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.
Люки дымоудаления: во имя безопасности
Различные системы обеспечения пожарной безопасности в последнее время получают все большее распространение в России. И люки дымоудаления не являются исключением. О том, на что надо обратить внимание при выборе и монтаже этого оборудования, а также ситуации на рынке рассказали эксперты.
Свобода выбора
Сегодняшний рынок предлагает разнообразие систем обеспечения пожаробезопасности. «Выбор типа системы дымоудаления регламентирован в п 7.10 СП 7.13130 «Отопление, вентиляция и кондиционирование. Требования пожарной безопасности» (СП7). Естественное дымоудаление можно применять в одноэтажных однообъемных зданиях, таких как торговые центры, производственные и складские здания, выставочные комплексы, или на верхних этажах многоэтажных зданиях. С вводом в действие изменения №1 к СП 7 в августе 2020 года в одноэтажных зданиях допускается применять системы с механическим побуждением тяги, ранее это было запрещено», - рассказывает технический специалист ООО «Меркор-ПРУФ» Артем Минин.
По его словам, целесообразность выбора именно естественного дымоудаления определяется его преимуществами и особенностями по сравнению с механическими системами. «Люки дымоудаления позволяют существенно экономить время на монтаже, так как для них не нужно организовывать сеть из огнестойких воздуховодов. Малый вес также упрощает монтаж люков и снижает нагрузку на несущие конструкции зданий. Люки менее требовательны к энерговооруженности здания, так как электроприводы люков потребляют значительно меньше электроэнергии и только во время открывания створок (не более 90 секунд), что позволяет применять более доступные и простые решения основного и резервного электроснабжения для противопожарных систем. А также с помощью люков можно организовать проветривание и естественное освещение помещений дневным светом. В конечном итоге, система естественного дымоудаления обойдется дешевле, сэкономит время и деньги при монтаже, а также позволит повысить энергоэффективность и комфорт здания», - отмечает эксперт.
Со своей стороны генеральный директор ООО «Керапласт» Игорь Гусаков отмечает, что не совсем корректно противопоставлять эти решения. «Это не конкурентные системы, они друг друга могут дополнять, а не взаимоисключать. Но когда проектировщик «ОВ» определяет объем дыма, который потенциально может возникнуть в помещении, он принимает и решение, какую систему ДУ можно применить, чтобы этот объем был удален для безопасной эвакуации людей. Можно обойтись без принудительного дымоудаления и использовать только естественное, если увеличить площадь открываемых люков», - говорит он.
Эксперт отмечает также, что при выборе оборудования надо учитывать ряд характеристик, как то: сертификация продукции в ведомствах пожарного надзора; история и имидж производителя; реальный опыт использования предлагаемой продукции; удобство для технического отдела; гарантия на оборудование и реакция производителя на возникающие вопросы. Не менее существенно понимать конкретные условия эксплуатации. «Важно обратить особое внимание на угол открывания, мощность привода и время открывания створки под нагрузкой. Согласно требованиям ГОСТР Р 53301 люки должны открываться на 90 градусов относительно первоначального положения створки не более чем за 90 секунд преодолевая при этом снеговую нагрузку согласно СП 20.13330 «Нагрузки и воздействия». Также немаловажно правильно подобрать утепление для основание люка и тип заполнения створки люка с учетом тепловой защиты зданий, чтобы избежать негативных последствий образования конденсата внутри помещений», - добавляет Артем Минин.
Нюансы монтажа
Эксперты подчеркивают, что даже с самым качественным оборудованием могут возникнуть проблемы в случае неграмотного монтажа. Со своей стороны изготовители должны стремиться обеспечить максимальную сборку системы на производстве. «Предпочтение надо отдавать готовой к монтажу конструкции, чтобы на месте проводить минимум работ, как по вскрытию кровли (если это старое здание), так и сборке самого люка вне заводских условий», - подчеркивает Игорь Гусаков.
«Нередко на этапе проектирования забывают производить теплотехнические расчеты, в результате чего на зенитных фонарях или люках образовывается конденсат из-за неправильно выбранного утепления и светопрозрачного заполнения», - констатирует Артем Минин.
При установке систем, по его словам, основная проблема – это несоблюдение инструкции и рекомендаций по монтажу. «В результате этого к нам обращаются заказчики с жалобами на протечки или некорректную работу люков», - говорит эксперт. К самым распространенным ошибкам он относит: неотрегулированые приводные системы; неустановленные по забывчивости уплотнители; непротянуые гайки и прочие крепежные элементы; ошибки с монтажом гидроизоляции на кровле; неверное позиционирование относительно проема в кровле, несоблюдение проектных решений; установку вверх ногами поликарбонатных панелей, защитным УФ-слоем вниз.
Игорь Гусаков в числе проблем называет недостаточное понимание технических особенностей продукции покупателем, а также попытки «сэкономить». «Иногда берут самый дешевый вариант на уровне рассмотрения КП. Часто непрофессионалы начинают «дорабатывать» систему по своему усмотрению, не понимая специфики оборудования. В итоге это выливается в переделки и высокие затраты при монтаже», - отмечает он.
Эксперты единодушно призывают в случае отсутствия компетентных монтажников, воспользоваться услугами производителя по установке оборудования: это позволит избежать ошибок, переделок и в конечном итоге обойдется дешевле.
Спрос растет
Востребованность люков дымоудаления, по словам экспертов, растет год от года. «Повышение интереса и нельзя назвать каким-то сверхбыстрым или скачкообразным. И тем не менее, спрос на эти системы стабильный и имеющий тенденцию к росту, особенно в последние 3-4 года», - отмечает директор ООО «Лерон Технолоджи» Ольга Мазенкова.
С ней соглашается Игорь Гусаков. «Люки дымоудаления становятся все более популярны. Мы наблюдаем положительную динамику и спокойный, но приятный рост продаж. Даже несмотря на сравнительно небольшие объемы производства нашей компании, география поставок продукции очень широка: от Калининграда до Сахалина и от Мурманска до Дагестана и Чечни. Оборудование находит применение на производственных объектах, складах, торговых и деловых центрах, словом во всех зданиях, где предполагается большое скопление людей», - рассказывает он.
По мнению Ольги Мазенковой, вотребованность этого оборудования связана с тем, что в России были ужесточены требования к вопросам пожарной безопасности. «Думаю, значительным фактором в этом вопросе стали громкие трагедии, произошедшие при пожарах в клубе «Хромая лошадь» и в торговом центре «Зимняя вишня». Они стали печальным примером того, чем может обернуться небрежность в вопросе обеспечения пожаробезопасности. Сейчас и при строительстве, и при реконструкции различных общественных объектов – торгово-развлекательных и деловых центров, промышленных и складских помещений, спортивных комплексов и др. – этому вопросу стали уделять гораздо более серьезное внимание», - говорит эксперт.
Она отмечает, что характерным рыночным трендом последнего времени постепенный стал рост цены на люки дымоудаления. «И можно ожидать, что эта тенденция продолжится. Отчасти это связано с колебаниями курса рубля по отношению к ведущим мировым валютам. Дорожает и сырье, в котором есть импортная составляющая, и материалы у отечественных производителей. В последние два-три месяца цены существенно выросли у поставщиков алюминия, оцинкованной стали (примерно в 1,5 раза), поликарбоната (на 10%). Разумеется, в этих условиях не может не увеличиваться и цена нашей продукции, хотя мы и предпринимаем меры для сдерживания этого процесса, чтобы продукция была доступна более широкому кругу потребителей», - констатирует Ольга Мазенкова.
Ситуация стимулирует процесс импортозамещения. «Мы постоянно ищем варианты, как предложить более интересные варианты своему покупателю без потери качества. Сейчас есть такие поставщики на российском рынке, продукция которых, как нам кажется, ничуть не уступает датским и немецким аналогам, а в некоторых показателях даже сильно превосходят. И это не говоря уже о цене», - добавляет Игорь Гусаков.
ПЕНОПЛЭКС®: оптимальный заполнитель деформационных швов для Северо-Запада
Теплоизоляция ПЕНОПЛЭКС® успешно применяется для обустройства деформационных швов на строительных объектах различного назначения Северо-Запада России.
Деформационные швы призваны предупреждать возможные смещения и разрушения вследствие различных нагрузок на здание, включая температурные колебания, что особенно актуально в районах с переменчивым климатом, в частности, в Санкт-Петербурге и других регионах Северо-Запада России.
Город на Неве не зря называют северной столицей нашей страны. Он распложен на широте всего лишь двумя градусами южнее Якутска. И только влияние Северо-Атлантического течения (продолжения Гольфстрима) спасает Петербург от лютых сибирских холодов, но при этом вносит в погоду переменчивость и непредсказуемость. Утром трескучий двадцатиградусный мороз, вечером оттепель — такие погодные капризы для Петербурга не редкость. Для подобных условий нужны материалы, устойчивые к температурным перепадам на протяжении всего срока службы.
Деформационный шов заполняют материалами, осуществляющими различные функции. Это — герметизирующие мастики, уплотнители, ленточные материалы и утеплители. Последние необходимы для предотвращения существенных потерь тепла и поддержания заданной энергоэффективности объекта. Теплоизоляция из экструзионного пенополистирола уместна уже хотя бы из-за высоких теплозащитных свойств на фоне других ходовых утеплителей. Теплопроводность плит ПЕНОПЛЭКС® в условиях эксплуатации Б не превышает 0,034 Вт/м∙°С.
Среди других характеристик теплоизоляции ПЕНОПЛЭКС®, важных для заполнения деформационных швов, следует выделить высокую прочность на сжатие (от 120 кПа при 10%-й деформации), гидрофобность (водопоглощение не более 0,5% по объему), упругость (модуль упругости 15 МПа) и устойчивость к перепадам температур, в том числе знакопеременным.
Последнее качество материала, как уже было сказано выше, особенно актуально для Петербурга и других регионов Северо-Запада России. Данный параметр был определен количественно в ходе испытаний в лабораториях НИИ Строительной физики РААСН.
Образцы теплоизоляции ПЕНОПЛЭКС® замораживали до –40°С, затем прогревали до +40°С, потом снова замораживали и выдерживали в воде. Один такой цикл длился сутки, графически он выглядит так:
Теплоизоляционные плиты ПЕНОПЛЭКС® выдержали 90 таких циклов без изменения технических характеристик.
Сегодня материал находит успешное применение при заполнении деформационных швов на зданиях и сооружениях Северо-Запада. В частности, из относительно недавних объектов можно назвать петербургские ЖК «Георг Ландрин», «Московский», «Полюстрово», «LIFE-Лесная», «Приморский квартал», «Питер», «Оазис», апарт-отель Zoom Apart в Санкт-Петербурге. Среди объектов других регионов Северо-Запада, где применены дефшвы с ПЕНОПЛЭКС®, следует отметить жилые комплексы «Энфилд» в Ленинградской области, «Флагман» в Вологде, «Кристалл» в Череповце, «Александровский» в Петрозаводске и т.д.