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.
Принцип домино. Представители оконной индустрии надеются, что господдержка строительства жилья поможет сохранить их бизнес
Значительная часть производственных строительных компаний, несмотря на пандемию коронавируса в стране, в последние месяцы не прекращали свою деятельность. В том числе продолжали свою работу с соблюдением строгих санитарных норм и большинство производителей оконного профиля ПВХ. Тем не менее, игроков рынка тревожит ухудшение экономической ситуации в стране. Они ожидают, что растущий кризис заденет строительную отрасль, а значит - и их производственный сегмент.
Косвенная поддержка
Генеральный директор российского подразделения международного концерна Deceuninck (ООО «Декёнинк Рус») Фолькер Гут отмечает, что объявление режима самоизоляции вызвало сначала небывалый всплеск продаж у партнеров и, соответственно, в самой компании. В конце марта проходили отгрузки даже в выходные дни. Однако было понятно, что этот небывалый спрос обусловлен ожиданием заказчиками роста цен и их стремлением закрыть уже имеющуюся потребность до объявления жестких ограничений. Уже сейчас в целом по отрасли продажи окон в розничном сегменте падают. В строительстве данный тренд будет наблюдаться несколько позже.
«В ближайшей перспективе падение продаж в большинстве отраслей неизбежно, и наша, увы, не станет исключением. Со снижением доходов людям будет не до улучшения жилищных условий и, соответственно, не до окон, поскольку они не являются предметом первой необходимости. Нас ожидает, мягко говоря, крайне тяжелый год, и это понимают все участники рынка. Развитие ситуации зависит от длительности ограничительных мер, именно они в конечном итоге влияют на доходы населения, а значит - на покупательную способность. К сожалению, никто не может заглянуть в будущее, но уже ясно, что сильное падение неизбежно и в строительной, и в оконной отрасли, и оно вполне может превысить 25 %.Тем не менее, программы государственной поддержки и субсидирование ипотеки под 6,5 % смогут немного поддержать рынок недвижимости, и это дает надежду на то, что на строительном рынке падение будет не слишком драматичным»,- считает он.
Схожие выводы делают и другие игроки рынка. Руководитель группы компаний ИВАПЕР Светлана Иванова полагает, что государственная поддержка была бы в первую очередь полезна как для строительной отрасли в целом, так и для наших граждан в частности. «Возможности по расширению круга клиентов есть всегда, когда на рынке есть живой и платежеспособный спрос. Сейчас мы, очевидно, наблюдаем ослабление платежеспособности. Поскольку наша продукция находится в цепочке снабжения крупнейших строительных организаций, компания ИВАПЕР продолжает работу, и это уже само по себе очень позитивно. Мы не попали в список пострадавших предприятий и приветствуем любые действенные меры поддержки бизнеса, предложенные Правительством РФ в связи с пандемией. В частности, озвученные целевые показатели ипотеки под 6,5% и снижение единого социального налога без сомнения окажут позитивное воздействие на строительную отрасль и, косвенно, на наше развитие»,- уверена она.
«Если мы рассмотрим рынок массового жилищного строительства, - добавляет Светлана Иванова, - то в 2020–2022 гг. продолжается, вне зависимости от эпидемических каникул, реализация государственной программы «Обеспечение доступным и комфортным жильем и коммунальными услугами граждан Российской Федерации». В структуре строящегося жилья по России преобладают классы «эконом» и «комфорт», а значит должна быть потребность в качественных и простых окнах и дверях. Основной двигатель роста для нас и для строительной отрасли - деловая активность граждан, направленная на улучшение своих жилищных условий».
Руководитель направления Коммуникаций VEKA Rus Сергей Ельников считает, что сейчас государству важно решить задачу, направленную на повышение реальных доходов населения, которые сокращаются вот уже шесть лет подряд, и поднять которые разовыми мерами невозможно. «Если государство будет стимулировать развитие конкурентно-рыночной среды, поощрять малый и средний бизнес, создавать привлекательные условия для инвесторов – всё это в комплексе может со временем привести к созданию эффективных рабочих мест и росту доходов. Именно в этом ключ к росту рынков. Вместе с тем не могу не отметить разумность такой меры, как субсидирование ипотечного кредита, обязательства по выкупу части построенного жилья государством и его структурами, что может стать хорошим стимулом для строительной отрасли», - подчеркивает эксперт.
Держаться по курсу
Стоит отметить, что пандемия коронавируса, снижение мировых цен на нефть, ряд политических решений привели к повышению курса мировых валют и ослаблению рубля. В связи с этим многие строительные материалы, оборудование для ремонта иностранного, да и российского производства за последний месяц подорожали. Стоимость ПВХ- профилей имеет свои особенности.
В целом, поясняет заместитель генерального директора по маркетингу компании «ЭксПроф» Михаил Жолобов, цены на оконные ПВХ-профили зависят прежде всего от изменения рублевых цен на основное сырье – суспензионную ПВХ-смолу. А эти колебания в течение года бывают весьма значительными. Дело в том, что все мировое производство ПВХ концентрируется на очень крупных национальных и транснациональных предприятиях, оперирующих на глобальном рынке. В России всего четыре производителя ПВХ-смолы, а в мире в целом их не более двух-трех десятков. Для них нет особой разницы, на каком рынке – внешнем или внутреннем – продавать свою продукцию. Соответственно и цены они ежемесячно пересматривают, ориентируясь на текущую мировую конъюнктуру в долларах, которая также постоянно меняется. Колебания курса рубля оказывают дополнительное влияние на внутренние цены, но оно вторично.
«Проблема, скорее, в другом. Высококонкурентный рынок оказывает сильнейшее ценовое давление на производителей профиля и конструкций из него, побуждая недобросовестные компании экономить на качестве. В последние годы ситуация начала понемногу меняться, так как сами заказчики стали наконец понимать, чем различаются одинаковые с виду окна. Но рынок окон давно прошел стадию насыщения. Большинство эксплуатирующихся зданий уже получили современное остекление, и единственным значимым источником спроса остались только новостройки. Продолжится строительство – значит сохранится и спрос на продукцию», - резюмирует Михаил Жолобов.
По мнению Фолькера Гута, перенасыщение рынка действительно имеет место, но в 2021 году мы постепенно подойдем к осознанию, что ПВХ-окна первого поколения уже не выполняют своих функций и, соответственно, очень скоро потребуют замены. Это станет причиной того, что в ближайшие годы рынок начнет стабилизироваться, но и количество игроков на нем неизбежно уменьшится. Возможность для развития и роста отдельных компаний останется.
Игроки рынка считают, что в ближайшее время будет наблюдаться тренд на сочетание различных оконных профилей, улучшение их характеристик в плане энергоэффективности и т.д. «Сейчас важно дать импульс и пищу для размышлений о том, как развивается наш рынок и какие возможности вытекают из него», - полагает управляющий директор Aluplast Патрик Зейтц. В частности, добавил он, проанализировав потребности клиентов, в дополнение к теплому остеклению компанией уже предложено новое решение в эстетике ПВХ-окон с индивидуальным дизайнерским видом под алюминий или дерево.
«Зеленое» - в тренде. Экологичность строительной химии растет
Одним из базовых трендов в производстве строительной химии стало повышение экологичности и безопасности продукции.
Значительная часть материалов сегмента строительной химии относится к категории повышенной опасности для здоровья человека и окружающей среды. Этот фактор в большинстве случаев действует при невыполнении правил использования продукции.
По словам экспертов, наиболее вредными потенциально продуктами строительной химии являются материалы, содержащие органические растворители, в первую очередь ароматические, например, толуол, или хлорорганические. Работа с ними без соблюдения техники безопасности и использования специальных защитных средств может неблагоприятно сказаться на здоровье людей. В частности, вдыхание паров органических растворителей может приводить к острым респираторным заболеваниям, нарушению работы печени и почек.
При работе с полиуретановыми системами следует опасаться диизоцианатов, являющихся канцерогенными и тератогенными веществами. Очень важно избегать их контакта с органами дыхания и незащищенными участками кожи. Нужно понимать, добавляют специалисты, что строительная химия, как, впрочем, и бытовая, имеет свои особенности применения и связанные с этим ограничения. Если не соблюдать мер предосторожности, то пользоваться и средством для мытья посуды будет опасно.
Как отмечает руководитель направления R&D «Добавки в бетон» корпорации ТЕХНОНИКОЛЬ Андрей Малинин, по сравнению со многими другими продуктами строительной химии добавки в бетон все же стоят особняком. «Во-первых, они представляют собой, как правило, водные растворы. Использование в качестве растворителя обычной воды уже делает их практически безопасными. Добавки в бетон не содержат сильных кислот или щелочей, способных вызывать раздражение кожных покровов и слизистой или приводить к химическим ожогам. И наконец, многие компоненты, использующиеся в добавках, сами по себе являются веществами природного происхождения, так как это продукты переработки древесины. Некоторые из них настолько экологичны, что используются в борьбе с эрозией почв. Водный раствор полимера распыляется над проблемной зоной, стабилизирует почву, позволяя вырасти траве, а затем полностью безопасно биодеградирует под воздействием природных микроорганизмов», – рассказал он.
Стоит отметить, что в последние годы большинство производителей строительной химии старается минимизировать негативное воздействие своей продукции на человека и окружающую среду. Для достижения этих целей компании внедряют новые технологии в производство, начинают выпускать улучшенные по своим характеристикам материалы. «Дочки» иностранных концернов, крупные отечественные отраслевые компании работают по корпоративным стандартам повышенной экологичности своей продукции. В частности, такие холдинги, как Henkel, Kiilto, Sika, Basf, уже заменили в своих продуктах определенные вредные компоненты более безопасными.
В настоящее время и на уровне государства предъявляются более жесткие требования к качеству строительных материалов и их экологичности. Также становятся более популярными добровольная «зеленая» сертификация и декларирование продукции. Партнер и руководитель отдела экологической сертификации EcoStandard group Ксения Лукьященко отмечает, что важно учитывать влияние строительных материалов на окружающую среду на всем протяжении жизненного цикла (от добычи сырья, производства и выпуска продукции с завода, эксплуатации – до ее утилизации). «Сведения об этом могут содержаться в экологических декларациях продукции (EPD). Раскрытие информации таким способом говорит о производителе как об ответственном поставщике, который отвечает за качество своей продукции, а также за негативное воздействие, оказываемое ею на окружающую среду и человека. Распространение таких деклараций на рынке будет способствовать развитию и улучшению имиджа компаний, которые уделяют внимание этой важной проблеме», – уверена эксперт.
Кстати
По данным Росстата, по итогам 2019 года производство лакокрасочных материалов на основе полимеров выросло на 15,6% в сравнении с 2018 годом. Общий объем выпущенной продукции составил 1,1 млн т.