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.
На самоклеящейся основе. Новый материал завоевывает рынок
В массовом и индивидуальном строительстве все активнее используется самоклеящаяся рулонная гидроизоляция. Благодаря своим характеристикам она помогает ускорить монтажные работы и повысить сроки эксплуатации конструкций зданий.
На российском рынке стройматериалов несколько лет назад появилась самоклеящаяся рулонная гидроизоляция. Относится она к семейству битумно-полимерных продуктов и имеет снизу самоклеящийся слой (самоклеящийся битум), до момента использования закрытый антиадгезионной пленкой. Также на некоторых видах гидроизоляции есть двухсторонние самоклеящиеся монтажные полосы. За счет этих своих особенностей «самоклейка», так ее называют в обиходе, плотно скрепляется с конструкциями. В отличие от наплавляемой гидроизоляции она монтируется без применения открытого пламени и каких-либо растворителей, что повышает скорость работ и их безопасность.
Отмерил, отрезал, приклеил
В настоящее время самоклеящуюся рулонную гидроизоляцию выпускает ограниченное число производителей. Стоимость продукта несколько выше в сравнении с другими рулонными материалами, но и характеристики монтажа и эксплуатации продукта улучшены. Применяют ее как в массовом, так и в индивидуальном строительстве. Возможно даже – во втором случае чаще, так как монтаж «самоклейки» достаточно прост. Очень часто она используется в деревянном домостроении.
Руководитель направления «Материалы для малоэтажного строительства» корпорации ТЕХНОНИКОЛЬ Евгений Авдеев отмечает, что, несмотря на то, что самоклеящаяся гидроизоляция появилась не так давно, она уже востребована у покупателей. Высокий спрос объясняется сочетанием отличных эксплуатационных характеристик и технологичностью монтажа. ТЕХНОНИКОЛЬ производит «самоклейку» из высококачественного модифицированного битума на современных линиях заводов в Рязани, Воскресенске и Новоульяновске. В линейку продуктов входят различные решения – для гидроизоляции кровель, фундаментов, полов и перекрытий.
«Материал может решить несколько насущных задач частного мастера. С помощью «самоклейки» строители экономят бюджет, и дело не только в доступной цене. Для монтажа материалов не нужно привлекать высокооплачиваемых профессионалов или брать в аренду оборудование. Процесс укладки состоит из нескольких действий – отмерить, отрезать и приклеить. Риск ошибки или влияние пресловутого человеческого фактора практически сведены к нулю», – подчеркивает эксперт.
Учесть нюансы
Менеджер объектов сервиса капитального ремонта «Сделано» Антон Коновалов также отмечает легкость монтажа самоклеящейся гидроизоляции. Тем не менее, добавляет он, важно соблюдать все правила и нюансы ее укладки. «К примеру, при гидроизоляции пола рулоны должны выдержаться в помещении не менее суток. Их монтаж осуществляется на предварительно выровненную безусадочную поверхность бетонного основания или цементно-стружечных плит (ЦСП), которую необходимо тщательно очистить и обработать специальным грунтом. При этом уровень влажности основания не должен превышать 4%. Отрезки от рулона необходимо подготовить с учетом захода «самоклейки» на стены, не менее 200 мм. В начале укладки материал освобождается от защитной пленки на клеевой основе. Само наклеивание должно осуществляться внахлест с соседним полотном. Разглаживать изоляцию необходимо специальным валиком по принципу обоев, что помогает удалить воздушные пузыри, для надежного сцепления материала с основанием и исключения разрывов. Кроме того, особое внимание нужно уделить стыкам полотен. В примыкании к стенам должны быть сформированы закругления из полосок материала изоляции, чтобы избежать прорывов и заломов в углах. В целом «самоклейка» – современный качественный материал. Является лучшим решением для самостоятельного устройства гидроизоляции. В частности, она идеально подходит под деревянные покрытия и плитку», – сообщил он.
По мнению директора СК «Золотое сечение» Леонида Галыгина, одним из преимуществ использования «самоклейки» в работе можно считать то, что единое гидроизоляционное полотно выполняет свои функции даже в случае некачественного нанесения или нарушения целостности. Если где-то полотно прилегает к поверхности неплотно, но стыки хорошо склеены, то гидроизоляция будет работать. «Отмечу, что в строительстве сейчас чаще всего используются обмазочные и самоклеящиеся гидроизоляционные материалы. Использование того или иного продукта зависит от вида узла, помещения или части помещения, в котором будет проводиться гидроизоляция. Но, как правило, выбор делает не потребитель, а проектно-сметная организация или строительная компания, исходя из своего опыта или бюджета заказчика. В своей работе мы чаще используем самоклеящуюся рулонную изоляцию для фундаментов, обмазочную – для помещений, полимерную рулонную – для кровельных работ», – добавил он.
Стоит отметить, что в настоящее время в строительстве также все активнее применяют самоклеящуюся гидроизоляционную ленту. Ее используют для заделки стыков между конструкциями. В состав материала могут входить битум-полимеры, бутилен и другие химические соединения, благодаря которым повышается его эластичность и долговечность.
Мнение
Евгений Авдеев, руководитель направления «Материалы для малоэтажного строительства» корпорации ТЕХНОНИКОЛЬ:
– Самоклеящаяся рулонная гидроизоляция корпорации ТЕХНОНИКОЛЬ монтируется просто и быстро, не требует специальных профессиональных навыков. Таким образом, эти материалы можно использовать самому, а в случае привлечения строительных бригад легко проконтролировать ход работ. Помимо легкости монтажа и отсутствия необходимости использовать сложное техническое и зачастую дорогостоящее оборудование, рулонную самоклеящуюся гидроизоляцию можно использовать на горючие основания, на которые невозможно произвести наплавление гидроизоляционных материалов. На данный момент наша линейка всех видов гидроизоляционных материалов отвечает разным потребностям клиентов. Названия продуктов говорят сами за себя: Гидроизоляция пола ТЕХНОНИКОЛЬ, Гидроизоляция фундамента ТЕХНОНИКОЛЬ, Гидроизоляция плоской кровли ТЕХНОНИКОЛЬ, Рулонная черепица ТЕХНОНИКОЛЬ и МИНИ Рулонная черепица ТЕХНОНИКОЛЬ.
Как удержать в компании кровельщика зимой?
К наступлению холодов на стройках прекращается целый ряд работ, которые технологически должны быть выполнены при положительной температуре окружающего воздуха. Речь идет о гидроизоляции плоских кровель крупных и средних площадей жилых, общественных и промышленных комплексов с помощью наплавляемых битумно-полимерных мембран.
Работы окончены, и профессиональный кровельщик начинает искать «теплые» места. В итоге к началу весны мы безвозвратно теряем квалифицированные силы, в обучение которых были вложены деньги, силы и время. И есть общая проблема: что делать в этой повторяющейся ситуации?
Сегодня очень сложно подсчитать, сколько профессиональных кровельщиков трудится на российском рынке, и даже – сколько фирм считают себя специализированными организациями в сфере кровельного строительства. Статистика «портится» как «кочевками» специалистов, так и активным привлечением рабочей силы из стран бывшего СССР на ответственные работы.
Сами фирмы в своих данных зачастую указывают расширенный перечень строительных услуг по принципу «Не хранить яйца в одной корзине».
С этой точки зрения интересен реестр кровельных компаний на сайте www.regtorg.ru/comps/krovelnye-raboty/. В нем сейчас числится 227 специализированных организаций в разных регионах России. ТЕХНОНИКОЛЬ также ведет рейтинг своих партнеров, имеющих разную специализацию. В нем 1,3 тыс. кровельных компаний.
Подсчитать трудно, но фактически проблема зимней миграции специалистов налицо. Что делать?
Эксперты ТЕХНОНИКОЛЬ – ведущего международного производителя надежных и эффективных строительных материалов и систем – разработали программу, позволяющую удержать квалифицированных кровельщиков зимой. Более того, не просто удержать, а на весь год диверсифицировать весь кровельный бизнес в разных сегментах.
Дело в том, что компания производит более 3000 видов продукции, включая широкий спектр кровельных материалов для промышленного и гражданского строительства, в том числе для объектов ЖКХ, с возможностью монтажа материалов при температуре от –5 до –25 градусов. В популярном сегменте битумно-полимерных мембран также постоянно происходят изменения (в частности, нормативной базы), появляются новые материалы и технологии, широко внедряются системы с механическим креплением.
Чтобы специалисты кровельных компаний могли круглогодично работать во всех сегментах рынка, Академия ТЕХНОНИКОЛЬ совместно с ФАУ «Роскапстрой» проводит курсы повышения квалификации сотрудников компаний (услуга платная).
В течение пяти рабочих дней, то есть с минимальным отрывом от работы, специалист проходит теоретическое обучение (14 часов), практические занятия (16 часов) и завершающую аттестацию в течение 4 часов.
По итогам успешной аттестации сотрудник компании получает бессрочное государственное удостоверение от ФАУ «Роскапстрой». Обучение проводится на базе учебных центров ТЕХНОНИКОЛЬ в Москве и Рязани. По итогам курса PRACTIC сотрудник получает сертификат о прохождении курса ТЕХНОНИКОЛЬ по монтажу и контролю качества систем плоских кровель с применением битумно-полимерных мембран.
Сертификат о практическом обучении выдается на два года, по истечении которых проходить обучение заново не требуется – достаточно пройти аттестацию.
Мнение
Юрий Семёнов, руководитель направления ЖКХ корпорации ТЕХНОНИКОЛЬ:
– В России существует реальный дефицит профессиональных строителей. Мне кажется, что переход на круглогодичный монтаж и повышение квалификации специалистов позволят во многом стабилизировать ситуацию.