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.
Тепло в частном формате. Особенности теплоснабжения индивидуальных домов
Современные технологии предлагают немало различных систем теплоснабжения индивидуальных домов. Выбор оптимальной зависит от конкретной ситуации.
Рынок загородной недвижимости растет. Граждане все чаще выбирают постоянным или регулярным местом проживания индивидуальный дом, который находится вне шумного мегаполиса. Комфортное нахождение в нем во многом зависит от выбора вида теплоснабжения. От правильно подобранной системы отопления зависит не только долговечность объекта недвижимости, но и расходы на его эксплуатацию.
Сделать выбор
По источнику тепла отопление частных домов можно разделить на три вида. Первый и наиболее простой – печной. Несмотря на относительный примитивизм, он еще достаточно распространен, но задействуется, как правило, в дачных домах. Второй вид отопления – газовый. Подогрев воды через теплообменник, а затем в радиаторе или других конструкциях происходит с помощью газового котла. Третий вариант – с помощью электричества.
По словам главного инженера компании «Загородные монтажные системы» Владимира Никифорова, выбор между газовым и электрическим теплоснабжением загородных домов непрост. Предварительно необходимо учесть все нюансы местоположения объекта недвижимости, его площадь, состояние коммуникаций и т. д.
«Газовое теплоснабжение дешевле электрического в 2–4 раза. Но это при условии, что рядом проходит газовая магистраль и есть возможность подключения. Альтернатива централизованному газовому отоплению – газгольдер. Но его стоимость достаточна высока, а установка – сложна. Электрические котлы более просты в монтаже и дальнейшей эксплуатации. Полностью исключается возможность отравления угарным газом. Кроме того, большинство электрических котлов более компактны», – говорит он.
В целом, по словам эксперта, газовое отопление рекомендовано для домов площадью от 120 кв. м. «Получается существенная экономическая выгода. Кстати, в настоящее время появляются комбинированные газоэлектрические котлы, но пока они маломощны. В перспективе можно ожидать, что их технологические возможности будут расширяться – и это оборудование будет более широко представлено на рынке», – считает Владимир Никифоров.
Быть в тренде
Сами системы теплоснабжения можно поделить на водяные и электрические. За последние годы в сегменте появилось много новинок, хотя некоторые собственники предпочитают классические – привычные радиаторы отопления.
Как отмечают представители компании REHAU, сейчас в России существует огромное количество дорогих домов, в которых нет вентиляции, повышенная влажность или наоборот – постоянно пересушенный воздух. Обычно это следствие экономии на инженерных системах, непонимания принципа их работы или боязни использовать новые технологии – более эффективные, но пока не слишком привычные для определенных категорий потребителей.
В частности, добавляют специалисты, отопление радиаторами – хорошо знакомый способ, сравнительно дешевый и с использованием понятного оборудования. Неудивительно, что в большинстве случаев предпочтение отдается именно ему. Однако эта технология имеет несколько весьма серьезных недостатков, и главный из них – неравномерный прогрев помещения (когда тепло от радиатора нагревает близлежащую зону и частично уходит наружу, при этом в противоположной стороне комнаты по-прежнему холодно). Кроме того, исходящие от радиатора потоки теплого воздуха поднимают с пола и предметов мебели пыль, что не лучшим образом сказывается на качестве микроклимата, а значит, и на самочувствии жильцов.
Поэтому, как отмечает генеральный директор АО «Фирма Изотерм» Виктория Нестерова, все более широкое применение в частном домостроении получают низкотемпературные системы отопления – в частности, конвекторы. Они идеально вписываются в современную архитектурную концепцию, предусматривающую большие окна и панорамное остекление.
«Также у конвекторов есть еще ряд преимуществ. Они универсальны, подходят и к однотрубной, и к двухтрубной системе отопления. Не только обогревают помещение, но и способствуют экранированию холодного воздуха от окон, предотвращают запотевание, образование конденсата и обледенение. Кроме того, конвекторы энергоэффективны. В частности, имеют малый объем теплоносителя (в 8 раз меньше, чем у радиатора), делаются из материалов с высокой теплопроводностью (медь, алюминий)», – говорит эксперт.
По ее словам, можно легко подобрать такие системы отопления под любые помещения, в том числе с нестандартной планировкой, включая влажные: бассейны, бани, теплицы, зимние сады. «Конвекторы безопасны в эксплуатации, температура их наружных поверхностей не превышает 43 °С. Есть возможности интеграции приборов с системой “умный дом”», – добавляет Виктория Нестерова.
Тепло снизу
В загородных домах также все чаще задействуют теплые полы. Как и конвекторы, они могут быть водяными или электрическими. Первые дешевле вторых, но сложнее в монтаже и обслуживании. В случае протечки водяного пола требуется полный демонтаж покрытия. Электрический теплый пол «ест» больше энергии. В помещениях с повышенной влажностью для данных систем отопления требуется более серьезная защита элементов конструкции.
В настоящее время в самостоятельный сегмент выделяют инфракрасные теплые полы. Они все активнее используются в загородных домах. По словам руководителя интернет-магазина климатической техники Sogreto Константина Колесова, инфракрасный пол обладает массой достоинств, а именно: не пересушивает воздух, ионизирует его, нейтрализует неприятные запахи. Его легко монтировать (в частности, самостоятельно). «Пленочный инфракрасный теплый пол предназначен для монтажа под ламинат, линолеум, ковролин. Благодаря небольшой толщине пленка никак не влияет на уровень пола в квартире. Кроме того, пленочный пол под ламинат имеет самый низкий уровень энергопотребления», – рассказывает он.
Также на рынке есть стержневой инфракрасный теплый пол. Его кладут под кафель и керамогранит. «В целом приобретение конвекторных климатических комплексов, инфракрасных обогревателей (как и монтаж теплых полов) обусловлено как раз поиском функциональных обогревающих устройств. Стоит добавить, что сейчас также растет спрос на биокамины, электрические камины с 3D-эффектом живого пламени. Однако практические функции обогрева помещения в этом случае рассматриваются во вторую очередь. Установка таких устройств имеет прежде всего декоративное значение, как признак благосостояния», – добавил Константин Колесов.
Мнение
Виктория Нестерова, генеральный директор АО «Фирма Изотерм»:
– Конвекторы поставляются на объекты готовыми для подключения к системам водоснабжения, а также к электрическим сетям, что упрощает и ускоряет монтаж оборудования, который выполняют специалисты. Они же дают гарантию на выполненные работы. В частности, установку внутрипольного конвектора следует учитывать на стадии проектирования, так как монтаж имеет свою специфику – в стяжке пола необходимо подготовить специальные углубления, как для прибора, так и для трубопроводов. Но даже если это не соблюдено, есть линейка приборов высотой 8 см, что позволяет в данном случае установить внутрипольный конвектор. Стоит также добавить, что в целом конвекторы просты в эксплуатации. Их необходимо очищать от пыли перед началом и в течение отопительного сезона, не допускать замораживания теплоносителя, так как это может привести к выходу из строя теплообменника. Также не рекомендуется устанавливать в одном контуре отопления приборы отопления, изготовленные из меди и алюминия, – для предотвращения гальванической коррозии. Средний срок службы конвекторов – не менее 50 лет при условии соблюдения требований эксплуатации.
Дать вторую жизнь. Строительные отходы нуждаются в переработке
Власти Санкт-Петербурга пытаются решить проблемы несанкционированных свалок, перевозки и утилизации строительного мусора. Эксперты считают, что это будет сложно сделать без коррекции городского и федерального законодательства.
Напомним, создание эффективной системы обращения с отходами производства и потребления, включая ликвидацию всех выявленных несанкционированных свалок в границах городов, является частью национального проекта «Экология», рассчитанного до 2024 года.
Только по лицензии
На прошлой неделе состоялось заседание Комиссии ЗакС Петербурга по экологической защите населения. В нем приняли участие представители Смольного. Было отмечено, что в ближайшие два года власти города готовы будут потратить на ликвидацию 500 выявленных нелегальных свалок более 1 млрд рублей. Кроме того, ожидается принятие ряда законодательных проектов, которые также должны помочь решить проблему с несанкционированным размещением отходов.
Отметим, что значительная часть незаконных городских свалок состоит из строительного мусора. Заместитель председателя Комитета по природопользованию, охране окружающей среды и обеспечению экологической безопасности Петербурга Александр Кучаев сообщил, что в настоящее время ведомством подготовлен законопроект, ужесточающий контроль транспортировки строительного мусора. В частности, предполагается лицензировать транспортировку отходов V класса опасности.
По словам начальника отдела надзора за специальными видами работ Госстройнадзора Петербурга Виталия Пономарёва, в настоящее время в регионе сложилась практика бесконтрольного использования строительных отходов и грунтов, в том числе при подготовке земельных участков для последующего строительства или прокладке инженерных сетей. При этом негативное воздействие на окружающую среду никак не оценивается. Специалист полагает, что такое злоупотребление может привести к деградации земель и невозможности их дальнейшего использования по назначению, и отмечает, что необходимы дополнительные административные меры.
Приоритет – переработка
Несанкционированные свалки стали серьезной проблемой в Петербурге и Ленобласти, считают и опрошенные «Строительным Еженедельником» эксперты. Они также выступают за ужесточение контроля за оборотом строительного мусора. При этом специалисты говорят о необходимости решения на федеральном уровне вопросов, связанных с расширением возможностей переработки этого вида отходов. Также они упрекают застройщиков за низкую культуру сортировочных работ.
Генеральный директор ООО «Нэорециклинг» Роман Казаков напоминает, что основной объем строительного мусора образуется на нулевом цикле работ, при обустройстве котлована. Появляется отработанный грунт, бой бетона и кирпича, которые относятся к V классу опасности по ФККО. Они могут быть переработаны и использованы для нужд городского хозяйства. Остальные отходы, появляющиеся в процессе строительства, имеют IV класс опасности и должны быть утилизированы с соблюдением соответствующих правил безопасности, путем размещения на лицензированных полигонах.
В зависимости от вида образующихся отходов, а также класса их опасности, сбор и временное хранение должны осуществляться раздельно, отмечает эксперт. Однако очень часто это правило не соблюдается. В лучшем случае все вывозится на и без того переполненные официальные полигоны, в худшем – на незаконную свалку.
«К сожалению, на сегодняшний день около 50% от общего объема образующихся грунтов являются замусоренными. Однако большая часть из них направляется на городские объекты с отрицательным балансом грунтов. Остальные, в зависимости от класса опасности и расположения объектов, перемещаются на ближайшие полигоны и карьеры, имеющие лимиты на размещение таких отходов. То же касается и отходов строительства и сноса. Между тем многие материалы можно перерабатывать для получения вторичного сырья», – считает Роман Казаков.
За серьезную переработку строительных и других отходов выступает и председатель правления Экологического союза Семён Гордышевский. По его словам, одновременно с ужесточением наказания для недобросовестных застройщиков, а также других организаций, создающих несанкционированные свалки, необходимо дать бизнесу возможность заниматься переработкой мусора. При этом не должно быть монополизации рынка, как в случае с единым региональным оператором по обращению с отходами. «К сожалению, в самом конце прошлого года были внесены поправки в Закон «Об отходах производства и потребления», приравнивающие сжигание мусора к переработке, что в корне неправильно. Сжигание – это самый конечный вариант утилизации мусора. Он самый дорогой и экологически небезопасный. Кроме того, принятое новшество противоречит изначальным приоритетам нацпроекта “Экология”», – подчеркивает эксперт.
В рамках нацпроекта
Напомним, в рамках этого нацпроекта предполагается нарастить долю ТКО, направленных на утилизацию, в общем объеме образованных твердых коммунальных отходов с 3% в 2018 году до 36% к 2024-му. Чтобы достичь цели, необходимо либо наладить раздельный сбор, либо модернизировать полигоны по приему ТКО, на которых проводить сортировку мусора.
По словам ведущего эксперта УК «Финам Менеджмент» Дмитрия Баранова, в прошлом году в 27 регионах страны было введено свыше 50 предприятий по обработке и утилизации ТКО, общей мощностью по обработке отходов более чем 5,5 млн т, а мощностью по утилизации – свыше 2,5 млн т. «Да, предстоит сделать еще немало, но в целом уже достигнутые показатели позволяют говорить о том, что «мусорная» реформа проходит удовлетворительно. Это происходит не в последнюю очередь благодаря тому, что создана нормативно-правовая основа, разработаны и приняты соответствующие документы: от законов и постановлений правительства до стандартов и правил. В настоящее время упор в реформе необходимо сделать на контроль ее исполнения, соответствия всех участников программы и их действий существующей юридической базе», – считает он.