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.
Пятьдесят оттенков серого
Железобетонные изделия (ЖБИ) индустриального изготовления уверенно занимают лидирующие позиции по объемам использования в современном строительстве. Они применяются при любой технологии строительства, по всей высоте объекта – от подвала до чердака. В частности, в сегменте горизонтально-разделительных несущих конструкций большую нишу занимают железобетонные плиты перекрытия заводского производства.
Спектр выпускаемых железобетонных плит перекрытий разнообразен. Они различаются по весу, габаритам, назначению и форме.
Многообразие выбора
В зависимости от выдерживаемых нагрузок плиты могут использоваться в объектах промышленного (заводы, фабрики, складские комплексы) и гражданского (жилые дома, общественные здания) строительства.
При строительстве производственных площадок или инфраструктурных объектов ,где существует необходимость перекрытия больших пролётов, применяются плиты перекрытий толщиной 450 мм и выше. Для жилых помещений вполне достаточно перекрытий толщиной от 150 мм. При этом шаг несущих стен и опор определяется масштабом и назначением объекта.
При индивидуальном строительстве востребованы многопустотные плиты перекрытий, которые легко монтируются и относительно недороги по стоимости. В многоэтажном строительстве пустотные плиты возможно использовать при строительстве домов этажностью до 12 этажей.
Заводская продукция применяется и в том случае, если строительство объекта ведётся зимой, а техническая возможность прогрева бетона на стройплощадке отсутствует, или же если рядом со стройкой нет бетонного узла.
ЖБИ индустриального производства используются застройщиками ведущими строительство по любой технологии.
«Наша компания возводит жилые дома из кирпича, железобетонные перекрытия зачастую мы применяем при строительстве объектов социальной инфраструктуры, – продолжает тему директор по загородному строительству компании «Строительный трест» Аскер Хачемизов. – В частности, железобетонные балки перекрытия использовались нами при строительстве школы для 550 учеников в составе квартала NEWПИТЕР в Ломоносовском районе Ленинградской области».
Качественные характеристики
Поскольку плиты перекрытия берут на себя основную несущую функцию, качественным характеристикам продукции производители и потребители уделяют особое внимание.
Плиты перекрытия многопустотные выпускаются по ГОСТ 9561-91. Подобная технология изготовления обеспечивает отличные звукоизоляционные свойства, длительный срок службы и хорошие прочностные характеристики.
Также, по мнению экспертов, пустотные плиты выгодно отличаются высокими теплоизоляционными показателями. Они идеально гасят механические колебания, которые могут образоваться во время топота или ударов по поверхности.
При выборе ЖБИ необходимо обращать внимание на наличие у производителя высокой репутации, собственной производственной лаборатории и опыта производства.
Факторы рынка
Спрос на ЖБИ в целом определяется множеством факторов, такими как общий спрос на строительные материалы, законодательные изменения, сезонный фактор, общая экономическая ситуация в регионе.
Стоимость продукции также варьируется, поскольку она напрямую зависит от несущих способностей и габаритов изделия, а также непосредственно привязана к ценам расходных материалов, таких как нерудные материалы, цемент, металл. Соответственно, при их колебании изменяется и цена ЖБИ.
Кроме того, существенное влияние на стоимость оказывает кратковременно возникающий дефицит данной продукции на рынке региона.
Мнение: Андрей Ковешников, заместитель коммерческого директора АО «ПО «Баррикада»:
При строительстве зданий высотностью до 12 этажей применение сборных железобетонных перекрытий значительно сокращает сроки строительства за счет поддержания более высокого темпа монтажа, так как отсутствует временной интервал, требуемый для затвердевания бетона. Кроме того, плиты перекрытия индустриального производства проходят многоэтапный контроль качества – от контроля входящих материалов и до контроля готовой продукции. С экономической точки зрения, интересны пустотные плиты перекрытий, за счет меньшей бетоноемкости на 1 кв. м продаваемой площади. Полнотелые плиты перекрытий обеспечивают жесткость каркаса здания и отсутствие стыков в видимых зонах.
НОВОСТИ ПО ТЕМЕ:
Панельная перспектива. «СиБ-центр» выкупил в Металлострое 12 га под производство ЖБИ
Бактерии помогли российским ученым удвоить прочность бетона
Частный случай. Использование газобетона в малоэтажном строительстве
Природная прочность на службе благоустройства
С приходом весны возобновляются работы по благоустройству города. На карте появляются новые адреса, где отслуживший свой век асфальт заменяет тротуарная плитка – более эстетичная, прочная и удобная в эксплуатации.
В крупных городах лидирующие позиции у потребителей занимают фигурные элементы мощения (ФЭМ) из гранита.
Рынок ФЭМ
Стоит отметить, что рынок ФЭМ не подвластен влиянию кризиса. Наоборот, по данным нескольких независимых маркетинговых компаний, ежегодный его прирост составляет порядка 11%.
Работы по благоустройству проводятся в любое время – и достаточно широким кругом заказчиков. Среди активных потребителей продукции – не только государственные заказчики, такие как службы по благоустройству и жилищно-коммунальному хозяйству, но и владельцы садовых участков.
ФЭМ, кроме гранитных, представлены также прессованными плитками, керамогранитом и клинкером.
Поскольку транспортировка ФЭМ на дальние расстояния экономически невыгодна, то производства располагаются локально и обслуживают свой регион. При стабильном спросе Санкт-Петербург, со своими тремя десятками производителей, уверенно удерживает третье место в России по производству фигурных элементов мощения и обеспечивает запросы потребителей в полном объеме.
Задачи благоустройства
Благодаря активности петербуржцев, по их просьбам и предложениям, в этом году появилось много интересных проектов по благоустройству Санкт-Петербурга. Совсем скоро начнутся работы по благоустройству дворовых и общественных территорий, запланированные к реализации в 2019 году. В администрациях и муниципальных образованиях районов обсуждают проекты на 2020 год.
Среди них стоит выделить крупные проекты по мощению улиц, дворовых и придомовых территорий в городской черте и созданию садово-парковых пространств. Например, в 2019 году по заказу Администрации Петроградского района будут проводиться работы по созданию общественного пространства на участке набережной реки Карповки от улицы Чапаева до Первого медицинского университета (Петропавловской улицы) и благоустройству западной части Крестовского острова от станции метро «Новокрестовская» до д. 14, лит. А, по Южной дороге.
Жителям района предложили выбрать объекты для работ по благоустройству на следующем этапе в 2020 году. Итоги голосования будут учтены при корректировке проектной документации.
Прочность и эстетика
Для работ по мощению традиционно из линейки ФЭМ применяют мерную плиту и брусчатку, разной толщины и обработки. При этом выбор материала весьма разнообразен, от простой бетонной и клинкерной плитки до давно проверенных временем гранитных плит и брусчатки.
Никакой другой материал не может сравниться с гранитом по декоративным качествам, художественным характеристикам и долговечности, ведь все эти превосходные свойства даны ему от природы.
Гранитные фигурные элементы мощения прекрасно показывают себя в нашем климате, поскольку практически не впитывают влагу, устойчивы к химическим реагентам, не выделяя при этом никаких вредных испарений, успешно выдерживают нагрузки и могут применяться неоднократно.
«Любое бетонное изделие имеет срок эксплуатации, после которого оно подлежит замене. Гранит не требует частой замены и, более того, может быть вторично использован в этом же или ином проекте, что минимизирует дополнительные вложения, – комментирует руководитель отдела реализации гранитных изделий АО «Ленстройкомплектация» Валерия Адистанова. – При правильно подобранном размере и толщине гранита, а также правильном устройстве «подушки» можно добиться высокого качества мощения, которое простоит многие годы».
Доступная цена и удобная эксплуатация
Прочность гранитных ФЭМ и возможность их многолетнего использования и повторного применения окупают первоначальные затраты, поэтому мнение, что гранит дороже бетонных изделий, верно лишь отчасти.
«Технологии производства бетонных изделий развиваются и требуют затрат на закупку оборудования и качественные составляющие, без которых ни одно бетонное изделие не прослужит гарантийный срок. Необходимо периодическое проведение лабораторных исследований и подтверждение качества продукции соответствующими сертификатами, – продолжает эксперт. – Для создания некоторых фактур требуются натуральные компоненты (гранитная крошка и т. п.) или введение дополнительных операций по склейке, полированию, нанесению лака или краски на верхний слой будущего элемента мощения. Все это увеличивает стоимость конечного изделия. В то же время качество гранита достаточно стабильно для каждого месторождения».
В свою очередь, то, что гранитные изделия устойчивы к ультрафиолетовым лучам, за ними легко ухаживать (достаточно периодически поливать водой), делает ФЭМ из гранита очень удобными в эксплуатации.
«Гранитные изделия отличаются меньшей прихотливостью в использовании и поддержании хорошего внешнего вида, – подтверждает Валерия Адистанова. – Потребуется лишь правильно рассчитать нагрузку в зависимости от места применения и правильно уложить».
Плиты мощения, брусчатка, поребрики из гранита находят повсеместное применение в градостроительстве и обустройстве ландшафта. И во многих случаях цена ФЭМ из гранита не превышает стоимость самого дорогого бетонного аналога.
НОВОСТИ ПО ТЕМЕ:
Отечественный клинкер все более расширяет свою нишу на рынке
Все оттенки клинкера. Российский клинкер доказал, что он не хуже иностранных аналогов