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.
«Статус-Грунт» — инновации на практике
Компания «Статус-Грунт» — лидер по применению технологий укрепления грунта и холодной регенерации и поставок специализированных добавок.
ООО «Статус-Грунт» существует с 2014 года и зарекомендовало себя как опытный и надежный партнер при строительстве и ремонте дорог, площадок и полов с использованием технологий укрепления грунтов и холодной регенерации дорожной «одежды».
Наличие собственной специализированной дорожной техники, обученного, высокопрофессионального персонала, своей лаборатории позволяет нашей компании реализовывать проекты различной сложности.
Среди наших работ большое количество дорог, отремонтированных по технологии холодного ресайклинга, построенных по технологии стабилизации грунтов дорог и площадок на крайне тяжелых грунтах. Выполняемые нашими специалистами работы порой связаны с поиском нетривиальных решений и использованием нестандартных решений. Все это лишний раз доказывает, что выполнение работ с использованием вышеупомянутых технологий — сложный процесс, требующий специфического опыта. И этот опыт у нас есть. На сегодняшний день портфель выполненных заказов включает в себя объекты общей площадью почти 3 миллиона квадратных метров в различных регионах России.
При этом наша компания является разработчиком и производителем комплексных вяжущих материалов и добавок. Наши специалисты, учитывая многие недостатки представленных на рынке добавок, используя практический опыт компании, научную основу и лабораторные мощности, создают и подтверждают максимально оптимизированные и универсальные продукты.
Развитие химической промышленности и нанотехнологий, появление новых материалов дают возможность разработки нового варианта специализированной добавки для технологий — стабилизирующего агента «Статус-5» (наноструктурированный стабилизатор). В его составе используются полимерные нанокомпозиты как один из основных компонентов будущей добавки. Подбор и оптимизация нового состава модификатора позволяют улучшить качественные характеристики смесей после их уплотнения и сократить расход вяжущих материалов. Также использование композитных наноматериалов может понизить последующую коррозию дорожного основания. Предусматривается его использование и при усилении систем, состоящих из грунтов и отходов промышленных производств (шлаки, зола-унос ТЭЦ и пр.), а также минеральных смесей, включающих измельченный слой покрытия (асфальтобетонный гранулят) с природными и/или техногенными грунтами.
Сегодня специалисты нашей компании активно взаимодействуют с представителями академической науки. Ведется постоянная совместная работа по разработкам новых материалов, и усовершенствованию технологических процессов на объектах. Все это призвано существенно улучшить качество получаемого результата работы, сократить сроки строительных и ремонтных работ, а также запуска движения по окончании этих работ, повышать влаго- и морозостойкость основания дорог, увеличивать в разы межремонтные сроки, устранять ограничения в выборе материала строительства дорог и площадок и многое другое.
Светлана Турутова: Период закрытых границ и неритмичных поставок прошел безболезненно
О расширении производственных, лабораторных и учебных мощностей, а также о новой продукции и новых партнерах ООО «Полипласт Северо-Запад» «Строительному Еженедельнику» рассказала директор по сбыту и маркетингу Светлана Турутова.
— Светлана Риммовна, как бы вы оценили итоги уходящего 2020 года для компании?
— Произошел определенный спад на мировом рынке из-за ситуации с пандемией. Любому бизнесу трудно в этот непростой период. Нам пришлось пересматривать стратегические планы компании уже в самом начале года. Решили сконцентрировать усилия на удержании позиций на рынке и уделить пристальное внимание производству. Благодаря госпрограмме, направленной на поддержание бизнеса, программе по импортозамещению и мобилизации внутренних резервов нам удалось модернизировать завод, улучшить его экологические аспекты, реализовать план строительства новых мощностей под новые виды продукции. И, конечно, этот год стал годом новых разработок.
— Какие конкретно мероприятия были проведены в рамках модернизации?
— Во-первых, у нас произошло полное переоснащение службы качества. Кроме этого, мы создали два научно-технических центра (НТЦ) по разработкам продукции, модернизировали производство ЖКД, сухих комплексных добавок. Идет проектирование новых производств поликарбоксилатов, дисперсолов и других продуктов строительной химии. Осуществляется подготовка к строительству самого крупного в России завода по производству высокотехнологичных гиперпластификаторов нового поколения на основе ПКБ.
Благодаря инвестициям в науку расширился ассортимент продукции. Разработаны новые виды добавок для бетонного и небетонного направлений строительства. Это хороший задел на будущее, на то время, когда темпы строительства в России и в мире снова будут расти.
— Какими именно продуктами пополнился ассортимент «Полипласта»?
— В 2020 году, помимо технологичных добавок для бетонов, растворов и ЖБИ, были разработаны сухие поликарбоксилаты для бетонов. Они дадут возможность нашим клиентам сократить расходы на логистику. Нашей химической группой создан не имеющий аналогов в России невзрывной разрушитель бетона и композиционных материалов.
Также в этом году мы уделили внимание отраслевым продуктам. К примеру, для газохимического комплекса разработаны бетон, выдерживающий без разрушений воздействие газа с температурой -160 оС и криогенное покрытие бетона В25 толщиной около 30 мм, выдерживающее без разрушений воздействие газа с температурой -160 оС. По заявке наших партнеров разработаны Полиграунд и ЭКО вэйл, которые позволят увеличить срок эксплуатации полигонов ТБО и обеспечить требуемые экологические нормы.
— Расскажите поподробнее о ваших лабораторных мощностях.
— В 2020 году открыта новая строительная лаборатория, где созданы комфортные условия для работы наших сотрудников. Обновлено все основное оборудование, увеличено количество уже имеющегося испытательного оборудования и средств измерений. Мы вложили немалые средства в комплексную программу развития предприятия на 2020 год.
В этом году каждая лаборатория ГК «Полипласт» была оснащена жидкостными и газовыми хромотографами, лабораторными спектрометрами, анализаторами размера частиц, эмиссионно-спектральными анализаторами, ионообменными хромографами и другим высокоточным оборудованием, позволяющим проверять сырье на всех стадиях производства, определять количественные и качественные показатели выпускаемой продукции и минимизировать влияние человеческого фактора.
ОАО «ПОЛИПЛАСТ» — первая в своей области российская компания, сертифицированная по нормам ISO-9001. В 2005 году наша компания прошла сертификацию соответствия системы менеджмента качества по требованиям международного стандарта ИСО 9001:2000, а в 2008 и 2018 годах успешно ее подтвердила. Нельзя не отметить, что наша компания одна из немногих в России сертифицирована по EN 934-2.
Мы ориентированы не только на удовлетворение корпоративных потребностей и российских заказчиков, но и на внешний рынок. Наши специалисты освоили и взяли на вооружение методики проверки качества продукции у передовых международных компаний. Именно поэтому я считаю нашу лабораторию уникальной, ведь данные методики и используемое для исследований оборудование в России ранее не применялись.
— Насколько велика сейчас складская программа «Полипласта»?
— В 2020 году по группе компаний «Полипласт» произошло увеличение складских площадей более чем на 15 тысяч кв. м, из них на заводе «Полипласт Северо-запад» — на 5 тысяч.
Такое значительное расширение — это, разумеется, задел под будущий рост производства, но уже сейчас оно делает возможным существенно экономить компании на логистике, не зависеть от сроков поставок импортного сырья. Это позволило нам период закрытых границ и неритмичных поставок прожить безболезненно, без потерь для себя и для клиентов.
То, что мы не работаем «с колес» и продукт всегда есть в наличии, позволяет оперативно осуществлять отгрузки продукции проверенного качества. Я уверена, что клиенты полностью удовлетворены оперативностью поставок, качеством продукции и профессионализмом наших специалистов.
— На кого ориентирован новый учебный центр компании?
— Не секрет, что одной из составляющих успеха является высококвалифицированный персонал. Поэтому обучение и профессиональная подготовка специалистов — одно из приоритетных направлений «Полипласт Северо-запад».
Причина создания учебного центра очевидна, ведь рынок добавок меняется очень быстро, требования к выпускаемым бетонам и добавкам для них возрастают. Ни одна сторонняя обучающая компания не может дать тех специализированных знаний, которые требуются нашим сотрудникам, поэтому было принято однозначное решение о создании собственного учебного центра. Тем более что у нас есть все для этого: высокопрофессиональные специалисты, собственное производство, уникальные разработки. Как пример, уже восемь лет на базе завода «Полипласт Новомосковск» функционирует свой учебный центр.
У нас присутствуют разнообразные форматы — лекции с применением раздаточного материала, практические занятия, презентации и обучающие фильмы, а также вебинары. Задействованы как высококвалифицированные специалисты завода, так и приглашенные преподаватели.
Подчеркну, что новые сотрудники «Полипласта» приступают к работе только после того, как пройдут необходимую подготовку. Стоит особо отметить, что обучение проходит весь вновь принятый персонал, вне зависимости от должности. Это, с одной стороны, гарантирует защиту компании от непрофессиональных действий новичков, с другой — позволяет вооружить знаниями молодых специалистов, помогает им быстрее адаптироваться в коллективе. Более опытные сотрудники также постоянно повышают свою категорию и квалификацию.
Кроме того, мы проводим обучение клиентов, и не только по стандартным программам, но и по индивидуальным, с учетом пожеланий заказчика. Преподаватели «Полипласта» дают практические знания для решения задач производителей бетона.
Вся информация о графике, форматах и направлениях учебных программ и семинаров-вебинаров есть на официальном сайте «Полипласта» в разделе «Новости». И, конечно, ее всегда можно получить у меня и моих коллег. Мы будем рады предложить нашим клиентам наиболее подходящие им варианты обучения.
— Какими ключевыми событиями и достижениями ознаменовался для вас 2020 год?
— Помимо уже упомянутого открытия лаборатории, надо отметить заключение договора с ООО «НИИ СМиТ», что позволило участвовать в таких масштабных проектах, как «Арктика», «Северный поток-2», «Мост Сахалин», начать сотрудничество с «Северсталь», «Дальспецуголь», «Металинвест Украина», «ЛенГипроХим», «АтомЭнергоПроект», Аэротехническим центром. Кроме того, мы начали работать с ООО «Оргэнергострой» в части реализации проектов по направлению «высокопрочные литые самоуплотняющиеся бетоны». Важным для нас стало и включение Минстроем РФ нашей продукции в Федеральный сборник сметных цен (ФССЦ).
— Каковы дальнейшие планы по развитию завода на Северо-Западе и компании в целом?
— В короткой перспективе, в 2021 году мы собираемся построить завод по производству гиперпластификаторов нового поколения. В планах — приступить к проектированию и подготовиться к строительству завода по производству мономеров — основного сырья для поликарбоксилатов. В настоящий момент уже ведется работа по подготовке инвестиционного соглашения между «Полипласт Северо-запад» и администрацией Нижегородской области.
Основные точки роста — разработка и выпуск технологичной продукции, развитие новых направлений, в том числе экспорта, так как наши мощности после строительства нового завода будут превосходить потребности внутреннего рынка.
Для этого уже сейчас ведется тестирование новых продуктов у зарубежных партнеров, чтобы к моменту запуска завода наши клиенты были готовы потреблять их как в сухом, так и в жидком виде, а мы — полностью обеспечить им объем потребления.
— Мы встречаемся практически в предновогодний период. С какими словами хотелось бы обратиться к вашим партнерам и нашим читателям?
— Хочу пожелать всем коллегам в это непростое время искать новые возможности, новые партнерства и достигать, несмотря на трудности, намеченных целей. И здоровья всем, конечно!