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.
Игроки рынка демонтажа рассчитывают на рост
По мнению экспертов, активизировать рынок демонтажных работ можно только с помощью крупных проектов редевелопмента и реновации застроенных территорий.
Рынок демонтажных услуг, «просевший» после 2014 года вслед за всей строительной сферой, пока не восстановил свои позиции. Так считает ряд его игроков, хотя другие его представители говорят о небольшом подъеме отрасли. Также специалисты считают, что рынок сейчас «задемпингован» из-за высокой конкуренции и присутствия на нем непрофессионалов.
Определяя показатели
По словам исполнительного директора ФГИК «Размах» Руслана Семенова, рынок демонтажа в Петербурге и Ленинградской области в последние три года показывает небольшой, но неуклонный спад как по количеству контрактов, так и по их цене. В частности, по сравнению с 2018 в 2019 году он потерял в количестве тендеров около 3%. При этом суммарная емкость рынка Петербургской агломерации по итогам текущего года составит около 2,3 млрд рублей против 2,7 млрд в прошлом.
«В дальнейшем мы не прогнозируем положительную динамику, учитывая стремительное сокращение строительного рынка и числа застройщиков как таковых. Ведь в Петербурге и Ленобласти 70% заказов приходятся на гражданский, а не промышленный демонтаж. Количество демонтажных компаний также неизбежно сократится. В последние годы мы уже наблюдаем процесс ухода с рынка многих компаний, которые на пике рынка в 2011–2012 годах могли считаться лидерами», – добавляет Руслан Семенов.
Стоит добавить, что ранее аналитический центр ГК «Размах» отмечал, что по итогам первого полугодия 2019 года емкость демонтажного рынка РФ оценивалась в 118,5 млрд рублей. При этом прирост проектов по сравнению с аналогичным периодом прошлого года составил 4%. Лидерами среди федеральных округов РФ по емкости рынка по убыванию являются ЦФО, СЗФО и ЮФО.
Между тем генеральный директор ГК «КрашМаш» Виктор Казаков охарактеризует текущее состояние рынка демонтажных услуг как позитивное. По его мнению, после кризиса 2014 года и стагнации в 2015–2016 годах спрос на данный сегмент строительной отрасли постепенно пошел вверх и в настоящий момент показывает хорошую динамику роста.
«Все это отражается как в количестве, так и в качестве заказов. Причем под качеством я подразумеваю не только объемы, но и комплексность. В числе последних таких объектов, где был проведен полный или частичный демонтаж, – Ховринская больница, гостиница «Спутник» и «Люблинский ЛМЗ» в Москве, нефтехимический комбинат «Сибур» в Тобольске, «Выксунский металлургический завод» в Выксе Нижегородской области, химпредприятие «НАК АЗОТ» в Новомосковске и многие другие объекты», – перечислил он.
С перспективой на будущее
Эксперты предполагают, что именно крупные и комплексные проекты редевелопмента и реновация застроенных территорий помогут существенно активизировать демонтажный рынок в стране. Также на руку игрокам отрасли может сыграть реализация регионами национальных проектов, связанных с жилищным строительством.
Как отмечает генеральный директор ООО «ЕвроТрансСтрой» Сергей Ракчеев, рынок демонтажа в России – очень перспективное направление. С одной стороны, в стране растет доля изношенности основных фондов промышленных предприятий, с другой – требуются площадки для возведения новых строительных объектов. Поэтому основным драйвером роста рынка в ближайшие годы будет потребность в модернизации индустриальных объектов и сносе аварийного жилья. Сейчас много аварийных объектов находится в Центральном, Приволжском, Северо-Западном, Сибирском и Дальневосточном федеральных округах.
«Также имеет перспективы связанный с демонтажом рециклинг строительных отходов. Сейчас доля строительных отходов, использованных в качестве вторсырья, в РФ составляет не более 30%. При этом в Германии, Нидерландах, Франции такие отходы практически полностью востребованы при строительстве новых объектов», – рассказывает эксперт.
Стоит отметить, что рециклингом некоторые ведущие российские демонтажные компании занимаются давно. Однако для них это был почти всегда вторичный бизнес, не приносящий серьезных доходов. Сейчас переработка строительных отходов для ряда игроков рынка стала одним из основных видов деятельности. Они работают не только с остаточным материалом с площадок, где провели демонтаж, но принимают его и от сторонних организаций. В частности, востребована услуга по преобразованию бетона, железобетона, кирпича во вторичный щебень. Он активно задействуется в дорожном строительстве.
К сожалению, подчеркивают специалисты, в настоящее время на демонтажном рынке остаются откровенно слабые, а иногда и непрофессиональные игроки. Как правило, они занимаются небольшими проектами, но иногда претендуют и на крупные заказы – с помощью демпинга. Не имея в своем штате необходимого числа специалистов и техники, они могут сорвать заказ, не справиться с ним по срокам или провести работы некачественно.
По словам Виктора Казакова, за последние несколько лет серьезные игроки рынка стали еще более крупными, опытными и технически оснащенными. А вот мелкие «однодневки» таковыми и остались. В любом случае, резюмирует он, выбор всегда остается за заказчиком, а его предпочтения между качеством и ценой в последнее время все больше склоняются к первому.
Мнение
Виктор Казаков, генеральный директор ГК «КрашМаш»:
– Очень важно, что за последние годы возросла техническая грамотность и самих заказчиков. Это отображается и в качестве проработки технических заданий по демонтажу объекта, и в объективном понимании сложности процесса и реальных сроков реализации, и в самом подходе к выбору подрядчика: высокие требования к уровню охраны труда и безопасности производства работ.
Сохранить и воссоздать. Реставрация петербургских зданий-памятников нуждается в ускорении
Ускорить реставрацию уникальных исторических объектов может только плотная совместная работа отраслевых участников рынка, органов власти и бизнеса.
В Петербурге около 9 тыс. объектов культурного наследия. Большинство из них находится в неудовлетворительном состоянии и нуждается в реставрации. Также есть исторические объекты, от которых практически ничего не осталось. Воссоздать их – еще более кропотливый труд, чем реставрация. Причем такая работа имеет множество ограничений.
Реставрация и воссоздание исторических объектов не только технически сложны, но и требуют больших финансовых вложений. У Смольного на эти цели бюджет невелик. Министерство культуры также не может обеспечить одновременную реставрацию всех подведомственных ему ОКН. По мнению экспертов, к восстановлению памятников важно привлекать бизнес на определенных инвестиционных условиях. Главное, чтобы от этого был нужный эффект для обеих сторон.
На прошлой неделе СПб ГКУ «Имущество Санкт-Петербурга» с третьей попытки удалось найти арендатора по программе «Памятник за рубль» на объект культурного наследия регионального значения «Александровские ворота Охтинских пороховых заводов». По условиям программы, объект культурного наследия по результатам торгов предоставляется в аренду на 49 лет, арендатор в течение семи лет проводит ремонтные и реставрационные работы, после чего получает право арендовать объект по ставке 1 рубль за 1 кв. м в год.
Удачным примером реставрации исторического объекта за счет средств бизнеса чиновники Смольного считают Никольские ряды. Правда, она продолжалась восемь лет и завершилась в прошлом году. В реализации проекта принимал участие пул инвесторов, в том числе международные гостиничные операторы, которые открыли в историческом комплексе в центре Петербурга свои отели. Объем вложенных средств составил 3,3 млрд рублей.
Также некоторые объекты бизнесмены помогают восстановить как меценаты. В частности, таким видом благотворительности занимаются некоторые строительные компании города и их первые лица.
Нестандартный подход
По словам представителя Фонда содействия строительству культовых сооружений РПЦ в Санкт-Петербурге Филиппа Грибанова, каждый реставрационный объект уникален, поэтому единых подходов к реставрации нет и быть не может, как и одинаковых обстоятельств, в которых она проходит. «После проведения всех необходимых предварительных работ, уже в процессе реставрации, часто наталкиваешься на что-то необычное. Например, обнаруживаются замурованные проходы или неизвестные части живописи. В общем, вариантов тут миллион. С воссозданием объектов ситуация примерно такая же. На одном объекте мы имеем только фотографию фасада и по ней достраиваем модели, на другом – в архиве есть подробные чертежи, на третьем, например, только фотографии интерьеров. Здесь нужно масштабировать, додумывать и искать решения, чтобы создать полную картину», – поясняет он.
Генеральный директор ООО «БЭСКИТ» Сергей Пичугин считает, что исторические здания, в том числе и объекты культурного наследия (ОКН), не отличаются от современных – может быть, были построены добротнее, так как «не было таких горе-проектировщиков и строителей, как сегодня». «Здания возводились по принципу «как у соседей»: если здание стоит и не разрушается, делаем также или лучше и стены потолще. Мы только что закончили обследовать здание храма XIV века. На наш взгляд, оно простоит еще четырнадцать столетий – строилось на совесть. Самая главная проблема воссоздания исторических зданий заключается в том, что они строились не по современным нормам. А при реконструкции зданий сегодня мы должны соблюдать обязательные к применению нормы и правила», – отмечает Сергей Пичугин.
Антикризисный PR
Заместитель генерального директора по проектированию Архитектурной мастерской «Миронов и партнёры» Иван Сюганов вспоминает, как он работал в одном государственном музее-заповеднике в должности заместителя директора по капремонту и реставрации. По его словам, бюджет был такой, что еле хватало на текущий ремонт. О масштабной реставрации можно было только мечтать, так как Комитет по культуре выделял совсем небольшие деньги. Соответственно, все работы растягивались на длительное время. А именно: год на обследования, второй – на проектно-сметную документацию, третий – на реставрацию. Причем это в самом лучшем случае.
Поэтому, считает эксперт, необходим более радикальный подход к запросу на финансирование своего объекта. «Поднимаешь историю объекта, находишь самое интересное. Зовешь телевизионную съемочную группу. И вот уже в СМИ сюжеты – например, о привидениях первых обитателей этих владений. Через месяц музею предлагают неосвоенные коллегами по цеху миллионы. Правда, их все равно мало, и ты решаешься на отчаянную авантюру. Сначала любыми способами завлекаешь к себе публичных персон, широко освещая их визиты. Чем их больше, тем пристальнее внимание выделяющих денежные средства функционеров. После модельеров, артистов и венценосных особ у тебя появляется федеральный министр, проводя которого по экспозиции абсолютно опустевшего от посетителей музея, ты невзначай демонстрируешь макет великолепного музейного ансамбля, большая часть которого хоть и безвозвратно утрачена, но все же слишком прекрасна, чтобы не вызвать желание стать причастным к возрождению легенды. Конечно, речь уже о миллиардах. Дальше все зависит от ваших дипломатических способностей», – рассказывает Иван Сюганов.
В диалоге с чиновниками
По мнению специалистов, иногда проект реставрации того или иного исторического объекта тормозится не отсутствием финансовых средств, а законодательной зарегулированностью. Сергей Пичугин отмечает: все работы по сохранению зданий ОКН должны идти в соответствии с заданием (разрешением) КГИОП. Данный документ решает главный вопрос сохранения предметов охраны, при этом в стороне иногда остаются другие требования – например, связанные с противопожарной безопасностью. «В нашей практике были случаи, когда невозможно было соблюсти все требования задания КГИОП, так как часть их противоречила 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений». Получается, что сегодня можно воссоздать историческое здание, каким оно было, повесить на фасаде здания вывеску и потом запретить допуск туда людям, так как безопасность людей – это самое главное», – иронизирует эксперт.
Тем не менее, по мнению Филиппа Грибанова, с КГИОП и ГАСН нужно стараться не просто наладить диалог, который необходим с точки зрения практики и законодательства, но постараться взять у них лучшее: «В этих ведомствах работают специалисты, которые и при проектировании, и в процессе работ могут и помочь, и подсказать очень важные вещи. Таким образом, они вносят свой вклад в проект. Какой бы ни был гениальный архитектор или реставратор, он не может знать всего, тогда как перед специалистами этих надзорных структур проходит огромное количество объектов, они понимают, где могут возникнуть ошибки».
Мнение
Сергей Пичугин, генеральный директор ООО «БЭСКИТ»:
– При восстановлении исторических зданий необходимо придерживаться правила: не навреди. Главное, по возможности применять щадящие методы, которые бы свели к минимуму негативное воздействие ремонтно-строительных работ. Иногда это невозможно, так как многое зависит от состояния здания, наличия значительных повреждений строительных конструкций, кренов стен или осадок. В последнее время появились новые щадящие методы восстановления, например, целостности стен и перекрытий с помощью наклейки углеволокна. Но эти методы тяжело внедряются из-за высокой стоимости, поэтому сейчас многие проектируют усиление металлическими тяжами и двутаврами, тем самым уродуя фасады исторических зданий.