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.
В тепле и комфорте. Рынок внутрипольных конвекторов
По мнению экспертов, встраиваемые в пол конвекторы являются наиболее практичным прибором отопления в помещениях с панорамными окнами и все чаще задействуются застройщиками.
Внутрипольные конвекторы – одна из сравнительно новых систем отопления помещений. Как и другие приборы конвекторного типа, она является альтернативой привычным радиаторам. По оценке специалистов, еще три года назад в семействе конвекторов внутрипольные занимали долю в объемах производства около 10%. Сейчас показатель подрос из-за роста объемов жилья с большой площадью остекления помещений.
Напомним, внутрипольные конвекторы непосредственно монтируются в стяжку пола. В отличие от радиатора, который в основном излучает тепло, конвектор передает тепло с помощью циркуляции воздуха. Тепло быстро распространяется по всему помещению, быстро достигается комфортная температура.
Существуют внутрипольные электрические и водяные конвекторы. Также эти приборы могут быть с принудительной и естественной конвекцией. По словам генерального директора АО «Фирма Изотерм» Виктории Нестеровой, внутрипольные конвекторы с принудительной конвекцией позволяют увеличить тепловую мощность более чем в 5 раз по сравнению с аналогами без вентилятора. Поэтому их рекомендуется применять в случаях, когда нужна увеличенная теплоотдача.
В Петербурге внутрипольные конвекторы установлены в ряде бизнес-центров, а также в новых жилых объектах комфорт-, бизнес- и премиум-класса. Они отличаются энергоэффективностью, а также, за счет своей «невидимости», не портят вид на окрестности.
Как рассказывает коммерческий директор Docklands development Екатерина Запорожченко, внутрипольные конвекторы задействованы в зданиях лофт-квартала Docklands, которые проектируются и возводятся по немецким технологиям строительства энергоэффективных зданий. «Поскольку корпуса располагаются на берегу Невы, вид стал одним из ключевых достоинств проекта. С целью его подчеркнуть мы приняли решение выполнить одну из стен каждого помещения в панорамном стекле. Чтобы обеспечить безукоризненный вид, но при этом защитить помещения от холода, остановили свой выбор именно на внутрипольных системах конвекторного отопления», – рассказала она.
В настоящее время на рынке внутрипольных конвекторов работают такие российские компании, как «Изотерм», «Варманн», «Техно», КЗТО и др. Большинство из них свое оборудование выпускают под брендом на латинице. Также на российском рынке есть и иностранные производители, в том числе такие известные европейские, как Mohlenhoff, Jaga, Minib, Kampmann. Реализуется и продукция ряда китайских компаний. По оценке специалистов, в последние два-три года отечественные предприятия наращивают объемы производства, вытесняя зарубежных производителей. В частности, это происходит благодаря курсу на импортозамещение и введению с июня 2018 года обязательной сертификации приборов отопления.
Как отмечает Виктория Нестерова, в целом на сегодняшний день на территории РФ около 10 заводов выпускают медно-алюминиевые конвекторы. Также некоторые европейские производители открыли свои производства в нашей стране. Но в ряде случаев их переносят не полностью. «Мы считаем, что при таком, так называемом сборочном, производстве изготовитель не может дать полноценной гарантии на свои приборы. Введение обязательной сертификации позволило решить ключевую проблему российского рынка отопительных приборов – прекратить практику введения потребителей в заблуждение путем завышения функциональных характеристик. Также оно существенным образом способствовало развитию импортозамещения за счет обеспечения равных и честных правил игры и создания условий для добросовестной конкуренции», – подчеркнула она.
Кстати
Согласно данным Ассоциации производителей радиаторов отопления, по итогам 2019 года зафиксирован рост объемов производства медно-алюминиевых конвекторов на 25,1%. У стальных конвекторов этот показатель снизился на 3%. Производство алюминиевых и биметаллических секционных радиаторов выросло на 33,4%, стальных панельных – на 49,6%.
Виктория Нестерова: «Внутрипольные конвекторы перестали быть диковинкой»
Внутрипольные конвекторы водяного отопления все активнее применяется в офисах и жилых помещениях. В интервью «Строительному Еженедельнику» генеральный директор АО «Фирма Изотерм» Виктория Нестерова рассказала о том, чем обусловлен растущий спрос на эти системы отопления, и развеяла некоторые мифы о них.
– Какова ниша внутрипольных конвекторов водяного отопления на сегодняшнем рынке?
– Тренд однозначен: они становятся все более популярными и все чаще устанавливаются вместо радиаторов. Причиной тому – современные тенденции в строительстве. В новых административных, офисных, жилых зданиях все больше используются панорамные окна, витражи, эркеры и прочие архитектурные изыски. Стандартные радиаторы для отопления помещений с такими пространственными элементами подходят плохо. Поэтому в них обычно применяются внутрипольные конвекторы.
Это оборудование не только не загораживает панораму и идеально вписывается в любой интерьер, но при этом препятствует запотеванию стекла и отсекает сквозняки. Кроме того, внутрипольные конвекторы – это энергоэффективные приборы отопления. К примеру, в частном доме с индивидуальной котельной они помогут сэкономить до 30% затрат на отопление. Малый объем теплоносителя (0,4 л воды в конвекторе мощностью 1 кВт, что в 5 раз меньше, чем у радиатора) и применение материалов с высокой теплопроводностью (медь, алюминий) обеспечивают прогрев помещения до 20 градусов всего за 5 минут.
Добавлю, что мода на панорамное остекление только начала приходить к нам из Европы и будет в России стремительно развиваться. Соответственно, будет расти и популярность внутрипольных конвекторов. Наше предприятие в данном сегменте постоянно наращивает объемы производства на протяжении уже более десяти лет.
– Какие виды внутрипольных конвекторов выпускает ваша компания? В чем их особенности?
– В линейке продукции АО «Фирма Изотерм» представлен широкий размерный ряд внутрипольных конвекторов как с естественной, так и с принудительной конвекцией.
В частности, мы выпускаем внутрипольный конвектор, который может использоваться как в режиме отопления, так и в режиме охлаждения. Корпус выполнен из нержавеющей стали под уклоном и оснащен дренажными патрубками для отвода конденсата и удаления влаги, что делает возможным его установку и во влажных помещениях.
Также мы производим внутрипольные приборы отопления с подключением к приточно-вытяжной вентиляции. Все конвекторы выпускаются из лучших, по теплотехническим свойствам и устойчивости к коррозии, материалов: медных труб и напрессованных на них алюминиевых пластин, что обеспечивает качество и срок службы до 50 лет.
– Существует мнение, что внутрипольные конвекторы – оборудование хорошее, но слишком дорогое…
– Это миф, у которого уже истек срок давности. Прошли времена, когда внутрипольные конвекторы были чем-то редким и эксклюзивным. На данный момент на отечественном рынке работает более десяти производителей такой техники. Конкурентная борьба, оптимизация конструкций и увеличение объемов строительства с применением внутрипольных конвекторов привели к их существенному удешевлению. Сейчас их стоимость вполне сопоставима с ценой качественного европейского радиатора.
Кроме того, конвекторы российского производства в меньшей степени зависят от изменения курсов валют, а следовательно, обладают вполне конкурентоспособной ценой по сравнению с европейскими аналогами.
– Сложно ли их подобрать и смонтировать?
– Установку внутрипольного конвектора следует учитывать уже на стадии проектирования, так как монтаж имеет свою специфику. В стяжке пола необходимо подготовить специальные углубления и каналы под трубопроводы, которые могут быть выполнены из любого материала. В линейке приборов «Изотерм» есть внутрипольные конвекторы глубиной всего 80 мм. Их можно установить при стандартной толщине строительных перекрытий, практически в любом помещении.
Кроме того, существует огромное количество типоразмеров внутрипольных конвекторов, что позволяет выбрать оборудование по параметрам заказчика. В частности, наша компания всегда готова изготовить прибор, выполненный специально под условия клиента: и по мощности, и по габаритам, и по цвету, и по расположению терморегулятора. Угловое или радиусное исполнение конвектора позволит установить его в труднодоступных местах, когда нужно обойти угол, обогнуть колонну или зайти в нишу.
– В этом году АО «Фирма Изотерм» празднует свое 30-летие. Как планируете отметить свой юбилей?
– В 2019 году мы начали масштабное техническое переоснащение производства, приобрели новое оборудование, расширяем производственные мощности в целях увеличения объема выпуска и повышения качества продукции. В результате, несмотря на высокую конкуренцию, мы намерены продолжать удерживать лидерские позиции на рынке и плотно работать как с действующими, так и новыми клиентами.
То есть праздновать 30-летие мы планируем повышением производительности нашей компании. Ну и конечно, без подарков нашим постоянным партнерам нам не обойтись. Летом в период белых ночей мы приглашаем наших лучших заказчиков в гости, чтобы отметить юбилей. Будем праздновать – и одновременно строить грандиозные планы на будущие 30 лет.