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.
«Умные» приборы учета: на пути к цифровой трансформации электросети
Компания «Ленэнерго» проводит работу по построению интеллектуальной системы учета электроэнергии.
Учет электроэнергии на новом уровне
ПАО «Ленэнерго» является одной из крупнейших распределительных сетевых компаний страны, осуществляющей передачу электрической энергии по сетям 110–0,4 кВ, а также присоединение потребителей к электрическим сетям на территории Санкт-Петербурга и Ленобласти.
Одним из ключевых направлений работы компании является цифровизация сети. Это вектор развития отрасли, заданный Правительством РФ и последовательно реализуемый всей ГК «Россети», в которую входит «Ленэнерго».
Внедрение новых технологий ведется на разных уровнях электросетевого комплекса. Но одним из базовых элементов построения автоматизированной сети является создание интеллектуальной системы учета электроэнергии. Сейчас перед ГК «Россети» стоит задача создания единых стандартов передачи данных, протоколов, интерфейсов, так как в настоящий момент в стране распространено порядка 300 не совместимых друг с другом систем учета.
Внедрение интеллектуальных систем учета электроэнергии – это необходимость современных реалий, поскольку старые приборы неудобны в использовании и не позволяют оперативно и с необходимой точностью сводить баланс электроэнергии. Это приводит к конфликту между сетевыми и сбытовыми компаниями и потребителем. Оснащение «умными» счетчиками дает возможность снижать коммерческие потери и качественно улучшить наблюдаемость и управляемость электросетевой инфраструктуры, а также обеспечить недискриминационный доступ к информации об энергопотреблении и работе системы.
«Ленэнерго» оснащает интеллектуальными приборами учета собственные электросетевые объекты, а также включает в свою систему совместимые приборы учета смежных субъектов рынка электроэнергии. Сегодня на территории, обслуживаемой компанией, находится около 586 тыс. приборов учета – приборы учета «Ленэнерго» и потребителей, за исключением квартирных счетчиков в многоквартирных жилых домах. Из них 11% соответствуют критериям интеллектуального учета и включены в единую систему учета компании. В Ленобласти доля приборов учета, включенных в интеллектуальную систему, составляет 8%. На территории Петербурга доля таких приборов выше и составляет 17%.
Ближайшие перспективы
До 2020 года «Ленэнерго» планирует установить 27 тыс. интеллектуальных приборов учета: 8,4 тыс. – в Петербурге и 18,6 тыс. – в Ленобласти. Оборудование будет устанавливаться на центрах питания 35–110 кВ и трансформаторных подстанциях 6–20 кВ «Ленэнерго». Затраты по инвестпрограмме «Ленэнерго» составят более 1,8 млрд рублей.
Специалисты подсчитали, что в результате развития системы учета объем снижения потерь электроэнергии в распределительных сетях «Ленэнерго» только за 2018–2020 годы составит около 344 млн кВт/ч.
В целом для построения полноценной интеллектуальной системы учета электроэнергии на электросетевых объектах «Ленэнерго» необходимо установить 45,3 тыс. приборов. Это позволит обеспечить снижение потерь до целевого уровня 7,15% (для сравнения: потери за 2017 год составляли 11,47%).
«Ленэнерго» устанавливает интеллектуальные приборы учета на вводах трансформаторов и на всех отходящих линиях трансформаторных подстанций. Также выносные приборы учета устанавливаются для потребителей частного жилого сектора. При питании от воздушной линии на опорах линий электропередачи устанавливаются split-счетчики с предоставлением потребителю модуля отображения показаний. Они интегрируются в единую систему учета «Ленэнерго».
В рамках создания интеллектуальной системы учета «Ленэнерго» обеспечивает выполнение сразу нескольких задач:
– формирование балансов электроэнергии на участках сети для локализации очагов потерь;
– перевод приборов учета, установленных на границе с потребителями, в расчетный учет;
– интеграция приборов учета в цифровую сеть для выполнения задач повышения наблюдаемости;
– недискриминационный доступ к данным о потреблении электроэнергии всем участникам рынка, в том числе через универсальный «личный кабинет».
Проблемы и пути решения
При внедрении интеллектуальной системы учета электроэнергии компания столкнулась с рядом проблем. Одной из них оказалась сложная процедура допуска интеллектуального прибора учета в эксплуатацию в качестве расчетного. В частности, потребители иногда отказываются участвовать в процедуре допуска, есть определенные сложности при переходе сбытовых компаний на расчеты по установленному сетевой организацией прибору.
Кроме того, специалисты отмечают отсутствие полной совместимости приборов учета различных производителей, а также определенные слабые места в части информационной безопасности.
Решение данных проблем «Ленэнерго» видит в изменении действующего законодательства РФ в части упрощения процедуры допуска приборов в эксплуатацию. В частности, специалисты предлагают установить возможность принимать в расчеты интеллектуальные приборы учета, установленные электросетевой организацией, в уведомительном порядке.
Что касается совместимости счетчиков, то ее можно достичь путем разработки обязательных для применения заводами-изготовителями нормативно-технических требований к интеллектуальным приборам учета в части взаимной совместимости и вопросов информационной безопасности.
Основа цифрового района
Как уже отмечалось, интеллектуальная система учета электроэнергии является базой для перехода на «цифру». Одной из пилотных площадок ее создания в ПАО «Ленэнерго» является проект цифрового района электрических сетей (РЭС) на базе Северного РЭС филиала ПАО «Ленэнерго» «Кабельная сеть» на территории Петербурга. Данный проект включает в себя мероприятия по полному оснащению интеллектуальными приборами учета электроэнергии всех объектов Северного РЭС: на 88 распределительных подстанций и 966 трансформаторных подстанций планируется установить 9224 прибора.
В результате реализации проекта специалисты «Ленэнерго» планируют достичь следующих целевых показателей:
– уменьшение потерь электроэнергии – на 7,45% (к 2022 году, с дальнейшим снижением до 7,15%);
– автоматический учет потребления электроэнергии – 95%;
– 100% автоматическое выявление небаланса электроэнергии, неучтенного потребления;
– 100% автоматическое выявление зон с ненормативным качеством электроэнергии.
Актуально
Борьба с энерговоровством
Установка интеллектуальных приборов учета и создание цифровой сети в целом позволят выйти на новый уровень борьбы с хищением электроэнергии, которое сегодня является довольно распространенной проблемой распределительных компаний.
«Ленэнерго» продолжает активную работу в этой сфере. За январь–ноябрь 2018 года специалисты компании оформили в общей сложности 7035 актов по безучетному и бездоговорному потреблению. Сумма незаконно потребленной электроэнергии составила 532,6 млн рублей.
Так, с начала года энергетиками было выявлено 739 случаев безучетного потребления электроэнергии. Его объем составил 17 074 тыс. кВт/ч, что в денежном эквиваленте достигает 56,9 млн рублей. Также пресечено 6296 случаев бездоговорного потребления. Объем электроэнергии, потребленной при самовольном подключении к электросетям, составил 76 591 тыс. кВт/ч, стоимость – 475,7 млн рублей.
Объем неучтенного потребления электроэнергии, в соответствии с действующим законодательством РФ, определяется исходя из максимально возможного потребления по таким обнаруженным подключениям. Сумма нанесенного ущерба взыскивается «Ленэнерго» с владельцев объектов.
Позиция компании по вопросу неучтенного потребления однозначна. Это потери электроэнергии, которые в конечном счете «ложатся на плечи» всех участников рынка. Потребление электроэнергии без соответствующих договоров – неконтролируемая нагрузка на сеть, которая становится причиной существенного снижения надежности электроснабжения потребителей. Кроме того, самовольное присоединение в большинстве случаев выполняется с грубейшими нарушениями техники безопасности и с риском для здоровья и жизни.
Александр Васильев: «Контроль качества работ становится приоритетом»
ООО «Испытания. Диагностика. Контроль» осуществляет работы по контролю качества в сфере строительства, реконструкции и ремонта автомобильных дорог, мостов, путепроводов и других сооружений. В канун Нового года генеральный директор Александр Васильев рассказал «Строительному Еженедельнику» об итогах деятельности компании в уходящем году и планах на год будущий.
– Александр Владимирович, какие задачи Вы ставили перед компанией на этот год и удалось ли их выполнить?
– В целом, по моей оценке, год для нас был вполне успешным. Одна из важнейших задач, которые нужно было решить компании, – это сертификация на соответствие ряду ГОСТов. Мы оказываем услуги в сфере контроля качества строительства в самых разных сферах. В настоящее время главное, чего заказчик (в том числе государственный) хочет – это добросовестное выполнение заказа. Соответственно, контроль качества работ становится одним из приоритетов.
При этом заказчики хотят, чтобы эти услуги выполняли компании, которые, в свою очередь, гарантированно имеют соответствующие компетенции, что подтверждается сертификатами. Такие требования часто указываются в конкурсных условиях при проведении тендеров. Таким образом, получение нашей компанией сертификатов в уполномоченных структурах позволит нам принять участие в интересных конкурсах и расширить круг заказчиков.
За этот год ООО «Испытания. Диагностика. Контроль» подтвердило свое соответствие ГОСТ Р ИСО 9001-2015 (национальный стандарт РФ системы менеджмента качества), ГОСТ Р ИСО 14001-2007 (национальный стандарт системы экологического менеджмента), ГОСТ 54934-2012 (национальный стандарт системы менеджмента безопасности труда и охраны здоровья). Также мы прошли аттестацию по Стандарту СТО ААЛСЗ 66.1.08/Д-2018 «Оценка опыта и деловой репутации лиц, осуществляющих инженерные изыскания для строительства, реконструкции, капитального ремонта, ремонта и содержания автомобильных дорог».
Наша испытательная лаборатория (кстати, богато оснащенная самым современным оборудованием, позволяющим достоверно определить качество выполненных подрядчиком работ и используемых при их проведении материалов) была аккредитована на соответствие требованиям ГОСТ ИСО/МЭК 17025-2009 «Общие требования к компетентности испытательных и калибровочных лабораторий». Это гарантирует наши компетенции при контроле качества работ с подавляющим большинством стройматериалов: от растворов, бетона, железобетонных конструкций до песка, щебня и асфальтобетонных смесей.
– На каких интересных объектах компания выполняла работы в этом году?
– Специалисты нашей компании имеют большой опыт работ по контролю качества строительства в различных сферах, предотвращению разного рода нарушений и обеспечению полного соответствия строительной продукции требованиям нормативных документов и проектной документации. Суммарно в уходящем году ООО «Испытания. Диагностика. Контроль» выполнило контрактов более чем на 22 млн рублей. Причем работы осуществлялись и в разных областях строительства, и по различным объектам.
Кроме того, достаточно широка и география нашей деятельности. Это и Санкт-Петербург, и Новгородская, Тверская области, Крым. В частности, мы оказывали услуги испытательной лаборатории для нужд Керченского филиала ФГУП «УВО Минтранса России» при строительстве подходов и возведении эксплуатационных зданий знаменитого Крымского моста. Кроме того, уже второй год мы оказываем услуги по контролю строительства этого моста по заказу ЗАО «Ленстрой».
– Какие задачи Вы ставите перед компанией на будущий год?
– Теперь, когда мы документально подтвердили свои компетенции по многим направлениям деятельности, а также аккредитовали испытательную лабораторию, главной нашей задачей является дальнейшее расширение нашей деятельности. Это и увеличение числа заключенных контрактов, и поиск новых заказчиков (включая активное участие в тендерах), и выход в новые для нас регионы. Как заметно из уже имеющейся географии заказов, мы достаточно мобильны, а накопленный опыт позволят браться за контроль качества на самых крупных и ответственных объектах.
– Наша газета выйдет в канун Нового года. Чего бы Вы хотели пожелать коллегам?
– От всей души поздравляю всех с Новым годом! Хочется всем пожелать, чтобы в наступающем году с нами произошло то самое чудо, о котором мы все так мечтаем. Хоть у каждого оно свое, но оно обязательно самое необходимое и самое важное. Желаю, чтобы все мы были здоровы, достигали новых вершин и самореализовывались, занимались тем, что приносит нам радость, за что мы испытываем гордость.