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.
Расширяя виды. Спрос на HS-порталы демонстрирует уверенный рост
В массовом и индивидуальном домостроении все больше внимание уделяется архитектурным особенностям. Многие объекты недвижимости становятся более открытыми окружающему пространству, увеличивая площади остекления помещения. Кроме того, в особенности в загородных домах, наблюдается тренд на использование светопрозрачных подьемно-раздвижных систем (HS- порталов), которые служат выходом в сад, на веранду или террасу и имеют эстетичный вид. Благодаря им открываются прекрасные панорамы на окружающую среду.
HS- порталы идеально подходят для остекления больших проемов, так как традиционные оконные конструкции использовать для этих целей почти невозможно. По своим теплоизоляционным характеристикам многие из них относятся к энергоэффективным и прекрасно защищают от сильных морозов, сквозняков и громкого шума.
Источник фото: https://www.siegenia.com/ru
Работа на перспективу
Менеджер по продукту компании Deceuninck Rus Михаил Дмитриев отмечает, что HS- порталы - это всё ещё новый продукт для российского рынка, если сравнивать его с европейским. Но спрос на них растет с каждым годом. «Наши многолетние партнёры поначалу воспринимали HS- порталы скептически. Однако сейчас,- добавляет он, - имея данный продукт в портфеле, они начинают завоёвывать новых клиентов, осваивать новые ниши сотрудничества. Активная доля аудитории HS- порталов – это застройщики коммерческих объектов и частных домов. Дизайнеры и архитекторы закладывают в своих проектах установку таких конструкций на фасад здания, ориентируясь на тренд, на желания заказчика отличаться и сделать интерьер помещения более комфортным».
Михаил Дмитриев добавил, что Deceuninck за последние 5 лет реализовал несколько сервисных решений по HS-порталам, за счёт чего на них резко увеличился спрос. Клиенты уже по достоинству оценили уникальный сервис по нарезке профиля точно в размер будущей конструкции, армированию, ламинации и подбору качественных комплектующих и фурнитуры.
Отличные дальнейшие перспективы у HS- порталов отмечают и другие игроки рынка. Руководитель технического центра стратегического направления «Строительство» компании REHAU по Восточной Европе Антон Карявкин сообщил, что доля продаж HS-порталов среди прочих систем светопрозрачных конструкций REHAU остаётся незначительной, однако с каждым годом данный показатель демонстрирует уверенный рост. «Это связано, прежде всего, с развитием сегмента загородного строительства – именно владельцы частных домов, желающие наслаждаться естественным солнечным светом и панорамным видом из окон, являются нашими главными драйверами. Мы ожидаем, что эта тенденция будет сохраняться и в дальнейшем», - подчеркнул он.
По словам коммерческого директора компании TERRA DOK Андрея Смирнова, последние тенденции в архитектуре, которые стирают границы между домом и природой, влияют на рост популярности порталов. В том числе, не только на загородное домостроение, но и в городской застройке. «Сейчас порталы составляют до 10% в объеме заказов нашей компании. За последние два года их доля выросла в два раза. Как и любой товар, после периода эксклюзива, он становится более массовым. Думаем, что со временем, по мере финансовой доступности порталов их популярность будет набирать силу. В настоящее время для их изготовления используются материалы далеко не стандартных размеров. Например, вес одной створки может доходить до 500 кг. Для того чтобы она плавно и надежно работала, нужна дорогостоящая фурнитура, которую выпускают всего несколько компаний», - пояснил эксперт.
Представитель рынка считает, что в ближайшее время каких-то очень глобальных конструктивных изменений HS- порталов не произойдет. За последние лет 15-20 они также практически не изменились. Были усовершенствованы порог и фурнитура. Последние инновации касаются исключительно облегчения и удешевления конструкций.
Профессиональный подход
Эксперты отмечают, что при выборе HS- портала для дома, в особенности простому обывателю, важно предварительно получить полноценную консультацию отраслевых специалистов. Кроме того, очень желательно, чтобы установкой данных систем занимались опытные профессионалы, что сведет нарушения монтажа к минимуму.
«Самая главная ошибка при установке – это плохо подготовленная поверхность основания под монтаж. Здесь нужна высочайшая точность работы и квалификация персонала. Только при идеально выставленной конструкции створку можно будет спокойно без усилий открывать и катать через несколько лет. Ведь главное преимущество HS-портала – теплая стеклянная раздвижная стена, которую без усилий и безопасно сможет открыть даже десятилетний ребенок», - отмечает Андрей Смирнов.
Среди типовых ошибок установки конструкций Михаил Дмитриев выделяет три. Первая – это превышение максимальных размеров HS- портала на этапе проектирования. Зачастую заказчики желают объять необъятное. Исполнитель вынужден идти на риск, чтобы не потерять клиента. Вторая ошибка - отказ от расположения у основания конструкции внутрипольного нагревательного элемента, а именно конвектора. Как результат, если портал установлен в отапливаемом помещении, в холодные периоды на стеклопакетах может возникать конденсат, а на внутренних откосах – плесень. Третья ошибка, связанна с установкой порога HS- портала непосредственно на чистовой пол помещения. При таком положении его высота будет достигать 90 мм. Это крайне неудобно при перешагивании: есть риск споткнуться, затрудняется передвижение колясок, как детских, так и инвалидных. Системно предусмотрено, что порог портала необходимо заглубить в пол для создания минимального выступа его над полом, которое составляет около 15 мм.
По словам Антона Карявкина, довольно часто покупатели по незнанию совершают распространённую ошибку – заказывают сплошное остекление с прозрачными стеклопакетами. Однако для первых этажей и загородных домов лучше выбрать зеркальные стеклопакеты, делающие невозможным обзор с улицы. «Кроме того, по-прежнему актуальной остаётся проблема, когда клиент выбирает конструкции на основании единственного фактора – цены. Следствием такого подхода обычно является покупка некачественных конструкций и их замена всего через несколько лет эксплуатации», - делает выводы специалист.
Проникающая гидроизоляция может оказаться самой экономной
Все традиционные гидроизоляционные материалы, как правило, защищают основание своим слоем. От характеристик этого слоя зависят и эксплуатационные особенности материала. Проникающая гидроизоляция (сухая смесь на песко/цементной основе) работает только по бетону. И связано это с тем, что химия в составе после нанесения гидроизоляционного слоя на бетон, впитывается в тело этого бетона и реагирует с солями, всегда присутствующими в бетоне. При наличии влаги и положительной температуры в порах бетона вырастают нерастворимые кристаллы. Молекулы воды не могут пройти через такие поры, которые оказались перегорожены игольчатыми кристаллами. Таким образом, преградой для влаги становится не только сам гидроизоляционный слой, но и бетон, который благодаря кристаллам стал водонепроницаемым.
В связи с таким принципом работы для проникающей гидроизоляции неважно, как она будет нанесена - на бетонную поверхность со стороны действия воды (положительное давление) или с противоположной стороны бетона (отрицательное давление). Отсюда – уникальная возможность, которой не обладает ни один другой гидроизоляционный материал – проводить гидроизоляцию подвальных помещений изнутри подвала!
Гидроизоляция изнутри заглубленных парковок, подвалов, заглубленных сооружений, когда отсутствует возможность откопать фундаментную часть здания – основная фишка и особенность проникающих материалов. Такая необходимость возникает, когда здание уже возведено, но в процессе его эксплуатации выявляются ошибки. То есть, основная функция проникающих материалов – это ремонт.
Гидроизоляция гаражного подвала из ФБС блоков
Гидроизоляционный материал, нанесенный изнутри подвального помещения, испытывает колоссальные нагрузки. И самая главная из них - отрицательное давление грунтовых вод, которые работают на отрыв гидроизоляционного слоя от бетонной поверхности. Отсюда идут особенности и отличия его применения.
Во-первых, швы. Плотность раствора в швах, как правило, ниже плотности блоков или монолита, поэтому влага в первую очередь стремится проступить именно там. При работе изнутри помещения обязательна предварительная гидроизоляция швов. Шов штробится, удаляется кладочный раствор, зачищается, тщательно увлажняется и заделывается специальным проникающим составом для швов.
Во-вторых, зачистка и удаление цементной пленки. Любая бетонная поверхность в процессе созревания бетона покрывается цементной пленкой или бетонным «молочком». Эта пленка мешает проникновению химии в тело бетона, поэтому ее удаляют металлическими щетками или дисками. Чтобы цементная пыль после зачистки опять не забила поры, ее не только смахивают, но даже замывают водой под давлением или щетками. Поры должны быть открыты. Это главное.
В-третьих, увлажнение бетона. Химия из проникающих составов пойдет в тело бетона лишь на ту глубину, на которую смогли увлажнить бетон. Этот этап работы тоже имеет очень важное значение. Проигнорировать его – получить брак.
Гидроизоляция подвального помещения, которое будет использоваться для производства пищевой продукции
Нанесение материала похоже на нанесение штукатурки шпателем или кистью. Толщина гидроизоляционного слоя не велика – от 1 до 3 мм. Третья, очень важная часть работы – увлажнение гидроизоляционного слоя в течение трех дней. Когда химия проникает в бетон, для роста кристаллов ей требуется много воды. И химия начинает активно забирать влагу и из бетона, и из самого гидроизоляционного слоя. Если слой не увлажнять, воды может не хватить, и он потрескается.
По работам – все. Грунтовые воды в подвал перестанут проникать сразу, но работа по росту кристаллов внутри бетона будет идти еще 28 дней. И с каждым днем грунтовая вода будет все дальше отступать от внутренней поверхности подвальной стены.
Сильной стороной проникающих материалов, нанесенных изнутри помещения, является их способность держать отрицательное давление воды в 12 атмосфер, это 120 метров водяного столба.
Для дальнейшей отделки очень важна адгезия гидроизоляционного слоя к бетонной поверхности. Если она слабая, вся отделка рухнет вместе с гидроизоляционным слоем. Некоторые производители рекомендуют по прошествии 28 дней удалять гидроизоляционный слой и лишь потом проводить отделочные работы. К сожалению, данный процесс увеличивает трудозатраты, время, поэтому рекомендуем сразу выбирать материал с хорошей адгезией.
Расход материала при кистевом нанесении равен 1 кг/м2, при нанесении шпателем – до 3 кг/м2, если требуется ремонт бетона, расход бетона может составлять до 10 кг/м2. Цены производителей самые разные, Поэтому для выбора лучше сразу определиться со стоимостью материала, необходимого именно для 1 м2, а не ценой на мешок или 1 кг.
Гидроизоляция сухого фонтана при его возведении на Центральной площади города
Ну и очень важны отзывы. Хорошо, если вам посоветовал материал человек, который уже поработал с ним и видит результат на своем подвале или гараже. Если таких в вашем окружении нет, ищите отзывы в интернете. Их много. Мы, например, за 13 лет на рынке создали целый сайт-библиотеку с реальными отзывами как частных лиц, так и подрядчиков – kristallizol.club. На сайте можно вести поиск по объекту, например – колодцы, подвалы и пр., по региону. Многие из отзывов сопровождаются фотографиями, где можно наглядно увидеть этапы работы и как они проводились. Это своего рода «ликбез» по работе с новым, еще не опробованным материалом, хорошая возможность сравнить проблемы своего объекта и провести работу правильно, без ошибок.
Проникающие гидроизоляционные материалы успешно используются и для проведения работ снаружи фундамента, на этапе строительства. В результате того, что здесь не требуется предварительная гидроизоляция швов, это получается самая экономная гидроизоляция.