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.
Технологический подъем
Лифтовая производственная отрасль за последние годы претерпела значительные изменения. Игроки рынка все активнее задействуют в своей работе новые технологии, улучшая характеристики подъемного оборудования и повышая сроки его эксплуатации.
Прогресс не стоит на месте. Этот тезис касается и лифтовой отрасли. За последние несколько лет производители подъемных механизмов в России и СНГ модернизировали свои заводы. Лифты стали более надежными, комфортными и безопасными. По своим характеристикам они не уступают западной продукции и соответствуют всем международным стандартам.
Игроки рынка отмечают, что коренное изменение производства отечественного лифтового оборудования произошло в последние 10–15 лет. В частности, как рассказывает директор по сервису и модернизации, заместитель генерального директора компании «МЛМ Нева трейд» Андрей Васильев, за этот период на смену устаревшим двухскоростным лифтам пришли лифты с частотным регулированием основного привода и привода дверей. «Тем самым уменьшилось энергопотребление подъемных механизмов, увеличился комфорт (плавность хода, точность остановки, уменьшение шума). Также началось производство отечественных лифтов без машинного помещения, что позволяет максимально использовать высоту здания», – сообщил специалист.
По словам главного технолога ОАО «Щербинский лифтостроительный завод» Михаила Доронина, в самом процессе производства за последние годы уверенно завоевали свое место под солнцем новые технологии обработки и формообразования плоского листа. Это основной материал, используемый в лифтостроении для создания ограждающих конструкций – как кабины лифта, так и элементов этажного оборудования лифта (дверей шахты). Задействованное оборудование с числовым программным управлением обеспечивает гибкий производственный процесс и позволяет без существенных затрат получать разнообразные детали за один технологический переход. В целом по производству, добавляет специалист, идет рост применения оборудования, обеспечивающего автоматизацию процессов, также начинается изучение возможностей использования аддитивных технологий.
«Одна из главных задач, которую необходимо решать в ближайшем будущем и решение которой позволит увеличить безопасность использования лифтового оборудования, – это объединение в одну технологическую цепочку таких процессов, как производство, монтаж и обслуживание лифтового оборудования», – считает Михаил Доронин.
В ближайшее время, как полагают представители рынка, основные направления развития технологий в лифтовой отрасли будут связаны с энергосбережением. Ожидается, что в многоквартирных домах будут востребованы лифты с рекуперацией (возвращение части энергии для повторного использования). Из-за роста этажности зданий останется актуальной задачей и скорость перемещения кабины лифта. Предполагается, что для максимально быстрого движения подъемника будут использоваться модифицированные электродвигатели и тросы. Кроме того, лифтостроителям важно будет решить и вопросы доступности лифтов для маломобильных групп населения.
Мнение
Андрей Васильев, директор по сервису и модернизации, заместитель генерального директора компании «МЛМ Нева трейд»:
– Здания становятся всё выше, доля пожилых людей в общей численности населения увеличивается, и обеспечение лифтами становится все более значимым фактором жизни. Этот вопрос пока на периферии внимания властей и масс-медиа, а жалко. Соответственно, финансирование отрасли осуществляется по остаточному принципу, недостаточны объемы замены устаревших лифтов, ничтожно малы расценки на техническое обслуживание лифтов.
Движение вверх
В этом году у лифтовиков нашей страны важная дата – 70 лет со дня основания лифтовой отрасли. В середине прошлого века – 1 февраля 1949 года – было подписано Постановление Совета Министров СССР № 433 «Об организации производства лифтов». Эту дату можно считать отправной точкой истории отрасли.
О том, как развивалось лифтостроение в нашей стране, и о важных этапах становления лифтовой отрасли рассказал заместитель генерального директора, директор по сервису и модернизации компании «МЛМ Нева трейд» Андрей Васильев:
– До революции 1917 года лифты в России были редким явлением, и почти все – импортного производства. Отечественное лифтостроение получило развитие после окончания Второй мировой войны, в конце 1940-х годов. Серии пассажирских лифтов для жилых домов и общественных зданий разработали в 1955–1956 годах ВНИИПТМаш (Всесоюзный научно-исследовательский институт подъемно-транспортного машиностроения) совместно с трестом «Союзлифт».
Важным этапом в развитии лифтостроения можно назвать организацию в 1963 году Центрального проектно-конструкторского бюро по лифтам и, как следствие, развитие соответствующей производственной базы в Москве (Щербинский лифтостроительный завод, Карачаровский механический завод) и других городах страны. Бюро разработало новые параметры для пассажирских и грузовых лифтов, всего было представлено 36 моделей в 62 исполнениях. Грузоподъемность пассажирских лифтов составляла до 1000 кг, типовой ряд грузовых лифтов имел грузоподъемность до 5000 кг, а больничный лифт был грузоподъемностью 500 кг. Выпускаемые лифты отличались высокой надежностью и большим запасом ресурса электрической и механической части.
Производство пассажирских лифтов было развернуто на Московском лифтостроительном заводе (сейчас Щербинский лифтостроительный завод), Карачаровском механическом заводе, позднее на Могилёвском лифтостроительном заводе (сейчас ОАО «Могилёвлифтмаш»). Лифты грузоподъемностью 320 кг и 400 кг, скоростью 0,71 м/с – до сих пор во многих городах России, большей частью производства ОАО «Могилёвлифтмаш». Причина этого – как сложившиеся производственные связи, так и оптимальное соотношение «цена – качество» поставляемых лифтов.
В 1970-х годах совместно с процессом урбанизации росли многоэтажная застройка и объем лифтового парка. Типовые девятиэтажки и более высокие здания стали наполнять спальные районы советских городов, и люди уже не могли обойтись без лифтов. При строительстве новых зданий стали применяться прогрессивные методы монтажа, например, тюбинговый метод, то есть монтаж отдельных частей шахты из предварительно изготовленных объемных железобетонных элементов – тюбингов, в которых на домостроительном комбинате устанавливается часть оборудования лифта.
С началом производства лифтов возникла необходимость в создании организаций, отвечающих за монтаж и техническое обслуживание. Одними из первых были созданы «Союзлифтмонтаж», «Мослифт» и др. В 1990-х годах на отечественном рынке появились зарубежные конкуренты, что стимулировало повышение технического уровня отечественных лифтов. Пришли такие крупные мировые игроки, как «Отис», «Коне», «Шиндлер», «Тиссен», и многие другие производители подъемно-транспортного оборудования. Кроме того, распад Советского Союза и закрытие части старых лифтовых заводов стали толчком для открытия новых заводов в других российских городах.
Сегодня в России работают такие предприятия по производству лифтов, как Серпуховский и другие лифтостроительные заводы, всё так же выпускают лифты Щербинский и Карачаровский заводы, в любом торговом центре вы можете увидеть подъемники самых разных производителей. Стандарты лифтовой отрасли стали не только российскими, но и мировыми. Были приняты Технический регламент Таможенного союза и другие международные нормы, и отрасль шагнула далеко вперед. Теперь лифт перестал быть новшеством, он есть почти в каждом современном доме, сегодня это самый востребованный и популярный вид транспорта.