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.
Окно – в Европу! Производители стройматериалов Ленобласти выходят на зарубежные рынки
Снижение объемов строительства и, соответственно, недостаточная загрузка предприятий, производящих стройматериалы, заставляет промышленников искать новые рынки сбыта. Компании, имеющие мощности на территории Ленобласти, ищут пути в Европу.
Рынок производства стройматериалов сокращается. Как ранее заявил вице-премьер РФ Виталий Мутко, загрузка российских предприятий составляет 40–50% при том, что у них есть потенциал для наращивания объемов в разных сферах – «от бетона и лифтового оборудования до счетчиков». Он также отметил, что некоторые направления в производстве стройматериалов «уже работают на экспорт».
Drang nach Westen
Предприятия строительной сферы Ленобласти производят кирпич, цемент, товарный бетон, железобетонные изделия, кровельные, гидроизоляционные, композитные, стеновые, отделочные материалы. Всего в регионе функционирует 55 крупных и средних предприятий. По официальным данным, их мощность превосходит текущий спрос.
Сегодня к подписанию экспортных контрактов готовятся несколько областных компаний. Свою продукцию за границу будут поставлять ООО «Арбор Нова» (рельефная доска 3-D), ООО «Свирь» (фасадные цементо-стружечные плиты), ООО «Теплоблоки Северо-Запад» (теплоэффективные блоки из бетона), ООО «Норд-инвест» (светодиодные светильники).
На недавней Международной строительной выставке Bygg Reis Deg – 2019 в Лиллестрёме достигнута договоренность с норвежской компанией PROFFKJOP, поставляющей стройматериалы для 170 строительных компаний, – она готова выступить агентом по выводу областной продукции на строительный рынок Европы. Кроме того, партнером готов выступить холдинг Mestergruppen, объединяющий четыре норвежских строительных компании и три сети магазинов. Также продукцией, представленной на выставке, заинтересовалась компания MAXBO – крупнейший ритейлер Норвегии в сегменте стройматериалов.
В то же время генеральный директор АО «Фирма Изотерм» Виктория Нестерова отмечает сложности выхода российских компаний на зарубежные рынки. «Мы сейчас прорабатываем возможность франшизы с одним из европейских производителей. Это сложная история. Не хотят европейские производители брать на себя санкционные риски, вступая в партнерство с российской компанией. Особенно сложно договариваться нашей компании – мы поставляем свою продукцию в Крым, хотя наша продукция не имеет никакого отношения ни к оборонной промышленности, ни к любым другим компаниям, работающим под санкциями», – говорит она.
Эксперт вспоминает не слишком давнюю историю, когда была оплачена поставка из Германии, однако производитель отказался отпускать товар из-за того, что компания работает в Крыму. «Они в конечном итоге выполнили обязательства, после долгой переписки, но мы должны понимать: в любой момент может возникнуть такой риск. Выход на европейский рынок для нас затруднен – это очевидно», – резюмирует Виктория Нестерова.
Экспортная география
Многие предприятия Ленобласти поставляют свою продукцию как по СНГ, так и в другие страны. Так, битумно-полимерные материалы «ТЕХНОНИКОЛЬ-Выборг» востребованы в странах Северной Европы, а также в Индии, Вьетнаме, Китае, Доминиканской республике, ОАЭ, Великобритании, Сингапуре, Марокко и др.
Коммерческий директор ООО «Свирь» Владимир Смирнов рассказывает: предприятие уже поставляет продукцию в Эстонию, Германию, страны СНГ, Голландию. По его словам, 90% экспортных поставок отправляется в торговые сети.
По словам генерального директора корпорации ТЕХНОНИКОЛЬ Владимира Маркова, в большинстве случаев продукция выборгского завода холдинга (битумно-полимерные материалы) поставляется для строительства объектов промышленно-гражданского назначения, а предприятия в Аннолово (теплоизоляция на основе экструзионного пенополистирола) – еще и в торговые сети DIY.
Доли продукции, которую поставляют на экспорт областные компании, заметно различаются. По расчетам Владимира Смирнова, ООО «Свирь» продает за рубеж примерно 10%. Примерно такова же и доля выручки от экспортных операций.
По словам Владимира Маркова, выборгский завод нарастил долю экспорта до 67%. Доля выручки при этом достигает 80%. «Завод в Аннолово еще совсем молодой, линия запущена год назад. Но уже сегодня свыше 10% его продукции отправляется за границу», – добавил он.
Предпосылки роста
«Выход на рынок экспорта происходит чаще всего через выставки», – говорит Виктория Нестерова. И это достаточно затратная статья. Но, например, ТЕХНОНИКОЛЬ определила развитие экспортных поставок как один из основных векторов развития на ближайшее время. Так, поставки с завода в Аннолово, полагают в компании, помогут предприятию «себя показать» на европейском рынке, а также изучить его специфику. «В том числе это поможет подготовить почву для строительства собственного завода XPS в Европе», – уточнил Владимир Марков.
По его словам, развитие экспортного направления имеет важное значение для выхода на новые рынки и развития новых продуктов. «Квалифицированные кадры, удобное географическое положение, собственный научный центр – все это способствует усилению экспортного потенциала предприятия. В 2020 году мы планируем представить на площадке в Выборге весь ассортимент товаров ТЕХНОНИКОЛЬ для обеспечения поставок на объекты за рубежом», – подчеркнул эксперт.
«Учитывая предпочтение скандинавов к строительству домов из дерева, мы даже не рассчитывали на успех. Однако стенд компании «Теплоблоки Северо-Запад» пользовался невероятным спросом у норвежских коллег – строительных компаний, производителей бетонной продукции, архитекторов, строительных магазинов», – говорит генеральный директор компании «Теплоблоки Северо-Запад» Елена Бухарбаева. В планах компании – нарастить объемы производства теплоэффективных стеновых блоков, в том числе за счет вывода продукции на экспорт.
В качестве дополнительного рынка сбыта рассматривает Европу и компания «Свирь». Кроме того, как отметил Владимир Смирнов, появляется возможность дозагрузить предприятие. Сейчас оно загружено примерно на 80%.
Невысокие цены – главная причина привлекательности стройматериалов из Ленобласти для европейских партнеров. Так, фасадные плиты компании «Свирь» примерно на 5–10% дешевле европейских аналогов. «Продукция не уникальна, известна на европейском рынке», – пояснил Владимир Смирнов.
Однако предприятиям еще предстоит получить европейские сертификаты и оформить документы, необходимые для экспортных поставок.
Меры поддержки
В России до 2020 года действует программа поддержки экспорта стройматериалов и продукции лесопромышленного комплекса, с объемом финансирования 87 млрд рублей.
Андрей Шелковый, исполнительный директор Ассоциации «Национальное объединение производителей строительных материалов, изделий и конструкций» (НОПСМ), также указал на помощь от Минпромторга – частичное субсидирование затрат на сертификацию продукции для экспорта. Согласно анализу НОПСМ, за рубежом в ближайшие годы будут востребованы керамические, кровельные материалы и другая продукция.
Ленобласть в числе других регионов участвует в реализации нацпроекта «Международная кооперация и экспорт». В мае 2019 года при областном Центре развития промышленности создан Центр поддержки экспорта. В числе мер помощи – и консультации, и акселерационные программы, и помощь в сертификации, и многое другое.
В ноябре Ленобласть впервые распределила более 10 млн рублей субсидий для предприятий малого бизнеса – экспортеров. Появилась возможность компенсировать до 90% затрат за два предыдущих года. Всего помощь получили 11 областных предприятий, в том числе производители лакокрасочной продукции – компенсацию за расходы на транспортно-экспедиторские услуги.
Кстати
Совладелец ТЕХНОНИКОЛЬ Сергей Колесников в соавторстве с Игорем Альтшулером выпустил четвертую книгу серии «ТЕХНОНИКОЛЬ – главная роль» под названием «Поход в Европу, или Новые горизонты». Книга посвящена истории выхода компании на европейский рынок. Авторы позиционируют книгу как пособие. «Эта книга – квинтэссенция опыта моего и ключевых сотрудников ТЕХНОНИКОЛЬ. Вместе мы создавали, придумывали ту самую лестницу, по которой, согласно японской пословице, забирались наверх», – говорит Сергей Колесников. По его словам, тема выхода на европейские рынки и развития несырьевого экспорта сейчас занимает значительную часть обсуждений. А книга ответит на многие вопросы предпринимателей, которые только готовятся работать в этой сфере.
Александр Круглов: «Технически из стекла можно выполнить любой конструктив»
Стекольная отрасль за последние годы технологически ушла далеко вперед. В этом уверен продакт-менеджер департамента маркетинга Pilkington Glass Russia Александр Круглов. В интервью «Строительному Еженедельнику» он рассказал о том, как стекло в архитектуре и строительстве постепенно вытесняет другие материалы.
– Александр, можно ли назвать стекло одним из самых перспективных строительных материалов? За счет каких факторов?
– Да, безусловно. Доля применения стекла как строительного продукта растет с каждым годом. Архитекторы все чаще используют большие светопрозрачные конструкции, выбирая стекло в качестве основного материала для заполнения проемов. Причина достаточно простая – оно имеет ряд преимуществ: прозрачно, что увеличивает доступ к естественному свету, и эстетично в архитектурных решениях. Стекло стало энергоэффективным материалом и хорошо сохраняет тепло благодаря использованию покрытий. Оно может перерабатываться до безопасного состояния и может быть применено в самых сложных объектах и как отдельный элемент, и в качестве внешней оболочки.
На фото: Индустриальный парк Zeev Shalom Center (Эмек-Хеффер, Израиль): стекло Pilkington Suncool® 70/40
– Какие могут быть нетиповые решения в применении стекла?
– На самом деле чисто технически из стекла можно выполнить любой конструктив. Ограничения задают стандарты его применения и безопасности – ГОСТы, СНиПы, своды правил. Необходимо, чтобы конструкция была безопасной при монтаже и эксплуатации, с этим надо считаться. Однако уже сейчас стекло может использоваться как несущая стойка витража, в качестве опоры, обслуживаемой кровли или пола. Такие решения пока считаются нестандартными, но уже выполняются некоторыми компаниями – и запросы на них приходят все чаще. Также стекло позволяет создавать прозрачные конструкции для защиты от сверхвысоких нагрузок – защиты от выпадений, от взлома, для пулезащиты, обеспечения пожарной безопасности. Если примеры применения даже в качестве корпуса погруженной части морского судна.
– Значительно ли стекло меняет архитектуру городских построек?
– Современную архитектуру сложно представить без стекла. Оно может занимать до 80% площади фасадов. И это, конечно, влияет на городскую архитектуру. Стекло с архитектурным покрытием придает формы, оттенки зданиям, делает визуально более легкой даже самую тяжелую бетонную конструкцию. Эта воздушность ощущается не только снаружи, но и внутри здания, открывая широкий горизонт для обзора и наполняя помещение естественным светом. Важно подчеркнуть, что современные и очень интересные решения остекления применяются не только в административных зданиях, развлекательных и торговых комплексах, но и доступны для многоквартирных и индивидуальных жилых домов. Созданный по последним технологиям стеклопакет с мультифункциональным покрытием выглядит как обычный и внешне себя ничем не выдает, но при этом он сохраняет тепло в помещении, защищает от солнечного жара и решает проблему появления конденсата на окне.
На фото: ЖК «Шоколад» (Краснодар): стекло Pilkington Suncool-R Silver 50 27
– Какие тенденции Вы видите в дальнейшем развитии стекольной промышленности?
– Сегодня технические характеристики и возможности имеющихся на рынке продуктов, в частности, нашего продукта Pilkington Glass Russia, уже отвечают всем запросам рынка и ощутимо превосходят их. Поэтому в короткой перспективе каких-то значительных изменений в производстве стекла не ожидается. В отрасли в большей степени будут наблюдаться две тенденции. Первая связана с глубиной переработки стекла. Компании будут инвестировать в обновление оборудования для выпуска более сложной продукции, а также в повышение квалификации своих сотрудников. Вторая тенденция связана с повышением информированности рынка о новых возможностях стекла. Многие строители все еще используют устаревшие подходы к возведению светопрозрачных конструкций. Однако, применяя технологичные решения Pilkington Glass Russia, строители могут вызвать больший спрос на свои объекты, и мы готовы помогать им в этой работе, взять часть маркетинговых задач на себя.