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.
Анна Демидова: «Преимущества аренды строительной техники пока недооценены»
ООО «СтройРент» работает на рынке аренды строительной техники с 1996 года. За прошедшее время накоплен богатый опыт и налажены прочные партнерские связи как с производителями оборудования, так и со строителями. О том, почему многие компании предпочитают аренду покупке собственной техники, «Строительному Еженедельнику» рассказала генеральный директор ООО «СтройРент» Анна Демидова.
– Анна Сергеевна, возглавляемая Вами компания работает на рынке уже давно. Какие строительные организации пользуются ее услугами?
– «СтройРент» предлагает аренду широчайшей линейки средств малой механизации самого разного назначения – начиная с бытовок, лесов и топливных баков и заканчивая фрезеровальными машинами, опрессовщиками, измерительными приборами и опалубочными системами. Парк нашего оборудования позволяет обеспечить строительные, коммунальные, ландшафтные работы практически любого масштаба.
Мы предлагаем свои услуги не только организациям, но и физическим лицам, которым необходимо выполнить домашний ремонт или произвести какие-то работы в загородном доме или на приусадебном участке. Что же касается строительных компаний, назвать их я, к сожалению, не могу, поскольку конфиденциальность предусмотрена пунктом 9 нашей формы договора по сдаче оборудования в аренду.
Позволю себе назвать объекты, при возведении которых была использована наша техника. Мы участвовали практически во всех крупных стройках Санкт-Петербурга последних лет – в том числе это такие знаковые объекты, как общественно-деловой комплекс «Лахта Центр», современный футбольный стадион на Крестовском острове, аэропорт «Пулково», здание Арбитражного суда Санкт-Петербурга и Ленинградской области. Мы активно работаем со многими застройщиками и подрядными компаниями, возводящими жилье и объекты транспортной, социальной, торгово-развлекательной инфраструктуры.
– В чем, на Ваш взгляд, состоят плюсы аренды техники для строителей?
– Преимущества аренды строительной техники в России сильно недооценены. Особенно она актуальна в настоящее время, когда отрасль находится в сложном положении и у застройщиков, как говорится, «каждый рубль на счету».
Аренда позволяет сэкономить весьма существенные средства на пополнении собственного парка техники. Компании не нужно иметь все необходимое для строительства оборудование на постоянной основе, но периодически работы нужно выполнять. Зачем же «выдергивать» из оборота средства, если легко можно взять технику в аренду? Кроме того, неиспользуемую собственную технику необходимо где-то хранить, а это – заметные затраты на складские помещения.
Аренда позволяет строительной компании точнее планировать свою экономическую деятельность, у организации становится меньше налогооблагаемая база. Часто аренда интересна клиентам, которым техника нужна срочно. Речь идет о выполнении ограниченных по времени работ в рамках каких-либо новых проектов, по окончании которых потребность в дополнительном парке оборудования исчезает. Во всех таких ситуациях оптимальный выход – аренда.
– Какое именно оборудование предлагает компания на рынке?
– У нас очень широкий ассортимент техники для решения самых разнообразных задач – сотни наименований. Поэтому перечислять их нет никакого смысла, лучше ознакомиться с каталогом на нашем сайте.
Отмечу лишь, что у нас налажены прочные и долгосрочные партнерские отношения с самыми крупными и уважаемыми зарубежными и отечественными производителями оборудования.
Среди предлагаемого нами оборудования – техника всем известных брендов, таких как Wacker Neuson, HILTI, Dynapac, WAGNER, Bosch, STIHL, BOMAG, KAESER и др. Она известна своим качеством, надежностью, высокой производительностью. На регулярное обновление своего парка техники мы тратим около 25% выручки. Поэтому предлагаемое нами оборудование – не просто технически исправное, но по большей части новое.
– Тренды рынка таковы, что компании предпочитают сегодня получать не единицу оборудования, а услугу. Что в этом смысле может предложить «СтройРент»?
– Такой подход полностью укладывается в нашу философию и практическую работу. Мы предлагаем нашим клиентам полный комплекс услуг, как говорится, «под ключ». Это касается целого перечня вопросов, начиная с консультационной помощи. К нам можно обратиться, рассказать об объеме и сроках предстоящих работ. И наши специалисты предложат оптимальный по количеству, мощности и производительности набор оборудования, который позволит выполнить задачу своевременно и с высоким качеством.
Также клиент получает техническое сопровождение на период всего срока аренды, при необходимости – обучение его сотрудников обращению с техникой, доставку оборудования на место производства работ и вывоз после их окончания. В случае, если та или иная машина вышла из строя, мы берем на себя обязательства либо оперативно осуществить ремонт, либо заменить ее аналогичной по характеристикам. Таким образом, осуществляемая нашей компанией техническая поддержка обеспечивает непрерывный цикл эксплуатации оборудования, что гарантирует выполнение работы в сжатые сроки.
– Вы работаете только в Петербурге?
– Нет, мы динамично развиваемся, в том числе и путем выхода на новые рынки. У «СтройРента» разработана стратегия, которая, в частности, предусматривает и региональную экспансию, как это обычно называют. Уже сегодня мы работаем в Ростове-на-Дону, в Новочеркасске, в Краснодарском крае. В этом году запланирован выход на рынок Крыма, в будущем – Москвы.
Наши услуги востребованы, поэтому мы создаем региональные подразделения компании, которые тиражируют успешный петербургский опыт.
– И нет никаких проблем?
– Так не бывает. Сложности имеются всегда, относиться к этому надо философски и стараться преодолевать их по мере возможности.
Не новая для рынка проблема – демпингующие фирмы-однодневки с минимальным набором оборудования, отсутствием сервиса и непомерными амбициями. Запретить их существование невозможно. У клиентов есть возможность попробовать арендовать технику в разных местах и сделать свои выводы. Могу сказать только одно: наши клиенты всегда возвращаются в «СтройРент».
Первые среди первых
В первое воскресенье апреля свой профессиональный праздник отмечают геологи, в числе которых – специалисты в области инженерно-геологических изысканий (ИГИ) в строительстве
Именно они приходят первыми на место будущих городов, жилых комплексов, автомобильных и железнодорожных трасс, электростанций и космодромов. Выбор грамотного подрядчика по инженерным изысканиям на достаточно насыщенном рынке не всегда прост, но крайне важен при строительстве любого объекта.
Один важный процент
Отчет о результатах инженерно-геологических изысканий, как правило, в общем объеме проектно-сметной документации занимает всего 1%. При этом для его составления используется огромный массив полученной, накопленной и обработанной инженерно-геологической информации.
Данные инженеров-геологов зачастую используются не только для разработки проекта – многим объектам необходимо подобное сопровождение и непосредственно во время проведения строительно-монтажных работ, и на протяжении всего их жизненного цикла.
Залог успеха
Одной из важнейших задач инженерно-геологических изысканий является прогнозирование возможных изменений в сфере взаимодействия проектируемого сооружения с геологической средой, и для успешной реализации проекта заказчикам ИГИ при выборе подрядчика нужно обращать внимание на целый ряд факторов.
«В первую очередь стоит обратить внимание на опыт компании по выполнению изыскательских работ в регионе, – комментирует главный инженер ООО «Изыскатель» Кирилл Черняк. – Знание характерных особенностей геологии региона и опыт взаимодействия со строителями и проектировщиками позволяют не допускать ошибок в описании свойств грунтов».
После выполнения изысканий и разработки проекта сооружения результаты работ проходят экспертизу. На данном этапе ключевым становится умение подрядчика по инженерным изысканиям грамотно защитить результат своей работы в уполномоченном органе.
Локальные особенности
Стабильность рынка изыскательских работ определяется в первую очередь общей стабильностью строительного рынка, но есть ряд факторов, оказывающих влияние на постоянство заказов и стоимость услуг в области ИГИ.
В Санкт-Петербурге сегодня сформировался рынок инженерных изысканий с очень высоким уровнем конкуренции. Наличие в специализированной компании полного комплекса оборудования для выполнения исследований позволяет максимально снизить стоимость работ. Но, как отмечают сами геодезисты, очень часто приходится сталкиваться с откровенно демпинговыми ценами на ИГИ, что говорит о том, что полевые и лабораторные работы выполняются не в полном объеме.
Отметим, что помимо непосредственного выполнения самих изысканий возникает необходимость согласования работ в различных фондах, комитетах, организациях, отвечающих за подземные сети. Поэтому изыскательской организации необходим немалый опыт в оперативном получении всех согласований. В Санкт-Петербурге есть свои нюансы.
При достаточно высоком, с технической стороны, качестве согласования отчетов в Геолого-геодезическом отделе Комитета по градостроительству и архитектуре, сама процедура сильно бюрократизирована. Кроме этого, при выполнении инженерно-геодезических изысканий процесс согласования подземных сетей в эксплуатирующих организациях затянут, требует больших затрат и опять же прохождения многочисленных бюрократических процедур. В решении этих вопросов, по мнению инженеров-геодезистов, отчасти могут помочь саморегулируемые организации.
Вместе с тем главные условия обеспечения качественной работы и количества заказов – это наличие в компании хорошего оборудования, актуального программного обеспечения и светлых умов специалистов, способных использовать все это на благо дела ИГИ.
Мнение
Яков Шестак, начальник отдела геологических изысканий ГК «Строй-Эксперт»:
– Чтобы не ошибиться при выборе исполнителя, осуществляющего такую услугу, заказчик должен ознакомиться с репутацией компании. У исполнителя должны быть опыт работ на объектах повышенного или нормального уровня ответственности (или на участках с определенными инженерно-геологическими условиями), современная техника, собственная автоматизированная грунтовая лаборатория и – команда, ведь высококвалифицированные специалисты здесь особенно нужны. Также заказчик обычно ограничен в сроках, и тут важна география деятельности подрядной организации.
Из основных факторов, оказывающих влияние на стоимость работ на изыскания, я бы выделил объем работ (буровые работы, полевые испытания и исследования и т. п.), район изысканий, период времени года и сроки. Зачастую, чтобы заказчику было легче провести предварительный расчет стоимости работ на инженерно-геологические изыскания, цены привязывают к погонному метру бурения. Такая практика характерна для местных компаний, которые знают геологическую характеристику своего региона или области, и обычно в таких организациях в погонный метр заложены все расходы.
Сложно говорить односложно об особенностях инженерно-геологических изысканий в Санкт-Петербурге и Ленинградской области, потому что это одна «большая особенность»! Тут вам и геологическое строение (толща песчано-глинистых грунтов четвертичного возраста, кристаллический фундамент, погребенные долины), и распространение специфических грунтов (набухающие, органические, элювиальные, техногенные, тиксотропные, газонасыщенные), и инженерно-геологические процессы (затопление, суффозия, склоновые процессы, карст, подтопления морозное пучение, просадка при оттаивании), и гидрогеологические условия (подземные и грунтовые воды, гидродинамические процессы), а также наличие существующей плотной исторической застройки, обусловленной неравномерными осадками, и многое другое.
Сергей Салтыков, генеральный директор компании «ГЛЭСК»:
– Пожалуй, главный индикатор выбора изыскательской организации – ее офис. В среде геологов и геодезистов не принято создавать «головной штаб» в центре города. У всех профессиональных игроков обычно есть только один рабочий офис, в котором сосредоточена вся работа вне экспедиций и складируется инвентарь. Обладатели красивой штаб-квартиры в центре – в 100% случаев являются посредниками между заказчиком и бригадами фрилансеров. Ну, а уж какую бригаду они смогут подобрать в погоне за экономией – дело случая.