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.
MetroTaifun: сбор, сортировка и транспортировка отходов
Компания МariMatic OY (Финляндия) предлагает одну из самых современных систем сбора, сортировки и транспортировки твердых бытовых отходов – автоматизированную вакуумную систему транспортировки бытовых отходов MetroTaifun.
Система MetroTaifun может использоваться в жилых районах, городских парках, стадионах, торговых, больничных и гостиничных комплексах. Сотни систем Taifun были поставлены компанией MariMatic по всему миру: в торговые центры, аэропорты, профессиональные кухни, на заводы по переработке птицы, мяса, рыбы и овощей.
MetroTaifun уже активно используется в Москве. Она установлена в парке «Зарядье», на стадионе «Динамо», в главном офисе компании «Транснефть» в башне «Эволюция».
Автоматизированная вакуумная система транспортировки отходов MetroTaifun имеет немало преимуществ. По сравнению с другими существующими системами обработки отходов, системы MariMatic OY экономичны: для своей работы они затрачивают лишь одну третью часть общего объема электроэнергии.
Средний срок окупаемости проекта – 6–8 лет. Существенно сокращаются затраты на вывоз мусора и содержание контейнерного оборудования. Кроме того, использование новых технологий сводит к минимуму запахи, шум и распыление мелких частиц, что значительно улучшает экологическую обстановку и создает комфортные условия для отдыха и работы.
Меньше затрат топлива, меньше затрат на неквалифицированную работу, меньше шума для жителей окрестных домов, и пустые, даже в разгар летнего сезона, урны. Очевидно, что кумулятивная общественная польза в конечном итоге даже перевешивает прямой экономический эффект.
Кстати
В городе Ярвенпяя (Финляндия) находится самый большой в Северной Европе современный исследовательский и демонстрационный центр компании MariMatic OY, который всегда открыт для наших клиентов. Подробнее: www.marimatic.com.
НОВОСТИ ПО ТЕМЕ:
В Петербурге построят комплекс сортировки ТКО
Комитет по благоустройству: нельзя допустить неоправданного роста тарифов на вывоз ТКО
Комитет по благоустройству признал, что в Новоселках опасно
Отечественный клинкер все более расширяет свою нишу на рынке
И если на заре возобновления использования клинкерного кирпича в нашей стране он полностью завозился из-за границы, то сегодня российские производители становятся импортерами для Западной Европы.
Материал с историей
Местом рождения того, что сегодня обобщенно именуют клинкером, была Голландия. Именно там в начале XIX века был построен первый завод, выпускавший особо износостойкий керамический камень, получивший широкое распространение при мощении. Он постепенно стал известен и в других европейских странах и начал применяться на все более значимых объектах. Первой крупномасштабной постройкой считается дорога от Амстердама до Харлема.
Затем клинкер стал находить и иное применение – при строительстве и облицовке зданий и сооружений. Образцами такого его использования можно любоваться в исторических европейских городах и по сей день.
В Россию клинкер пришел во второй половине XIX века. До революции он постепенно завоевывал рынок, и число заводов-производителей стабильно росло. Но в советский период, когда вместо качества, красоты и долговечности ценились дешевизна и простота в изготовлении, клинкер начал терять позиции до тех пор, пока в 1960-е годы технология официально не была признана «устаревшей» и последние производства закрылись.
Возвращение значимости факторов эстетики и прочности в строительный процесс породило триумфальное возвращение материала в Россию. Сначала – в виде поставок из-за рубежа «современного, долговечного и высококачественного продукта». Ежегодный рост потребления достигал 30–40%. Доходило до того, что некоторые европейские фабрики работали исключительно на Россию. При этом импортное происхождение делало этот материал сравнительно дорогим.
Но растущий спрос не мог не вызвать предложения. Один из лидеров российской строительной индустрии – «Группа ЛСР» – в 2012 году на Никольском кирпичном заводе (Ленобласть) запустила новую линию по производству клинкера на импортном оборудовании – единственную на Северо-Западе России. Организация отечественного производства качественной продукции сняла вопрос о дороговизне материала (для понимания ситуации: цена качественного европейского клинкера стартует от 2 евро за штуку), и он получил еще более широкое распространение.
Сегодня клинкер востребован и в малоэтажном строительстве, и при возведении элитных объектов, и для благоустройства общественных пространств или мощения дорожек в коттеджных поселках. Его приобретают как крупные застройщики объемными партиями, так и частные лица для своих домов. Продукция компании «ЛСР. Стеновые» завоевала прочные позиции на российском рынке стройматериалов.
Клинкер как он есть
Популярность имеет и обратную сторону. Как это часто бывает с востребованным материалом в любом сегменте, на рынок начинает поступать контрафакт, маскирующийся под качественный продукт. В случае с клинкером это происходит, в частности, и путем намеренного создания терминологической путаницы. Клинкером называют все: и простой лицевой керамический кирпич, и кирпич, по показателям несколько превысивший требования ГОСТа, и «состаренные» кирпичи, и даже плитку «ручной» работы. Та же история бывает и с весьма недешевой импортной продукцией: за клинкер нередко выдают кирпич ручной формовки, да и просто лицевой кирпич зарубежного производства.
Между тем, клинкер – это совершенно конкретный продукт, имеющий специфические технологические особенности при изготовлении и обладающий совершенно четкими характеристиками. Об этом говорит даже словарное определение. В соответствии с ним, «клинкер (от нем. Klinker) – высокопрочный, морозостойкий, экологически чистый продукт, получаемый из специальных сланцевых тугоплавких глин и обжигаемый при высокой температуре».
Таким образом, речь идет о совершенно конкретном продукте – и расширительное толкование, допускающее наименование «клинкером» чуть ли не любой керамической продукции, категорически недопустимо. Хотя бы просто потому, что для его производства необходимо особое оборудование и особое сырье. При производстве не используются никакие пластификаторы и пигменты искусственного происхождения. Для изготовления клинкера нужна линия, обеспечивающая формирование кирпича-сырца при высоком давлении, а также обжиг в особых условиях при больших температурах.
На Северо-Западе России единственным предприятием, обладающим и сырьевой базой, и специальным оборудованием, является Никольский кирпичный завод. Помимо специального высокотехнологичного современного оборудования, компания имеет собственные месторождения глины, благодаря чему качество продукции закладывается на этапе сырья и прослеживается на всех этапах производства. Нужно отметить, что особенностью этих месторождений является высокая стабильность цвета. Это особенно заметно в сравнении с импортной продукцией, которая зачастую имеет сильные цветовые отклонения между разными партиями.
Помимо производственных нюансов, клинкер отличается уникальным набором потребительских характеристик. Для него характерны очень высокая прочность, устойчивость к воздействию высоких и низких температур, воды, жиров и масел, щелочей и кислот, биологических и механических факторов. Срок эксплуатации клинкера может измеряться столетиями.
«Вблизи Никольского кирпичного завода расположено месторождение уникальной кембрийской глины, которая является основной составляющей никольского кирпича. Кембрийская глина имеет в своем составе повышенное содержание окиси железа и обладает очень ценным свойством – тугоплавкостью. Клинкер из такой глины получается максимально прочным. От другого вида кирпича его также отличают повышенная долговечность и устойчивость к внешним воздействиям. Никольский кирпичный завод оснащен оборудованием ведущих международных производителей и сегодня является одним из самых современных кирпичных заводов в России», – расказывает главный технолог компании «ЛСР. Стеновые» Валентина Корепанова.
Недорого, надежно и практично
Клинкерный кирпич подразделяется по своему назначению на тротуарный (используемый для мощения), фасадный (для отделки зданий, придания им эстетичного, «богатого» облика) и рядовой (применяется при строительстве различных конструкций – колонн, ступеней, фундамента, цокольного этажа, а иногда и несущих стен). Интересно сравнить клинкер с другими материалами, используемыми для тех же целей.
Тротуарный клинкер компании «ЛСР. Стеновые» применяется для мощения дорог, тротуаров, парковок и дворовых территорий, садовых дорожек на приусадебных участках и др. Он обладает высокой прочностью, низким водопоглощением и повышенной морозостойкостью. Благодаря этим характеристикам материал отличает повышенная долговечность по сравнению, например, с вибропрессованной бетонной брусчаткой, которую некоторые иногда необоснованно называют «альтернативой клинкеру». Не сопоставима она с клинкером (имеющим довольно широкую палитру – от темно-кирпичного до густо-охряного цвета) и по эстетическим характеристикам.
Более высокие механические и физико-технические характеристики тротуарного клинкера, по сравнению с бетонной брусчаткой, наглядно видны из сравнительной таблицы.
Неудивительно, что многие покупатели, заинтересованные в долговечности результата, сравнив на практике оба материала, безоговорочно отдают предпочтение тротуарному клинкеру.
«На Никольском кирпичном заводе производится продукция в больших объемах и с высокой стабильностью по качеству, что позволяет использовать продукцию на больших объектах. Поскольку клинкерное мощение значительно долговечнее асфальтобетонного покрытия и вибропрессованной брусчатки, его применение оправдано в целях экономии при долговременной эксплуатации. При этом на красный клинкер производства «ЛСР» сейчас действуют специальные условия покупки, что делает его сопоставимым по цене с асфальтом и вибропрессованной брусчаткой», – отмечает коммерческий директор компании «ЛСР. Стеновые» Алексей Онищенко.
Фасадный клинкер от «Группы ЛСР» также обладает высокими характеристиками.
Важнейшим фактором при выборе материала для фасада является его устойчивость к воздействию внешней среды, ведь он берет на себя весь удар внешней среды с ее влажностью, неблагоприятными экологическими воздействиями, перепадами температуры, многократными переходами нулевой отметки термометра и пр.
Сравнимых по цене аналогов клинкеру, с такими же эксплуатационными характеристиками, фактически не существует. Помимо этого, современный клинкер имеет богатую палитру цветов, текстур поверхности и дизайнерских решений лицевой стороны кирпича.
Современные технологии ангобирования и работы с цветом позволяют получать уникальные образцы, не имеющие аналогов. Ангобированный кирпич чаще всего используется для улучшения эксплуатационных свойств внутренней и внешней отделки, а также как элемент декора.
Нигде, кроме…
На рынке недвижимости Москвы, а в последнее время и Петербурга, отмечается тренд на облицовку объектов премиального сегмента клинкером. И чем выше класс объекта, тем более редкий и уникальный клинкер используется при его строительстве.
Яркий пример подобных объектов – флагманский проект бизнес-класса «Группы ЛСР» в Первопрестольной – жилой комплекс «ЗИЛАРТ», неподалеку от Кремля. Для него специалисты компании «ЛСР. Стеновые» разработали специальную коллекцию клинкерного кирпича «Зиларт».
Примечательно, что серия получила высокие оценки европейских архитекторов, что отметила Кристина Никл-Веллер (Christine Nickl-Weller) из «Nickl & Partner Architekten AG» на мероприятии, посвященном архитектурным тенденциям России и Европы. Теперь коллекция «Зиларт» активно производится на заказ для различных клиентов.
«Производственная линия Никольского кирпичного завода, мощностью 25 млн штук условного кирпича, уникальна по своим характеристикам и ассортименту выпускаемой продукции. Высокая производительность линии позволяет выпускать весь спектр форм и типоразмеров клинкерных изделий. Для архитекторов мы организовываем регулярные экскурсии, где они не только могут познакомиться в разнообразием выпускаемой продукции, но и убедиться, что наше производство находится на одном уровне с европейским, а в некоторых аспектах даже превосходит его», – подчеркивает генеральный директор компании «ЛСР. Стеновые» Сергей Маковеев.
Столичные тенденции не могли остаться незамеченными и для региональных покупателей. В прошлом году компания «ЛСР. Стеновые» активно поставляла клинкер более чем в 50 регионов России – и число покупателей продолжает увеличиваться.
Флагманским продуктом в регионах является красный клинкер «Лондон». Его тротуарная версия обрела популярность благодаря своей исторической схожести с европейской мостовой и относительно невысокой стоимости. Фасадная версия пользуется не меньшим спросом за счет стильного вида, который приобретают облицованные ею здания. Также востребованы светлые тона клинкера, например, белый «Неаполь».
Набирают популярность и различные варианты клинкера, выпущенные по технологии «флэш»: при производстве варьируется температурный режим обжига, что придает уникальные оттенки и перепады тона продукции.
Ознакомиться с ассортиментом и приобрести продукцию
«Группы ЛСР» можно онлайн
на сайте и в фирменных
магазинах в Санкт-Петербурге:
пр. Кима, 19;
ул. Репищева, 10;
пр. Народного Ополчения, 10.
+7 (812) 334 87 87
Ежедневно 09:00–20:00.