билета используйте промокод Z130GT5. Зарегистрируйте его на сайте www.bauma-ctt.ru/register.
Перспективы применения металлоконструкций в жилищном строительстве
Новые возможности для развития отраслей металлургии и производства металлоконструкций в связи с изменениями в законодательстве о жилищном строительстве обсудили участники круглого стола «Металлопрокат, трубы и конструкции для строительного комплекса Санкт-Петербурга и Ленинградской области».
Организованное Российским союзом поставщиков металлопроката (РСПМ) совместно с бизнес-клубом «РСПМ Северо-Запад», мероприятие стало площадкой для дискуссии, в которой приняли участие почти 50 руководителей и специалистов предприятий металлургии, металлоторговли, сервисных металлоцентров (СМЦ), производства строительных материалов, а также металлоизделий и конструкций.
На круглом столе был представлен развернутый анализ ситуации на мировом рынке металла и металлоконструкций. Поскольку, как подчеркнул заместитель главного редактора информационно-издательской службы (ИИС) «Металлоснабжение и сбыт» Виктор Тарнавский, все движения на рынке, которые происходят за рубежом, зачастую влияют на динамику цен на российском внутреннем рынке.
В свою очередь, координатор бизнес-клуба «РСПМ Северо-Запад», генеральный директор ООО «Фирма «СЕВЗАПМЕТАЛЛ» Валерий Голенкин проанализировал состояние отечественной экономики с учетом динамики ВВП, инвестиций, объема выполненных работ в строительстве, потребления металлопроката, ввода жилья в РФ, состояния различных отраслей, а также привел данные аналитиков о развилках экономической неопределенности.
На встрече были затронуты такие вопросы, как перспективы применения металлоконструкций в жилищном строительстве (пока, отметил генеральный директор ООО «Пионер-Инвест» Юрий Грудин, это единичные примеры), увеличение доли российской продукции при реализации крупных инвестиционных проектов (к примеру, «Ямал СПГ», модули для которого – преимущественно китайского производства). Говорилось и о качестве проектных решений с применением металлоконструкций, и о нежелании заказчиков (а нередко – генподрядчиков) отказываться от железобетона.
В качестве ответа на экономические вызовы были высказаны идеи о возможностях реформирования и представлены уже реализуемые проекты.
О необходимости синергии в отрасли заявил руководитель направления Дирекции по продажам проектных решений ООО «ТК ЕвразХолдинг» Дмитрий Пухнаревич. Одним из путей достижения цели в «ЕвразХолдинге» видят оперативность поставок, для чего компания создает хабы с «честными складскими остатками металла».
На преимуществах металлоконструкций перед бетоном сделал акцент в своем выступлении представитель АО «Объединенная металлургическая компания» Алексей Зинягин. В частности, он упомянул о высокой несущей способности каркаса, что важно для высотных зданий, при его сравнительно малом весе. Снижение нагрузки на фундамент здания, напомнил он, ведет к дополнительной экономии. Г-н Зинягин отметил также, что колонны из металлоконструкций занимают меньшую площадь – и это дает больший простор в организации пространства.
Со своей стороны, менеджер Дирекции по продажам АО «Северсталь Менеджмент» Сергей Спиваков назвал в числе перспективных целей компании тесное сотрудничество с проектировщиками в разработке новых решений для «стального» строительства, сотрудничество с ассоциациями строителей для продвижения проектов и «стальных» решений, внимание к конечным потребителям.
Наконец, генеральный директор ООО «Металлострой» Игорь Джавадов обратил внимание собравшихся на несовпадение подхода ведущих зарубежных и отечественных металлургических компаний к взаимодействию с производителями металлоконструкций: в отличие от зарубежных партнеров ООО «Металлострой», российские лидеры металлургической отрасли не начинают отгрузку металлопроката без предоплаты, посетовал г-н Джавадов.
Наиболее дискуссионным получилось общение участников круглого стола с Юрием Грудиным, единственным представителем девелоперского сообщества. Говоря о причинах отказа девелоперов от проектов с применением металлоконструкций, Юрий Грудин подчеркнул, что не верит в «бетонное лобби». «Рынок не брал дома, построенные и спроектированные с применением металлоконструкций, по массе причин. Например, из-за сложности соответствия требованиям пожарной безопасности, небольшой вариативности планировок», – сказал он. По его мнению, проектировщики должны доказывать заказчику и генподрядчику, что металлокаркас – это выгоднее, проще и быстрее.