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.
Неподъемная проблема. Для ускорения замены лифтов нужны деньги
Ускорить замену лифтов в Петербурге, считают эксперты, можно только при выделении дополнительных финансовых средств.
В Петербурге на площадке Центра импортозамещения и локализации в «Ленэкспо» прошла VI Межрегиональная лифтовая конференция «Актуальные вопросы лифтового хозяйства: капитальный ремонт, монтаж, эксплуатация, контроль». Она собрала представителей бизнеса, органов власти и надзорных ведомств.
Открыл конференцию региональный представитель Национального Лифтового Союза по СЗФО, генеральный директор ООО «МЛМ Нева трейд» Игорь Янукович. Он отметил, что в настоящее время в стране эксплуатируется около 440 тыс. лифтов. Однако около четверти из них требуют замены и модернизации. Схожий расклад и в Петербурге. В нашем городе в работе находятся приблизительно 44 тыс. лифтов. Из них 11 тыс. подъемных механизмов нуждаются в замене. При этом текущий ежегодный объем работ недостаточен для полного решения проблемы.
По мнению эксперта, решит задачу недоремонта лифтов в Петербурге увеличение финансирования. «Если представить, что бюджет фонда – это А плюс Б, где А – взносы граждан, а Б – субсидии от города, то надо либо увеличить долю слагаемых, либо ввести еще одну составляющую. Это может быть федеральное финансирование. Можно попробовать решить проблему самостоятельно, например, рассмотреть вопрос о перераспределении средств между учреждениями города. Мы слышим, что те или иные комитеты недоосваивают свои программы. Может, часть этих средств перераспределить в рамках капитального ремонта?» – сказал Игорь Янукович.
Начальник отдела формирования адресных программ по капремонту НО «Фонд – региональный оператор капитального ремонта общего имущества многоквартирных домов Санкт-Петербурга» Юрий Кукушкин сообщил, что в 2019 году городская программа капремонта сформирована в объеме 9,5 млрд рублей. Почти треть всех денег, а именно 2,5 млрд рублей, будет задействовано на ремонт и замену 875 лифтов в 268 многоквартирных домах. «Это самая большая часть средств из общей суммы выделяемых на капремонт. Однако их недостаточно, чтобы покрыть недоремонт лифтового оборудования, который имеется сейчас в Петербурге», – признается чиновник.
По словам Юрия Кукушкина, для частичного разрешения ситуации в 2019 году Фонд намерен вновь задействовать программу ускоренной замены лифтов с привлечением средств из внебюджетных источников. В ее рамках предлагается заменить около 200 лифтов.
Главный специалист отдела контроля качества производства работ НО «Фонд капитального ремонта Ленобласти» Михаил Емелин заострил внимание собравшихся на проблеме работы заказчиков с подрядчиками. В частности, он рассказал о причинах срыва работ по замене лифтового оборудования в Сосновом Бору в этом году. В настоящее время новые лифты не смонтированы подмосковной подрядной организацией и ржавеют у подъездов жилых домов. Представители лифтового сообщества, присутствующие на конференции, порекомендовали областным чиновникам заключать договоры на проведение работ по установке лифтов с известными организациями, которые работают в области или в Петербурге.
Директор департамента сервиса АДС СО «Лифтсервис» Алексей Зоточкин рассказал о текущей нормотворческой деятельности Национального Лифтового Союза. В частности, он отметил, что в настоящее время в разработке находятся российские и межгосударственные ГОСТы по замене, эксплуатации лифтов, а также по обеспечению их доступности для инвалидов и других маломобильных групп граждан и т. д.
Мнение
Андрей Васильев, заместитель генерального директора, директор по сервису и модернизации ООО «МЛМ Нева трейд»:
– Очень важно, чтобы лифты были удобны и безопасны для всех категорий граждан – в том числе и для инвалидов. В настоящее время наша компания начинает тестировать решения, направленные на помощь глухонемым людям, которые могут застрять в лифте. С помощью приложения, установленного на телефон или планшет, они могут связаться со службой сурдопереводчиков ООО «Система Забота», а те, в свою очередь, – оперативно передавать информацию в диспетчерскую службу.
Умная экономия. Производители выводят на рынок счетчики с дистанционной передачей данных
Производители приборов учета электроэнергии выводят на рынок счетчики с дистанционной передачей данных. В ближайшей перспективе они могут стать обязательными для использования всеми потребителями.
В Госдуме РФ готовится второе чтение законопроекта о развитии систем учета электрической энергии. В соответствии с ним, в стране будут внедряться интеллектуальные системы учета электроэнергии с дистанционной передачей данных. В частности, предполагается, что с 2021 года они будут обязательными для установки во всех новых жилых домах и при плановой замене счетчиков во всех объектах.
Власти Санкт-Петербурга поддерживают федеральную инициативу о внедрении в энергетику новых технологий и инноваций. Вице-губернатор города Игорь Албин на одном из последних межведомственных совещаний сообщил, что доля энергозатрат в региональной экономике по-прежнему очень высока. Необходимо рачительное и бережное распоряжение ресурсами, построение умной энергетики и как итог – умной экономики, подчеркнул он.
Отметим, что в настоящее время интеллектуальные системы учета электроэнергии уже выпускаются российскими производителями. В том числе и такими петербургскими компаниями, как АО «Ленэлектро», ООО «Тайпит-ИП». С ними, хотя пока не очень активно, сотрудничают и сбытовые компании. При этом поставщики электроэнергии признают, что спрос на счетчики с дистанционной передачей данных растет как у бизнес-структур, так и у физических лиц.
По словам специалистов, особенность «умных» счетчиков – во встроенном радиомодуле. Он позволяет автоматически передавать сведения о текущем объеме потребляемой электроэнергии на сервер энергосбытовой организации. Потребители могут следить за объемом потребляемого электричества через мобильное приложение, устанавливаемое на смартфон или планшет. Задействованные технологии помогают анализировать расход электроэнергии с точностью до месяца, дня, часа и избавляют от необходимости физического снятия показаний счетчика. Все данные уже у компании – поставщика электричества.
АО «Ленэлектро» (ставшее поставщиком «Петроэлектросбыта») одним из первых в стране начало выпускать «умные» счетчики. Генеральный директор компании Андрей Шулешко отмечает, что спрос на данные приборы учета электроэнергии в настоящее время растет. «В частности, сейчас они стали популярными в садоводческих товариществах и коттеджных поселках. Такие счетчики помогают экономить электричество, удаленно контролировать расход и предупреждать его возможное воровство. В настоящее время только в садоводствах Ленобласти установлено более 30 тыс. таких приборов», – сообщил он.
Тем не менее, по мнению Андрея Шулешко, масштабное внедрение и использование счетчиков с дистанционной передачей данных потребует серьезных затрат на обслуживание серверов хранения данных и каналов связи. Важно, чтобы затраты не ложились на плечи населения. Расходы в разумных пределах должны взять на себя эксплуатирующие организации. «Кроме того, предварительно следует решить вопросы унификации этих приборов и технологии передачи данных. Последним уже занимаются «Россети». При этом не должно происходить монополизации рынка, – считает он. – Важно, чтобы счетчик любого производителя мог без проблем работать в системе. Наиболее всего для этого подходит технология IoT».
В настоящее время IoT-сервисы («Интернет вещей») продвигаемы большинством телекоммуникационных игроков. По словам директора по работе с бизнес-рынком МТС в Петербурге Елены Абрамовой, для широкого распространения проектов, в том числе «умных» электросчетчиков, необходима энергоэффективная сеть дальнего радиуса действия, которая обеспечит сбор данных с интеллектуального оборудования. «Сфера ЖКХ – один из драйверов применения технологий «Интернета вещей». На нее уже сейчас приходится порядка 15% всех проектов МТС в области IoT в Петербурге, и ежегодно их количество растет более чем на четверть», – добавила специалист.