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.
От первого лица. Проблема неграмотного использования материалов и оборудования
Производители строительных материалов, специализированных приборов и оборудования стараются более плотно работать с подрядными организациями, чтобы повысить качество проводимых ими работ.
По мнению экспертов, более чем в двух третях случаев выявленного некачественного строительства виноват человеческий фактор. Представители организаций, непосредственно работающих на стройке, зачастую действуют не в соответствии с установленными требованиями. В частности, они технологически неправильно используют стройматериалы, с ошибками монтируют оборудование и приборы. Все это чревато серьезными ЧП, в том числе трагедиями. Причем иногда низкое качество проведенных строительных или монтажных работ объясняется не только халатностью, но и слабыми знаниями сотрудников подрядных организаций о том, как их необходимо проводить.
Представители производственного сектора отмечают, что качественная продукция не является абсолютной гарантией долговечности и надежности построенного объекта. Грамотное применение материалов – это всегда клиентский опыт. Одни четко соблюдают инструкции и обладают достаточными профессиональными навыками, другие могут упустить важные нюансы, что становится причиной преждевременных ремонтов.
Мера ответственности
Руководитель Службы качества корпорации ТЕХНОНИКОЛЬ Дмитрий Майоров рассказывает, что случаи неправильного применения стройматериалов компании возникают, к сожалению, регулярно. «Иногда сложно поверить, что это правда, пока не увидишь своими глазами. Например, в нашем ассортименте есть кровельный битумно-рулонный материал, на нижнюю сторону которого нанесены каналы, покрытые песчаной посыпкой, и полосы с битумным вяжущим. Таким образом, за счет наличия специальных вентканалов мы решили проблему вздутий. Однажды подрядчики на одном из объектов уложили материал нижней стороной, которая частично покрыта песком, наружу. Монтировать на такое покрытие второй слой гидроизоляции крайне сложно, поскольку песок будет препятствовать равномерному разогреву материала», – поясняет он.
В этом смысле помощь производителей на стадии строительства одинаково полезна и для заказчиков, и для подрядчиков, добавляет эксперт. Первые получают дополнительную уверенность, что результат окажется качественным, а вторые – экономят затраты, делая с первого раза работу в соответствии с технологией, а также повышают уровень знаний и мастерства.
Согласна с такой оценкой ситуации и генеральный директор АО «Фирма Изотерм» Виктория Нестерова. По ее словам, компания также неоднократно сталкивалась с тем, что при монтажных работах приборы отопления неправильно устанавливали, царапали, били, загрязняли строительными растворами и мусором так, что они переставали работать или начинали шуметь. «Когда компании производят монтаж приборов отопления, даже не открывая паспорта на продукцию и не интересуясь, как устанавливать конвектор и какие необходимы условия для его правильной эксплуатации, – трудностей не избежать. Примеров масса. И проблема здесь одна: строители очень легко и без привлечения к ответственности за негативные последствия отходят от первоначального проекта, который разрабатывали специалисты. Желание экономить на здоровье людей – очень частая история нашего строительного рынка», – отмечает эксперт.
По мнению Виктории Нестеровой, эта ситуация – не вопрос контроля производителей, это ответственность самих строителей перед своими покупателями. Чтобы избежать проблем при эксплуатации, достаточно грамотного технического контроля самой строительной компанией. При этом «Изотерм» в паспортах на продукцию, технических каталогах, на сайте и всеми иными способами доносит до монтажников правила установки своих приборов. «Кроме того, мы очень оперативно откликаемся на все вопросы наших заказчиков по монтажу и вообще по любому техническому вопросу. Наш 30-летний опыт работы позволяет нам решить самые сложные проблемы, которые возникают как в процессе стройки, так и в процессе эксплуатации приборов отопления», – подчеркивает она.
По мнению коммерческого директора ООО «ЛСР.Стеновые» Алексея Онищенко, на строительной площадке важны технический контроль со стороны заказчика и авторский надзор от архитекторов и проектных бюро. Производитель, в свою очередь, должен обеспечить грамотную консультацию клиенту при выборе материала и разработке проекта, рекомендуя к применению те технические решения, который оптимальны в каждом конкретном случае. Не менее важна поддержка производителей при подготовке специализированных регламентов для строителей, а также обучение их применению продукции.
«Зачастую нарушения строительных правил и требований проектной документации приводят к значительным затратам на исправление ошибок. Тем не менее, порой нестандартный подход в проектных решениях использования того или иного материала приводит к улучшению технических характеристик и эстетичному виду объекта. Один из таких примеров – применение в строительстве ограждений тротуарного клинкера. В нашей компании есть подразделение по работе с проектными организациями, которое взаимодействует с ведущими архитектурными мастерскими и проектными бюро. Мы всегда делимся с партнерами накопленным опытом, а также совместно вырабатываем новые решения», – отмечает Алексей Онищенко.
Поддержать и обучить
Представители производственного сектора помогают строителям не только «точечно», но и системно. Они проводят различные семинары, тренинги, вебинары как на своих, так и внешних площадках. В большинстве случаев такие занятия бесплатны. Они проводятся не только для представителей подрядчиков, но и для служб заказчика, торговых партнеров, специалистов служб надзора, муниципальных организаций. В ряде производственных компаний образовательное направление деятельности выделено в отдельную структуру, имеет свой штат специалистов, большие учебные площадки регионального и федерального уровня.
Некоторые такие центры сами производители именуют академиями. В частности, они есть у фирм ТЕХНОНИКОЛЬ, Сен-Гобен, UPONOR (системы водоснабжения), Fischer (крепежные системы) и др. Главная цель, отмечают участники рынка, – от первого лица эффективно донести до партнеров огромный объем знаний, связанных с применением тех или иных материалов или оборудования.
Дмитрий Майоров также напоминает, что в 2013 году в корпорации ТЕХНОНИКОЛЬ появилась Служба качества. «Наши инженеры работают во всех регионах России и помогают подрядчикам справляться с монтажом материалов – обучают, подсказывают, проводят обследования, мастер-классы. Ежегодно мы обследуем около 2 тыс. объектов. Помимо работы на объектах в начале строительного сезона, во всех регионах Служба качества проводит очные встречи с подрядчиками. На них мы получаем обратную связь, замечания и пожелания по материалам и сервисным услугам. Многие предложения затем внедряются», – говорит он.
Мнение
Дмитрий Майоров, руководитель Службы качества корпорации ТЕХНОНИКОЛЬ:
– Практика показывает, что качество стройматериалов – это не гарантия того, что объект, построенный с их применением, долго не потребует ремонта, будет надежным и долговечным. С одним и тем же материалом различные специалисты могут работать совершенно по-разному. Накладывает отпечаток уровень профессионализма, знаний, в конце концов, пресловутый человеческий фактор. С этой точки зрения, со стороны производителя скорее нужна поддержка, а не контроль. Наша задача, как производителя, помочь подрядчикам, вовремя донести информацию о новых решениях, при необходимости обучить, указать на ошибки и объяснить, как делать правильно.
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.