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.
Качество на контроле. Проблемы внешнего строительного контроля
Строительный контроль позволяет не только гарантировать качество возводимых объектов, но и повысить рентабельность проводимых работ. Все активнее в надзорно-проверочной деятельности задействуются новые технологии и оборудование.
Строительный контроль является обязательной частью технического сопровождения при возведении практически любого объекта. Это требование прописано в Градостроительном кодексе РФ и выполняется участниками рынка. Проводить строительный контроль могут как застройщик или технический заказчик, так и специализированные независимые организации.
По оценке специалистов, наиболее распространенные нарушения выявляются в технологии строительства, несоответствия его ГОСТ. Также в ряде случаев строители используют материалы, качество которых не отвечает проектным требованиям. Выявляются и нарушения ведения и представления исполнительной документации.
Работа с профессионалами
По оценке экспертов, в настоящее время в России более 1,2 тыс. компаний предоставляют услуги внешнего строительного контроля. С каждым годом число организаций, осуществляющих этот вид деятельности, становится все больше. Внешний технический аудит востребован со стороны небольших строительных организаций, а также «середнячков». Крупные девелоперские компании чаще всего оценивают качество строительства самостоятельно.
Генеральный директор ООО «Нави» Александр Нилов считает, что в настоящее время на рынке есть даже определенный избыток организаций, выполняющих строительный контроль. Причем далеко не все из них имеют необходимые лицензии, квалифицированный персонал и соответствующее оборудование для качественного выполнения работ. По его словам, стоимость оказания данной услуги в целом осталась без изменений. Она зависит от типа здания, сметной стоимости строительства, сроков проведения работ.
«Для выбора профессиональной организации по ведению строительного контроля надо обращать внимание на следующие основные критерии. Она должна иметь допуск СРО для осуществления этих работ. Сотрудники компании должны быть включены в Национальный реестр специалистов НОСТРОЙ и иметь удостоверения о повышении квалификации по безопасности строительства и строительному контролю. Также мы рекомендуем обращать внимание на наличие у потенциального исполнителя специального инструмента, для возможности оценки качества ведения строительных работ», – добавил Александр Нилов.
В IT-формате
По мнению директора департамента внедрений и комплексной автоматизации компании «Мобильные решения для строительства» Андрея Поздеева, если говорить о современных технологиях, которые сегодня можно и нужно использовать в строительном контроле, то в первую очередь стоит вспомнить о физическом инструментарии. В частности, можно использовать беспилотные летательные аппараты. Благодаря дронам руководитель, находясь в головном офисе, может наблюдать за стройкой и мониторить качество строящегося объекта. Также контролировать качество строительства можно с использованием лазерных 3D-сканеров. Но эти технологии в настоящий момент не очень распространены из-за дороговизны.
«Максимально доступный инструмент контроля качества строящихся объектов связан с возможностями различных гаджетов, таких как мобильные телефоны и планшеты. При этом стоит помнить, что обычный функционал мобильных устройств не решает проблем, с которыми сталкиваются инженеры строительного контроля. По этой причине необходим дополнительный софт: программное обеспечение, позволяющее закрывать необходимые задачи. Так, программный комплекс, разработанный нашей компанией, позволяет фиксировать информацию, полученную на стройплощадке, указывать выявленные нарушения в месте и в моменте их возникновения при помощи мобильного устройства. Далее возможности ПО позволяют в режиме реального времени донести эту информацию до заинтересованных пользователей: руководителей проекта, службы по строительному контролю и т. д.», – подчеркнул Андрей Поздеев.
Начальник управления маркетинга и продаж ЗАО «БФА-Девелопмент» Елена Гутман рассказала «Строительному Еженедельнику», что компания разработала собственную программу контроля качества строительства. «Она позволяет отслеживать результаты внутреннего производственного контроля со стороны подрядчика, внешнего инспекционного контроля со стороны заказчика и исполнение решений авторского надзора от проектной организации. Кроме того, она помогает специалистам строительного контроля оперативно совместно с подрядчиком производить освидетельствование скрытых работ и промежуточную приемку возведенных строительных конструкций, с занесением результатов контроля в наглядную архивную базу. В любой момент можно посмотреть, как был сделан тот или иной узел, выполнен тот или иной этап работ», – говорит эксперт.
По словам Елены Гутман, внедрить программный продукт было непросто. Ощущалось сопротивление со стороны подрядчиков, поскольку это дополнительный контроль за ними. Но за год система себя полностью оправдала. Она постоянно совершенствуется. В компании уверены, что за такими IT-решениями будущее отрасли.
Мнение
Александр Нилов, генеральный директор ООО «Нави»
– Важно всегда помнить, что новый объект капитального строительства попросту будет не сдать в эксплуатацию, не выполнив требования по осуществлению строительного контроля, поскольку лицо (организация), выполнявшее эту функцию, должно участвовать в подписании документов для получения разрешения на ввод.
Точь-в-точь. Нюансы проведения технической инвентаризации
Первичная техническая инвентаризация объектов недвижимости становится более эффективной и быстрой.
В 2013 году БТИ лишилось монополии на предоставление ряда своих услуг. В том числе одной из основных – технической инвентаризации. В настоящее время ею также могут заниматься коммерческие и муниципальные кадастровые организации. Конкуренция на этом рынке высока. Заказчиков интересуют качество, скорость, объем предоставляемой услуги, ну и, конечно, цена.
Техническую инвентаризацию объектов недвижимости можно разделить на три вида. Первичную, которая обычно проходит после завершения строительства. В большинстве случаев ее заказывают застройщики. По результатам обследования они получают технический паспорт и ставят дом на кадастровый учет. Плановую инвентаризацию, которая должна проходить раз в пять лет. Но собственники недвижимости этому правилу редко следуют. А также внеплановую, выполняемую чаще всего при продаже объекта, если он ранее был перепланирован.
Соответствовать плану
По словам директора по развитию ООО «Новые Кадастровые решения» Дениса Петрова, в рамках первичной технической инвентаризации проводятся замеры площади здания, помещений, придомовой территории. Полученные фактические сведения сверяются с представленными данными из проектной документации. О случаях расхождения показателей уведомляется заказчик.
«Несоответствие фактических и проектных данных действительно случается. Особенно при замере площадей квартир. И, как правило, в сторону увеличения. За лишние метры покупателю чаще всего приходится доплачивать. В нашей практике исследований разница в сторону увеличения доходила до 8 м при проектной площади квартиры в 42 «квадрата». Лет пять назад такими несоответствиями грешило много застройщиков. Сейчас наблюдается тенденция к существенному снижению таких ошибок. Это связано с тем, что покупатели стали чаще судиться с застройщиками, не оказавшими им услугу качественно. И девелоперы стали более ответственно подходить к выполнению своих обязательств», – рассказывает Денис Петров.
Индивидуальные факторы
Как рассказывает генеральный директор ГК «Рустехреестр» Константин Климушин, на первый взгляд может показаться, что правила проведения технической инвентаризации едины для всех объектов недвижимости, регламентированы приказами и инструкциями и мало чем отличаются друг от друга. Но на практике оказывается, что каждый проект индивидуален. Причем не только по объему, площади и форме строения, но и по огромному количеству факторов, незаметных для обывателей. Это могут быть и спорные вопросы в отношении балконов, лоджий, террас, мезонинов и антресолей, определения этажности, и целый пласт работы с общим имуществом многоквартирного дома.
«Наверное, самым сложным и необычным проектом для нашей компании был круглый многоквартирный жилой дом. Особенность проведения технической инвентаризации объекта заключалась не только в непосредственной работе на объекте, но и в процессе выполнения обмерных чертежей. Они требовали высокой точности и детальности, ведь в круглом здании расположены квартиры неправильной формы, и за каждый квадратный метр в них застройщику приходится отчитываться перед покупателем, а всю ответственность за подсчеты несем мы», – подчеркнул он.
Эксперты рынка отмечают, что в настоящее время все активнее при инвентаризации задействуются новые технологии измерения площадей зданий и помещений. К таковым, к примеру, относится лазерное сканирование. Оно с помощью специального прибора позволяет обмерить здание в сжатые сроки с минимальной погрешностью. Также лазерное сканирование может выявить в дальнейшем изменения, произошедшие с конструкциями объекта, а также спрогнозировать его дальнейшее поведение в процессе эксплуатации.
Константин Климушин добавляет, что сейчас много говорят о BIM-технологиях, 3D-моделировании, искусственном интеллекте и прочем. «Эти разработки рано или поздно войдут и в нашу сферу деятельности, но на сегодняшний день они слишком дороги для использования в работе», – отмечает он.
Мнение
Константин Климушин, генеральный директор ГК «Рустехреестр»:
– В среднем полный цикл – от выхода наших специалистов на объект до согласования итогового результата заказчиком – длится около одного месяца. В целом же многое на этом рынке зависит от квалификации персонала, работающего над проектом, используемого оборудования и программного обеспечения. «Рустехреестр» постоянно следит как за изменениями в законодательстве в области кадастровой деятельности, так и за материально-техническим обеспечением и оснащенностью своих специалистов для того, чтобы взятые на себя обязательства исполнялись в срок.
Кстати
ГУП «ГУИОН» несколько дней назад завершило обмеры двух многоквартирных домов по заказу ООО «СПб Реновация». Объекты построены на территории ЖК «Живи! В Рыбацком» и расположены по адресу: ул. Славянская, д. 24 и д. 26. На объектах сотрудники организации измерили все помещения и описали их, подготовив весь пакет документов, необходимых для последующего ввода домов в эксплуатацию и постановки их на кадастровый учет. Отмечается, что в 2017 и 2018 годах ГУП «ГУИОН» также проводило первичную инвентаризацию ряда объектов компании «СПб Реновация».