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.
Рольставни — функции и сферы применения
Рольставни и рольворота пользуются стабильным спросом у владельцев не только жилых домов, но и магазинов, ресторанов, другой коммерческой недвижимости на первых и последних этажах.
Их установка, помимо очевидной функции – защиты от несанкционированного доступа, способствует решению еще нескольких задач.
Энергоэффективность и звукоизоляция
Установка рольставен снижает уровень воздействия инсоляции и рекомендуется к применению всеми системами экологической сертификации, такими как BREAM, LEED, Green Zoom, как один из способов повышения энергоэффективности различных объектов. Теплоизоляционная функция рольставен снижает затраты на отопление, так как заполненный пенополиуретаном полый профиль (ламель) уменьшает теплопередачу и улучшает звукоизоляцию до 40%.
Пожарная безопасность
Помогают рольставни и в соблюдении требований пожарной безопасности. Напомним, что согласно ст. 40 Правил пожарной безопасности в РФ, «на окнах торговых и прочих рабочих объектов запрещается устанавливать глухие решетки». Роллеты не противоречат данному требованию, поэтому в числе потребителей данного вида продукции значительна доля представителей бизнес-сообщества.
Удобство монтажа и эксплуатации
Простота конструкции дает еще ряд преимуществ в установке и эксплуатации при различном спектре ценовых категорий. Профильным полотном, установленным при помощи направляющих и собранным в октагональный вал в короба, удобно управлять, как механическим, так и электрическим приводами.
Также большим плюсом роллет является возможность их проектирования и монтажа как на этапе возведения здания, так и в эксплуатируемых объектах.
Экономия на эксплуатационных расходах
Поскольку роллеты устойчивы к коррозии и ультрафиолету, они в процессе эксплуатации могут принести собственнику и дополнительную экономию на окрашивании металлических конструкций (тех же самых заборов и решеток).
Особенности выбора
В целом потребители при выборе руководствуются, кроме собственных нужд, ценовой характеристикой продукции, а она, в свою очередь, зависит от нескольких факторов.
Во-первых, от типа монтажа, о котором мы говорили выше: встроенный и накладной.
Во-вторых, от способа управления: с механическим или электрическим приводом.
И, конечно же, от типа профиля: обычный (используемый для стандартных роллетных решеток и ворот), пенозаполненный (или профиль роликовой прокатки) и экструдированный; они также могут быть различных видов и варьироваться по толщине ламеля.
Если говорить о сегментах потребителей роллет, то здесь нужно обратить внимание на виды данной продукции. Собственники коттеджей и объектов ИЖС предпочитают использовать алюминиевые и стальные рольставни и рольворота с ручным управлением: они дешевле и призваны обеспечить покрытие небольших проемов.
Роллеты с электроприводом чаще применяются в помещениях офисных и общественных.
Но и частные лица, и фирмы склонны к установке продукции встроенного типа, так как ей практически невозможно нанести механические повреждения, в отличие от накладных роллет.
Мнение
Вера Дутова, заместитель директора по маркетингу ООО «АЛЮТЕХ»:
– Профили роликовой прокатки, как правило, заполняются пенополиуретаном. Роллеты из них устанавливаются в помещениях, где особенно важны тепло- и звукоизоляция. Возможно изготовление совмещенной системы роллеты с антимоскитной сеткой.
Экструдированные профили отличаются особой прочностью и жесткостью на изгиб. Их применяют в конструкциях с повышенными требованиями к надежности и безопасности. Кроме того, существуют так называемые противовзломные роллеты – из специальных экструдированных профилей, соответствующие уровню взломостойкости Р3–Р5.
НОВОСТИ ПО ТЕМЕ:
В Госдуме предлагают бесплатно выдавать петербуржцам жалюзи на окна
Стремиться ввысь. Инновационные решения, используемые на высотных объектах
Андрей Коротков: «Инновации решают проблему дефицита парковочных мест»
Проблему нехватки парковочных мест в городах помогает решить внедрение инновационных паркингов – быстровозводимых и механизированных. Петербургская компания «Мегаполис 21 век» уже более десяти лет предлагает эффективные решения для создания дополнительных парковочных мест на придомовых территориях, а также прилегающих к бизнес-центрам, торговым и другим комплексам.
Генеральный директор компании Андрей Коротков рассказывает о наиболее удачных парковочных решениях и о том, как они реализуются в России.
– Что входит в перечень услуг, предоставляемых компанией «Мегаполис 21 век»?
– Компания осуществляет проектирование и строительство паркингов (парковок и автостоянок), в том числе быстровозводимых и механизированных, на всей территории России. Помимо этого, осуществляем поставку и монтаж зависимых парковочных подъемников, парковочных модулей как российского производства, так и от мировых производителей: из Германии, Турции, Южной Кореи, Китая. Среди наших заказчиков – застройщики жилых комплексов, собственники объектов недвижимости.
– Особое место в вашей работе занимает продвижение новых эффективных парковочных решений – механизированных и автоматических парковок. Расскажите об этом подробнее.
– Самым дешевым и быстрым способом увеличения парковочных мест в два раза является подъемник зависимого типа, который часто называют «лягушка». Конструкция выдерживает нагрузку до 3 т, можно хранить автомобили высотой до 2 м. Механизмы работают на улице при температуре до –40°С. Парковочные подъемники можно устанавливать не только на крытых стоянках, но и на улице (см. фото 1).
Одно из новых решений парковочных подъемников – это размещение в паркингах с высотой потолков от 2,7 м (см. фото 2). За счет верхней наклонной платформы в паркингах с низкими потолками можно разместить два автомобиля. Многие застройщики для увеличения емкости машино-мест часто применяют такое оборудование.
Более удобным является парковочное оборудование пазлового типа, которое состоит из независимых машино-мест. В отличие от «лягушки» с такой парковки автомобиль можно забрать в любое время, вне зависимости от положения соседних машин. Это достигается за счет того, что верхние платформы движутся вверх-вниз, а нижние платформы перемещаются вправо-влево – в паркинге всегда остается одна свободная ячейка, и выдача автомобиля происходит по принципу «пятнашек».
Наиболее бюджетным типом механизированных паркингов являются роторные, или, как их еще называют, карусельные: машина заезжает на поддон и поднимается без участия человека вверх по кругу, словно в колесе обозрения. Занимая площадь двух машино-мест на земельном участке, ротор позволяет хранить до 12 автомобилей. Благодаря компактности и простоте монтажа роторы можно возводить где угодно, даже в небольших дворах-колодцах (см. фото 3). Наша компания является официальным дилером производителей паркингов роторного типа, из Китая, Южной Кореи, Турции.
Подъемник зависимого типа
– Где уже можно увидеть роторные парковки?
– Мы только начали заниматься развитием данного направления. Можно сказать, стали первыми не только в Петербурге, но и в России, где такие объекты пока единичны.
«Мегаполис 21 век» в кооперации со специалистами из Южной Кореи построил ряд роторных паркингов на территории одной из новостроек в Санкт-Петербурге.
– А можно задействовать такие паркинги в старом фонде?
– Конечно. Тем более что роторные паркинги можно пристраивать к брандмауэрным стенам зданий. Кстати, такие конструкции можно устанавливать и на городских парковках у вокзалов, аэропортов, спортивных сооружений.
Паркинг с высотой потолков от 2,7 м
– А какой паркинг самый вместительный?
– Среди механизированных – это «Шаттл». В нем можно хранить сразу несколько тысяч автомобилей. Размер парковочной ячейки не превышает размер автомобиля, что обеспечивает значительную вместимость объекта. При этом владельцы машин никогда не ждут более 90 с. «Шаттл» – полностью автоматизированный паркинг, работающий без участия человека. Это дает возможность экономить на системах вентиляции, лестницах, отделке.
Если вместительный паркинг нужен в зоне активной застройки, то подойдет «Башня». Такой объект состоит из электрического подъемника, по обе стороны от которого друг над другом располагаются паллеты с машино-местами. Ее легко пристроить к существующему зданию или же возвести как отдельное строение.
– В чем преимущества механизированных паркингов?
– Занимая минимум пространства, механизированная парковка вмещает значительно больше автомобилей, чем традиционная стоянка. Это достигается за счет снижения размера и высоты ячейки, которая лишь незначительно превосходит габариты автомобиля. В результате механизированный паркинг на десять уровней имеет ту же высоту, что и стационарный на семь этажей. Механизированные паркинги идеально подойдут для размещения в ограниченном подземном пространстве зданий. Заказчику не понадобится делать широкие проезды, продумывать пути эвакуации людей, заботиться о системе оповещения и вентиляции, а также строить из монолита несколько уровней. Мы уверены, что благодаря увеличению объемов строительства жилья и росту спроса на парковки у механизированных решений большое будущее.
Роторный паркинг
НОВОСТИ ПО ТЕМЕ:
Стартовали продажи в двух новых паркингах жилого комплекса «Шуваловский»
Механизированные парковки. Миф или реальность?