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.
В зоне комфорта. Проведение тепловизионного обследования зданий
Тепловизионное обследование зданий все активнее применяется при завершении строительства и дальнейшей эксплуатации зданий. Изначально данная технология определения разнотемпературного излучения поверхностей применялась только в военных целях. Фактически тепловизоры могут показать места, через которые здания и сооружения теряют тепло.
При формальном подходе тепловизионное обследование проводится перед вводом здания в эксплуатацию, отмечает директор по развитию ООО «СпецТермоТехника» Юрий Добровольский. Но самым оптимальным этапом является момент до начала отделочно – ремонтных работ, когда исправить дефекты в конструктиве и утеплении можно с минимальными затратами. Тепловидение позволяет найти мостки холода и места воздухообмена между помещением и улицей, т.е. определить места наибольших теплопотерь. Для качественного обследования необходима разница температур между наружным воздухом и воздухом внутри помещения не менее 10 °С, поэтому тепловизионную съемку можно проводить только в отопительный период при уличной температуре не выше +5 °С.
«На стадии эксплуатации тепловидением начинают интересоваться собственники помещений или эксплуатирующие организации при существенных понижениях уличной температуры – когда внутри помещения становится холодно и некомфортно. Стоимость услуг зависит от объема и считается исходя из площади объекта «по полу». Заказчик обычно частный, и в нашу компанию обращается как раз тогда, когда приходят морозы, поэтому спрос можно считать линейно зависимым от того, насколько холодная прогнозируется зима»,- полагает Юрий Добровольский.
Грамотная тепловизионная съёмка помогает выявить дефектные межпанельные швы и сделать ремонт не вслепую, а точно. При этом, считает генеральный директор ООО «АВ-ГАРАНТ» Андрей Вершинин, можно сэкономить до 75% предполагаемого бюджета. Например, из 8 тыс. метров швов дефектных выявлено только 2 тыс.
Участники рынка тепловизионного обследования советуют заказчикам тщательнее подбирать организацию, которая его произведет. Необходимо изучить их опыт, оснащенность оборудованием. Кроме того, заказчики не должны подходить к работе специалистов слишком формально и заказывать очень экономную съемку.
Помимо навыков проведения тепловизионной съемки, поясняет Юрий Добровольский, специалисты должны обладать знаниями в области строительных технологий для правильной интерпретации полученных снимков. Для профессиональной работы необходимы тепловизоры с разрешением не менее 160*120 точек и чувствительностью 0,01°С. Данное оборудование является не обслуживаемым прибором и при аккуратном использовании может прослужить десять и более лет.
К сожалению, отмечает генеральный директор ООО «АВ-ГАРАНТ» Андрей Вершинин, заказчик зачастую не понимает, что такое качественное тепловизионное обследование. Поэтому заказывает дёшевое, а потом его итогами разочаровывается. Необходимо повышать грамотность заказчика, показывать ему примеры качественной работы, научить пользоваться этой ценной информацией. «Например, мы можем найти причины промерзания. Если говорить об окнах, то мы устанавливаем, в чем именно проблема – сами окна некачественные, или их плохо установили, или эксплуатация подвела. Также можно увидеть непроектные отопительные приборы, сравнить качественные и некачественные участки стен. Дать рекомендации, опираясь на неоспоримые данные приборов, а не на предположения», - добавил он.
Оптимизируя процессы. Производители сэндвич-панелей подстраиваются под потребности рынка
Строительная производственная отрасль относительно безболезненно пережила пандемию коронавируса. Значительная часть предприятий продолжала работать, в том числе и производства по выпуску сэндвич-панелей (СП).
Тем не менее, перспективы ближайшего времени игроки рынка оценивают по-разному. С одной стороны, их тревожит растущий экономический кризис в стране и, как следствие, ожидаемое снижение числа инфраструктурных проектов. С другой стороны, есть понимание, что при таком раскладе будет расти спрос на технологичные, доступные и оптимальные решения, связанные со строительством. СП – это сравнительно недорогие и простые в монтаже конструкции. Их применение ускорит стройку и сделает ее более бюджетной.
Внешняя зависимость
Генеральный директор компании «РосСельПром» Алексей Побегус отмечает, что любое строительство по определению является основной и капитальной отраслью экономики и напрямую зависит от общей рыночной активности и состояния внутреннего спроса. «Принимая во внимание события 2020 года, ожидаемое падение доходов населения и рост безработицы, снижение корпоративных доходов компаний и сокращение бюджетных расходов на инфраструктурные проекты, рост спроса на сэндвич-панели представляется весьма сомнительным. Вероятнее всего, емкость рынка может сократиться на 20-50%, что неминуемо приведет к снижению цен, чтобы поддержать реализацию продукции»,- считает он.
Спрос на СП действительно во многом зависит от состояния экономики, соглашается с коллегой коммерческий директор ООО «ПТК «Техностиль» (входит в ГК «Техностиль») Светлана Галынская. Она также отмечает, что помимо этого и бум роста рынка давно позади. В том числе, из-за сокращения потребностей в новых торговых площадках. Но, тем не менее, на сегодняшний день сэндвич-панели остаются востребованным материалом. Сфера их применения постоянно расширяется. Большие перспективы развития отрасли в текущей ситуации связны с государственными проектами, которые, как меры поддержки строительной отрасли, было приято решение расширить российскими властями.
Достаточно позитивно рассматривают текущую ситуацию и ближайшие перспективы другие игроки рынка. «Сложно переоценить популярность сэндвич-панелей в секторе строительства быстровозводимых зданий. Можно с уверенностью говорить о том, что сектор АПК практически полностью перешёл именно на этот вид строительных материалов. Кроме сельского хозяйства, панели широко применяются в строительстве развлекательных и торговых центров, спортивных сооружений, логистических и распределительных центров, заводов и складов, и других промышленных объектов. В период недавней пандемии СП зарекомендовали себя как отличный вариант для строительства больниц, а во многих европейских странах этот материал всё активнее начинают использовать для возведения школ и детских садов. Таким образом, можно смело утверждать, что данный строительный материал с каждым годом будет становиться только популярнее»,- считает коммерческий директор ГК «ИЗОБУД» Александр Кулешов.
Спрос на сэндвич панели с каждым годом показывает уверенную динамику роста, отмечает директор по техническому развитию ООО «Венталл» Александр Беляев. «Наша компания более 20 лет в этом бизнесе и мы регулярно отслеживаем тенденции на строительном рынке. В среднем, ежегодно рост спроса на сэндвич-панели составляет величину до 5%, поэтому уверенно можно сказать, что данный материал остается популярным продуктом, занимая новые ниши на отечественном строительном рынке. Неоспоримо, основным потребителем панелей является коммерческое строительство, в частном домостроении, к сожалению, сэндвич панели пока не нашли свое широкое применение. Но, надеюсь, в будущем есть куда двигаться. Например, в Европе активно строятся частные дома по типовым проектам с применением сэндвич панелей», - подчеркнул он.
Ставка на качество
Рынок сэндвич-панелей высококонкурентен, отмечают эксперты. Несмотря на то, что сейчас на него почти не приходят новые серьезные игроки, борьба за клиента обостряется. При этом на рынке сохраняется доля производителей, выпускающих продукцию низкого качества.
По словам коммерческого директора ООО «Крафтспан» (завод «Крафтспан») Алексея Самойлова, производство сэндвич-панелей – это очень конкурентная отрасль, но немногие отечественные компании предлагают изделия, соответствующие мировым стандартам. «Мы держим марку в условиях жёсткой конкуренции. Для нас важно производить продукт, которым можно гордиться. Мы хотим быть одними из тех, кто выведет российское производство на новый уровень. В целом, сейчас рынок сэндвич-панелей склонен к масштабированию. Небольшие компании объединяются, чтобы занять более весомое положение на рынке»,- добавляет эксперт.
Действительно, отмечает генеральный директор «Завод Строительных Конструкций «Стройэлемент» Виталий Скуматов, конкуренция становится все более жесткой. Мы, являясь профессионалами в области производства СП, делаем ставку на дальнейшее повышение качества продукции, выпуск новых видов продукции, а также на повышение лояльности действующих и потенциальных клиентов. «Так, в конце прошлого - в начале текущего года мы освоили производство сэндвич-панелей с пенополиизоциануратом в качестве утеплителя. В целом, мы всегда стараемся подстраиваться под запросы рынка. Нашей продукцией заказчики довольны. Среди них есть строительные, торговые, сельскохозяйственные организации, а также такие известные всем организаци, как петербургский автомобильный завод Hyundai, предприятия «Ленэнерго»,«ИнтрРАО», «Новатэк»»,«Газпром»,структуры Минобороны и т.д», -сообщил он.
«Не секрет, что на рынке сэндвич-панелей иногда встречаются фирмы, которые не имеют в своём арсенале профессионального оборудования, зачастую используют не очень качественные материалы для производства панелей. При сотрудничестве с такими поставщиками можно в получить некачественные сэндвич-панели. У серьёзных компаний дело обстоит совсем наоборот – это и профессиональное оборудование, и качественное сырьё для производства панелей, и, что немаловажно, высококвалифицированные специалисты. Выбрав в качестве поставщика сэндвич-панелей профессиональную компанию можно с уверенностью сказать, что изготовленная продукция будет соответствовать всем ГОСТам и другим нормативным документам», - подчеркивает руководитель департамента маркетинга и рекламы ГК «Мосстрой-31» Михаил Волконский.
По мнению Светланы Галынской, некомпетентные заказчики и недобросовестные подрядчики создают предпосылки для вытеснения с рынка качественной продукции. «Поэтому крупные компании вынуждены запускать две или три линейки продукции: премиум, стандарт, эконом. Но есть и оборотная сторона медали этого решения. Экономичная продукция снижает общую рентабельность бизнеса и не исключает в будущем прецедентов, которые могут повлиять на репутацию компании. В последние годы ведущие игроки рынка предпринимают ряд мер по защите своих интересов. Ведется работа с проектными организациями для того, чтобы в проекты закладывались определенные требования к данному продукту. Разработан ГОСТ, соответствовать которому могут только добросовестные производители. Ведется просветительская работа с заказчиками. И практика показывает, что это более правильная стратегия защиты рынка от продукции низкого качества»,- считает представитель рынка.
Внутри себя
Отметим, что происходящие события в стране заставляют производителей СП не только усилить конкуренцию друг с другом, но и оптимизировать внутренние рабочие процессы, повысить их эффективность.
Директор по продажам департамента Компонентных продаж ООО «ДИ ФЕРРО» Иван Трунов считает, что непосредственного его компанию карантин заставил многое переоценить в работе, изменить взгляд на организацию труда и формирование затрат. «Сейчас, во многих случаях ключевым становится оперативное выполнение обязательств по поставке. Принимая во внимание эти критерии, нами реализовывается ряд программ по повышению производительности во всех процессах. Налаживая взаимодействие подразделений внутри компании и сокращая их продолжительность нам удалось сократить не только затраты на исполнение одного заказа, но и обеспечить устойчивый тренд по снижению запасов, как сырья, так и не завершенного производства, при этом увеличивая их оборачиваемость»,- отметил он.
С необходимостью оптимизации процессов согласен и Алексей Побегус. По его словам, сам по себе сегмент рынка, в силу своей специфики является очень консервативным и требует не столько инновационности, сколько высокоорганизованной технологии, высокой производительности труда, стабильного качества материала. Однако это вовсе не означает, что усилия в части разработке нестандартных индивидуальных решений, как архитектуры фасадов, так и организации внутренних технологий бесперспективны.
МАТЕРИАЛЫ ПО ТЕМЕ
Алексей Побегус: «Несмотря на влияние внешних факторов, «РосСельПром» продолжает развиваться»