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.
Положительный настрой. Развитие рынка стройматериалов
Производство и потребление многих отечественных строительных материалов продолжает расти. Российские продукты все активнее вытесняют с рынка иностранные аналоги и совершенствуют свои качественные характеристики.
По данным Росстата, по итогам 2019 года индекс промышленного производства в стране составил 102,4%, в сравнении с 2018-м. При этом данные по выпуску строительных материалов показали разнонаправленную динамику. В частности, за минувший год производство товарного бетона, согласно статистическим данным, выросло на 12%, ЖБИ – на 5,5%, фасадных керамических изделий – на 10,3% и т. д. При этом выпуск керамики для внутренней облицовки помещений снизился на 11,7%. Также в минус ушло производство шифера (–11%), силикатного кирпича (–2,7%) и т. д.
О разнонаправленной динамике производства и потребления стройматериалов говорят и игроки строительной отрасли. По словам генерального директора корпорации ТЕХНОНИКОЛЬ Владимира Маркова, в целом для рынка гидроизоляции в России был характерен рост доли продукции современного типа. В частности, сегмент битумно-полимерных материалов демонстрировал устойчивый рост – на 4,5% к 2018 году. При этом продолжилось падение спроса на рубероид (–15%).
Рынок теплоизоляционных материалов в 2019 году показал снижение на 1%. Но некоторые сегменты этого направления показали рост. Так, XPS (вспененный пенополистирол) вырос за счет замещения EPS (экструдированный пенополистирол), утеплитель PIR – за счет увеличения доли на на объектах с плоскими кровлями.
По оценке экспертов, по итогам 2019 года рынок сухих строительных смесей в целом будет в плюсе. Однако, как считает заместитель генерального директора по развитию ООО «Корпорация «КРЕПС» Мария Зборовская, в 2020 году этот продукт покажет прирост продаж не более 3-4%. «Это связано в большей степени со стагнацией рынка жилой и коммерческой недвижимости. По экспертным оценкам, только в 2021 – начале 2022 года будет четкое понимание по вопросам перехода на проектное финансирование. Также важным фактором является всеобщее снижение рентабельности девелоперских проектов. Как показал конец 2019 года, много мелких застройщиков признало себя банкротами и ушло с рынка», – отмечает она.
Результаты импортозамещения
В 2019 году сохранился и усилился тренд последних лет на вытеснение с рынка продукции зарубежного производства, замену ее отечественными аналогами. При этом иностранные игроки, не желающие покидать Россию, продолжали работу по локализации работы дочерних предприятий.
«Если говорить об общестроительных материалах, то можно уверенно утверждать, что доля импорта крайне мала. Первый скачок в сторону уменьшения в данном сегменте произошел еще в 1998 году, когда была первая девальвация рубля. До этого времени доля западных материалов была очень велика, однако после кризиса 1998 года она снизилась примерно до 10%. Импорт остался лишь в некоторых консервативных областях. Волна кризиса 2008 года и нынешняя ситуация свели к минимуму присутствие иностранных материалов на российском рынке. Если говорить о сохранившемся импорте в строительстве, то это прежде всего отделочные материалы: плитка, обои, некоторые виды красок. Чаще всего западные товары представлены в дорогом, так называемом элитном сегменте. Важно понимать, что импорт зарубежной продукции в Россию сейчас просто экономически не оправдан. С учетом логистических расходов они становятся супердорогими», – подчеркивает Владимир Марков.
Расширение ассортимента отечественных строительных материалов отмечают и ритэйлеры. Директор по сорсингу «Леруа Мерлен» Руслан Хакало сообщил, что на данный момент торговая сеть сотрудничает более чем с 1600 поставщиками – и доля российских, включая дистрибьюторские компании, составляет 77%, увеличившись за последние три года на 6%. «В ближайшие годы мы планируем довести долю отечественных компаний до уровня не менее 80%. Число локальных поставщиков должно превысить 300. Долю российских товаров рассчитываем увеличить до 70%», – отметил он.
Выбирая качество
Еще один тренд – улучшение качественных характеристик многих отечественных стройматериалов. Это связано со внедрением в ряде сегментов новых норм и стандартов. В частности, по мнению Марии Зборовской, большое влияние на рост качества сухих строительных смесей оказало событие 2018 года – введение обязательного декларирования соответствия продукции ГОСТам. В результате некоторые производители отказались от продаж некачественного продукта.
Кроме того, многие предприятия, выпускающие стройматериалы, за последние два-три года провели модернизацию. Это также положительно отразилось на качестве продукции. Правда, очень часто из-за экономии средств как застройщики, так и физлица используют в строительстве самые бюджетные варианты.
В настоящее время многие российские продукты, как рассказывает Владимир Марков, уже соответствуют мировым требованиям. Ярким подтверждением этому служит экспорт отечественных стройматериалов не только в страны СНГ, но и в Европу, Азию. В целом же развитие всегда подразумевает обмен опытом. А это значит, что российские компании могут учиться у мировых лидеров производства, совершенствовать технологии и сами материалы.
Сейчас отечественная продукция, как добавляет Руслан Хакало, хорошо представлена в сегментах общестроительных материалов, столярных изделий, керамической плитки, лакокрасочной продукции, мебели, продукции из дерева, сантехники, товаров для сада. «По уровню качества сейчас российские производители не уступают китайским и европейским. Причем, если возникают замечания, компании РФ готовы вносить изменения и дорабатывать продукцию, с тем чтобы повысить уровень качества. Однако хотелось бы большей гибкости, какую, например, демонстрируют китайские производители. Они готовы на одном предприятии выпускать продукцию разного качества и с разными свойствами, в зависимости от требований клиентов. Это позволяет им изготавливать товары для самого широкого круга покупателей», – резюмирует специалист.
Мнение
Владимир Марков, генеральный директор корпорации ТЕХНОНИКОЛЬ:
– Повышение качества – это беспрерывный процесс. Мир меняется, вместе с ним меняются, в частности, и строительные материалы. Производство постоянно изучает потребности потребителей, так на рынке появляются новые технологии и решения – более удобные в монтаже, с большим сроком службы. Яркий пример – самоклеящиеся материалы для гидроизоляции. Они отлично справляются с функцией защиты от влаги, но при этом с их монтажом может справиться абсолютно любой человек. Ведь чтобы снять защитную пленку с самоклеящегося слоя и приклеить полотно к поверхности, специальные навыки не нужны. Долговечность становится приоритетом. Преждевременные ремонты и реконструкции никому не нужны.
Александр Кисилёв, заместитель главного инженера АО «ПО «Баррикада»:
– Наше предприятие полностью ушло от применения агрегатно-поточной технологии в сторону более экономичных и совершенных – конвейерных и стендовых, позволяющих максимально повысить эффективность производства. Результатом проведенной к настоящему времени модернизации стало увеличение выпуска готовых изделий с единицы площади в два раза, сопровождающееся сокращением общезаводских расходов. Применение таких материалов, как современные химические добавки в бетон, новые классы арматурных сталей, в сочетании с новым оборудованием, – обеспечивает положительный экономический эффект, а также повышает технологичность производственного процесса. Это в конечном итоге положительно сказывается на качестве готового продукта и позволяет предприятию не только уверенно чувствовать себя на высококонкурентном рынке строительных материалов, но и соответствовать высокому статусу предприятия, допущенного к поставке своей продукции в Вооруженные силы России.
В фазе роста. Итоги года в сфере производства цемента, бетона и ЖБИ
Производители цемента, бетона и ЖБИ заканчивают 2019 год в плюсе. Однако с неуверенностью смотрят в будущее из-за общей неопределенной экономической ситуации в стране и в строительной отрасли.
По данным объединения производителей цемента «Союзцемент», по итогам десяти месяцев 2019 года выпуск материала увеличился на 8,3% в сравнении с аналогичным периодом 2018-го и составил 50,7 млн т. Его потребление показало схожие результаты, поднявшись на 8,2% до 50,8 млн т.
Согласно исследованию, СЗФО стал единственным федеральным округом, продемонстрировавшим за этот период отрицательную динамику. Снижение производства цемента составило 3% и составило 2,7 млн т. Этот результат эксперты связывают с коррекцией после скачка производства по итогам прошлого года. СЗФО был лидером в выпуске цемента (+10,6%). Все остальные округа, кроме ДФО и ЮФО, демонстрировали в 2018 году снижение объемов выпуска.
Ожидается, что по итогам ноября и декабря этого года СЗФО преодолеет нулевой показатель и покажет рост на уровне 1–2%. В целом, полагают игроки рынка, по итогам 2019 года российская цементная отрасль впервые за пять лет будет в плюсе. Рост производства и потребления продукта составит 8% и достигнет 58 млн т.
Девелоперская активность
По итогам десяти месяцев положительную динамику показали и производители бетона и ЖБИ. По данным аналитиков СМ ПРО, выпуск бетона за данный период увеличился на 13,1% и достиг 27,7 млн куб. м. Производство ЖБИ выросло на 5,4%, до 14,7 млн куб. м.
Эксперты связывают увеличение производства и потребления цемента, бетона и ЖБИ с реформированием механизма финансирования жилищного строительства. Девелоперы активизировали в первом полугодии работы на своих объектах, чтобы достигнуть готовности на уровне 30% и тем самым обеспечить возможность привлечения денежных средств дольщиков по старой схеме.
Следующий год, полагают аналитики и игроки рынка, может быть более сложным. Переход на проектное финансирование, по оценке многих специалистов, грозит существенным замедлением темпов строительства. Также на отрасли негативно может отразиться общая неопределенная экономическая ситуация в стране.
В среднесрочной перспективе положительными факторами для производства цемента, бетона и ЖБИ должны стать выполнение национального проекта «Жилье и городская среда», а также реализация проектов реновации жилищного фонда, комплексного развития территории и увеличение объемов строительства дорог.
Константин Архипов, начальник отдела продаж Торгового Дома «АльфаЦем» говорит, что, несмотря на положительные показатели, в целом уходящий 2019 год был непростым для отрасли ЖБИ. Влияние оказывали падение платежеспособности покупателей, постоянное изменение нормативов, внедрение схемы эскроу-счетов. Также многие производства, не вписавшись в новые реалии, обанкротились. При резко наступивших изменениях стало невозможно обслуживать ранее взятые кредиты.
Тем не менее, для самой ГК «АльфаЦем» год был удачным. «Прирост выручки по железобетонным изделиям составил 50%. Это произошло прежде всего за счет поставок ЖБИ на инфраструктурные объекты промышленного сектора, оптимизации внутренних процессов, увеличения количества и номенклатуры выпускаемых изделий и, конечно, за счет ухода других игроков рынка ЖБИ. Мы стали более гибкими – и сейчас быстрее реагируем на запросы рынка», – отметил Константин Архипов.
Нормативная оптимизация
По словам специалистов, в этом году, как и ранее, зарегулированность старыми нормативами продолжала тормозить развитие цементной и бетонной отрасли. Некоторые из стандартов находятся в противоречии с другими необходимыми к исполнению требованиями. Это затрудняет работу игроков рынка.
В настоящее время, по словам Константина Архипова, избыточное количество отраслевых норм зашкаливает. Это и нормативы СССР, РФ, Таможенного Союза и т. д. Созрела необходимость упразднить те стандарты, которые уже утратили свое значение или имеют более современные аналоги, навести порядок в сфере сертификации продукции.
С этим согласен и руководитель НТЦ ООО «Полипласт Северо-Запад» Игорь Коваль. В частности, он считает, что в области добавок и бетонов очень много вопросов накопилось к критериям в ГОСТ 2421 и методам проверки в ГОСТ 30459, к неопределенному статусу еще действующих федеральных норм по расходу цементов от 1998 года. Также есть «хронические недостатки» положений ГОСТ 18105, который весьма громоздок, сложен в использовании, и отдельных разделов ГОСТ 26633, которые уже не поспевают за техническим прогрессом, и т. д.
«При этом требуемые базовые взаимосвязи ряда важных ГОСТ по изготовлению бетонов и строительных Сводов правил (СП) выглядят слабыми и порой противоречивыми, а иногда и не имеют четкого научно-инженерного обоснования. Например, новый ГОСТ на коррозионную стойкость бетона, где относительно базового СП 28.13.330-2012 просто сильно захотелось снизить классы бетона, обеспечивающие параметры долговечности. Все это уменьшает ценность нормативов в глазах потребителей и пользователей документации. Накопилось также много вопросов по цементным ГОСТ. В частности, о том, где и когда будет введено ограничение по максимальной допустимой температуре отгружаемого потребителям цемента и т. д. Сейчас в этом направлении наблюдается откровенный хаос: так, можно отгружать цемент с температурой 50 или 80, или 90 градусов. Так что работы по регулированию и коррекции стандартов более чем много», – резюмирует Игорь Коваль.
Мнение
Константин Архипов, начальник отдела продаж Торгового Дома «АльфаЦем»:
– В 2020 год мы смотрим без лишнего оптимизма. Надеемся на более четкие механизмы работы с застройщиками. Также крайне необходима стабильность ситуации во всей строительной отрасли. Это поможет росту рынка. При этом, если будут опять происходить какие-то излишне кардинальные изменения в строительной сфере, ни к чему хорошему это не приведет – и нас ожидает очередное укрупнение бизнеса.