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.
Bobcat локализовался в России. В Елабуге запущено производство спецтехники
Известный мировой производитель спецтехники – компания Bobcat – начала производство в России экскаватора-погрузчика B780. Это первый локализированный в РФ продукт концерна. В ближайшее время компания намерена занять в этом сегменте спецтехники на российском рынке долю в 15%.
На площадке Елабужского автомобильного завода в Татарстане начался выпуск экскаваторов-погрузчиков Bobkat B780.
Напомним, знаменитый американский производитель компактной спецтехники в 2007 году вошел в южнокорейский холдинг DOOSAN. Сам бренд Bobcat через дилерскую сеть на российском рынке присутствует более 35 лет. В сегменте компактных гусеничных погрузчиков и бортовых погрузчиков с бортовым поворотом он занимает долю рынка на уровне порядка 50%. Также в России компания реализует телескопические погрузчики и экскаваторы. В 2016 году Bobcat для стран ЕМЕА (Европа, в том числе Россия, страны СНГ; Ближний Восток и Африка) запустил производство экскаваторов-погрузчиков. В 2019 году в России их было продано более 3 тыс.
Сделано в России
По словам генерального директора DOOSAN Bobcat EMEA в России Владислава Догановского, площадка ЕлАЗа была выбрана неслучайно. «Собственное производство в России – это новая веха в истории Bobcat. После изучения рынка мы приняли решение о партнерстве именно с Елабужским автозаводом, который имеет опыт выпуска спецтехники, в том числе экскаваторов-погрузчиков. Кроме того, он максимально соответствует технологическим стандартам качества нашего холдинга», – подчеркнул он.
Отметим, что на ЕлАЗе Bobcat задействовал одну производственную линию. Работники прошли специальное обучение, в том числе на заводе холдинга в Чехии. На других мощностях завода продолжается выпуск спецтехники непосредственно самого елабужского предприятия.
Генеральный директор ПО «ЕлАЗ» Камиль Галимов сообщил, что сотрудничество с Bobcat помогает заводу продолжать повышать качество собственной продукции, быть социально ориентированным предприятием. Также он добавил, что кроме экскаваторов-погрузчиков под собственным брендом завод выпускает спецтехнику для нефтяной промышленности, которая пользуется все большим спросом у заказчиков.
Владислав Догановский признается, что локализация производства в России открывает перед компанией возможности работать с государственными и муниципальными заказчиками. Благодаря выходу в эту нишу, в ближайшее время Bobcat планирует занять в этом сегменте российского рынка долю продаж на уровне 15% и войти в тройку лидеров. По его словам, сейчас экскаватор-погрузчик B780 в значительной степени состоит из российских комплектующих и уже прошел сертификацию для получения маркировки «Сделано в России». Импортными составляющими остаются двигатель, коробка передач, трансмиссия, джойстик управления и ряд менее значимых компонентов, которые не выпускаются в России. В настоящее время решается вопрос о замене зарубежного двигателя отечественным аналогом.
Мал, да удал
Региональный менеджер Doosan Bobcat EMEA по России Евгений Суплецов отметил, что в 2020 году на площадке ЕлАЗа планируется выпустить 100–120 экскаваторов-погрузчиков B780. «Мы пока не намерены гнаться за количеством. Для нас важно качество проводимой сборки. Будем отслеживать работу локализованных деталей, приобретать запчасти для производства новой техники, обучать дилеров. Несмотря на то, что мы начали серийное производство экскаваторов-погрузчиков, этот год пока можно считать переходным. Далее планируем наращивать выпуск. В том числе, возможно, начнем производство в Елабуге и других видов спецтехники», – добавил он, отметив также очень конкурентоспособную цену на продукцию компании.
Представители Doosan Bobcat EMEA рассказали об особенностях B780. Эта модель наиболее адаптирована к российским климатическим условиям и оснащена лучшим в своем классе турбированным двигателем мощностью 100 л. с. низким расходом топлива. Кроме того, благодаря небольшим размерам и мобильности машина может быть задействована в местах, куда более габаритная техника не сможет пройти.
Автоматическая коробка передач, использованная в B780, облегчает управление машиной и повышает плавность хода, обеспечивая переключение передач без разрыва потока мощности как на рабочей площадке, так и на дорогах. Экскаватор-погрузчик имеет три режима рулевого управления: поворот только передних колес, симметричный поворот всех четырех колес («след в след») и поворот всех четырех колес в одну сторону («движение крабом»). Джойстики для сервопривода обеспечивают высокоточное и комфортное управление, тем самым снижая утомляемость работника и повышая производительность.
Кстати
Общемировой объем продаж экскаваторов-погрузчиков Bobcat в 2019 году составил 74 тыс. единиц. На первом месте по реализации техники – Индия (35 тыс. машин), далее идут США (10,5 тыс.), Бразилия (5,4 тыс.) и Россия (3,1 тыс.).
Выбор за клинкером. Использование материала расширяется
В настоящее время все активнее в облицовке зданий задействуется клинкерный кирпич. Однако еще более масштабное использование этого материала в строительстве тормозит сравнительно высокая цена.
Около 70% производства кирпича в России приходится на его керамическую разновидность. Этот материал задействуется, в частности, в отделке и облицовке зданий. Клинкерный фасадный кирпич является видом керамического и занимает долю в размере примерно 20% в его производстве.
До недавнего времени значительная часть клинкерного кирпича импортировалась. Сейчас же на высоком качественном уровне его делают и отечественные производители. Кроме того, российские компании выпускают и клинкерную плитку для внутренней отделки стен и для дорожного мощения, в том числе как элемент благоустройства городской среды.
Игроки рынка напоминают, что для производства клинкера применяют тугоплавкие глины, а также специальные режимы обжига с температурой до 1200 °С. Для этого требуются совершенно иные печи, чем при обжиге обычного керамического. В результате получается строительный материал с очень высокими физико-химическими свойствами. В частности, клинкерный кирпич более прочен, чем его классический керамический собрат, морозоустойчив, может иметь различную текстуру и форму. По стойкости к истиранию клинкер превосходит бетон высоких марок в несколько раз. Стены из клинкерного кирпича долгие годы остаются в первозданном виде.
Сделано в России
Из-за использования более дорогого сырья и технологий в производстве клинкерный кирпич дороже обычного в среднем в полтора-два раза. По некоторым видам продукта – цена еще выше. Потребление его может меняться в зависимости от региона.
Коммерческий директор ООО «ТД Маттоне» Сергей Аляпкин отмечает, что покупательная способность большинства потенциальных клиентов в отношении клинкера, к сожалению, в настоящее время невысока. «Если будущий домовладелец остановился при выборе стеновых материалов на керамическом кирпиче, это уже замечательно. В целом потребление облицовочного и клинкерного кирпича за последние два-три года не выросло, а скорее отвоевывает утерянные позиции докризисного периода. За последние несколько лет на волне импортозамещения на рынке появились отечественные производители клинкерного кирпича. В том числе, его производит и наша компания», – добавляет он.
По словам начальника отдела региональных продаж ООО «ЛСР. Стеновые» Сергея Фёдорова, отечественные производители этого строительного материала не только с каждым днем укрепляют свои позиции на российском рынке, но более того – становятся поставщиками для Западной Европы. На рынке недвижимости Москвы, а в последнее время и Санкт-Петербурга, сохраняется тренд на облицовку объектов премиального сегмента клинкерным кирпичом. При этом, чем выше класс объекта, тем более редкий и уникальный продукт используется в отделке фасадов. Яркий пример подобных объектов – флагманский проект бизнес-класса «Группы ЛСР» в Москве «ЗИЛАРТ».
«Потребление клинкера, безусловно, показывает положительную динамику, в первую очередь благодаря высоким эстетическим и прочностным характеристикам продукта. Простой пример для иллюстрации: летом прошлого года спрос на фасадный клинкер был настолько высок, что загруженность складов к началу августа снизилась более чем на 40% по сравнению с августом 2018 года», – добавляет Сергей Фёдоров.
Больше цвета
Эксперты подчеркивают, что клинкерный кирпич за счет возможности «играть» с оттенками позволяет архитекторам и дизайнерам воплощать в жизнь неповторимые, уникальные решения.
«Если говорить о цветовых предпочтениях в последнее время, то можно выделить серые оттенки, ярко-белый и графит, набирают популярность миксы из трех-четырех цветов в разной пропорции. При этом постепенно применение в облицовке гладкого красного, желтого и коричневого кирпича становится признаком отсутствия вкуса, как бы грубо это ни прозвучало», – считает Сергей Аляпкин.
В компании «ЛСР. Стеновые» отмечают, что совсем недавно в предпочтении архитекторов был красный и коричневый клинкерный кирпич. Сейчас же они все чаще используют темно-бордовые, серые и черные цвета. В частности, фасадный клинкер черного цвета «Рейкьявик» (производства «ЛСР») стал хитом прошлого года. «Своим клиентам мы предлагаем широкую цветовую палитру готового клинкера, а под заказ возможно произвести практически любой оттенок. В этом году мы приготовили новинки для покупателей – более двенадцати цветов. Уже вышли три. Ассортиментная линейка будет продолжать расширяться», – заверили представители компании.
Мнение
Сергей Аляпкин, коммерческий директор ООО «ТД Маттоне»:
– Все больше клиентов делают свой выбор в пользу фактурного кирпича, не только клинкерного, но и облицовочного. Мы предлагаем, пожалуй, один из самых широких ассортиментов среди отечественных производителей. В прошлом году была выпущена первая производственная партия полнотелого фактурного кирпича ручной формовки WDF формата 215Х102Х65 мм в семи цветах. Он очень хорошо зарекомендовал себя, в 2020 году мы планируем наращивать его производство.