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.
Ученые СПбГАСУ нашли эффективный способ определения водонепроницаемости бетона
Водонепроницаемость бетона – одна из его важнейших характеристик, от которой зависит долговечность создаваемых из него конструкций. Для определения этой характеристики существует ряд прямых и косвенных методов, однако, трудоемких и недостаточно точных. Ученые Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета создали новый, альтернативный способ измерения водонепроницаемости бетона.
Разработка принадлежит заведующему кафедрой технологии строительных материалов и метрологии члену-корреспонденту РААСН, доктору технических наук, профессору Юрию Пухаренко и аспирантам кафедры Максиму Кострикину и Георгию Хренову. Согласно их методике, чтобы наиболее точно и просто определить водонепроницаемость бетона, необходимо измерить скорость фильтрации воды без учета поверхностного слоя образца, то есть а в толще материала, куда вода под давлением подается через предварительно выбуренное тупиковое отверстие (шпур).
Изобретение имеет большой потенциал: позволяет проводить испытания и определять водонепроницаемость не только образцов бетона, но и непосредственно конструкции, что еще больше повышает достоверность результата. Кроме того, его планируется внедрить в деятельность научно-исследовательских и строительных лабораторий, для которых это представляет технико-экономический интерес. Все это выгодно отличает методику от других известных методов.
Для практической реализации методики изготовлено переносное устройство, позволяющее подавать воду под давлением в шпур при помощи специального металлического анкера и измерять скорость фильтрации.
Измерение водонепроницаемости происходит следующим образом: фильтруемая через стенки шпура вода проникает в глубь бетона, в результате чего ее количество в гидросистеме устройства уменьшается, что вызывает снижение давления. При этом, чем меньше водонепроницаемость бетона, тем быстрее фильтруется вода и, соответственно, быстрее наступает снижение давления в системе, которое замеряется при помощи манометра и секундомера. Для практической реализации методики разработана таблица, по которой значение скорости можно перевести в марку бетона по водонепроницаемости.
Авторы получили на свое изобретение патент № 2728727.
Технический надзор ремонта кровли МКД в вопросах и ответах
Сегодня в российских регионах проходят тендеры по выбору организаций, которые способны вести строительный контроль работ по капитальному ремонту общего имущества в многоквартирных домах (МКД). В частности, плоских кровель с гидроизоляцией из битумных и битумно-полимерных мембран.
Для чего в процессе ремонта необходима дополнительная процедура технического надзора?
Вводя эту процедуру, Фонд капитального ремонта МКД в значительной степени гарантирует себе, управляющим компаниям и жителям, что ремонт будет проведен с соответствующим качеством и применением материалов согласно проекту. Ведь ремонт конструкций и, в частности, плоских кровель требует профессиональных строительных навыков, знания большого количества нюансов и правил, в процессе монтажа материалов всегда есть много скрытых работ.
Отследить правильность выполнения требований нормативно-технической документации способны только профильные специалисты, которые должны регулярно выезжать на объект и составлять акты на все виды работ, включая скрытые, проверять журнал производства работ. Также специалист технического надзора участвует в приемке (входном контроле) применяемых материалов.
У специалистов управляющих компаний и региональных фондов капитального ремонта объективно нет такого количества компетенций и даже элементарно — времени. Они вместе со специалистами технического надзора и представителями жильцов дома осуществляют конечную приемку — после того, как подрядчик сдал объект техническому надзору и представил все акты приемки, в том числе скрытых работ.
На что именно должен обращать внимание специалист технического надзора при устройстве гидроизоляции из рулонных битумно-полимерных материалов компании ТЕХНОНИКОЛЬ?
В первую очередь проверяется соответствие кровельных материалов проектной документации. Так, на упаковочном листе битумно-полимерных мембран ТЕХНОНИКОЛЬ — ведущего международного производителя надежных и эффективных строительных материалов и систем, независимо от марки материала, будь это ТЕХНОЭЛАСТ, УНИФЛЕКС или БИКРОСТ, указывается не только производитель, но и технические характеристики материала. В частности, разрывная сила в продольном направлении, теплостойкость, гибкость на брусе.
Перед устройством слоев гидроизоляции специалист выборочно — не менее чем в трех местах на 1000 кв. м, проверяет качество основания по СП 71.13330.2017: ровность, влажность, основной уклон для водоотведения, уровень локальных уклонов у водосборников, огрунтовку основания, наличие переходного бортика у парапета, а также устройство дополнительных слоев гидроизоляции на карнизном свесе, водосточных воронок и выступающих конструкций (антенн, вентиляции).
Контроль за качеством укладки гидроизоляции, согласно СП 71.13330.2017 и СП 17.13330.2017, специалист технического надзора должен вести постоянно.
Здесь необходимо отследить целостность кровельного «ковра», нахлесты в торцевых и боковых швах, разбежку торцевых швов и качество самих швов. Отдельного внимания заслуживает монтаж гидроизоляции на вертикальных поверхностях парапета, во время которого на переходный бортик монтируется дополнительный слой гидроизоляции, а основной слой заводится на высоту от 300 до 500 мм — в зависимости от марки материала.
Верхний (лицевой) слой монтируется только после оформления акта приемки работ по устройству нижнего слоя. Во многом позиции проверки аналогичны нижнему слою. Здесь также важно проверить целостность кровельного «ковра» и самого материала, нахлесты в швах, разбежку швов, качество швов. На вертикальных поверхностях верхний край гидроизоляции крепится на механические крепления с герметиком.
У Службы качества компании ТЕХНОНИКОЛЬ накоплен хороший опыт и компетенции, позволяющие при техническом надзоре учитывать все детали монтажа гидроизоляции.
Но для повышения качества монтажных работ ТЕХНОНИКОЛЬ создала еще один важный инструмент — «Строительную академию», в которой специалисты подрядных организаций проходят профессиональное теоретическое и практическое обучение работе с материалами компании. Обучающие программы составляются в зависимости от уровня компетенций специалиста.
Такое решение показало свою эффективность — оно позволяет исключить элементарные ошибки в ходе монтажа битумно-полимерных гидроизоляционных материалов и повышает качество работы подрядчиков.
По итогам обучения специалисты получают Сертификат ТЕХНОНИКОЛЬ, что является важным фактором при допуске к работам с материалами компании.
Профессиональный контроль над качеством работ по устройству гидроизоляции кровли из битумно-полимерных мембран, опыт и знания специалистов технического надзора гарантируют управляющим компаниям, Фонду капитального ремонта и жильцам домов ожидаемый результат — надежную кровлю без протечек, внеплановых ремонтов и неожиданных затрат. В случае нештатных ситуаций, возникших по вине подрядчика и недосмотру со стороны технического надзора, обе организации несут ответственность перед заказчиком по гарантийному договору.