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.
Плохая экономия
Экономия на качестве используемых стройматериалов, низкая квалификация работников и отраслевых специалистов негативно отражаются на общей культуре строительного производства.
По мнению экспертов, в настоящее время наблюдается снижение качества строительства. Связано это со множеством факторов. Главный из них – финансовый. Некоторые компании, отступая от технологий, экономят на качестве строительных материалов, заменяя их дешевыми, далеко не аналогами. Кроме того, считают специалисты, назрела необходимость коррекции самой нормативной базы и стандартов для отдельных видов строительных продуктов.
Стремление сэкономить, рассказывает генеральный директор «ПСК» Юрий Колотвин, закупить материалы по самой низкой цене, нанять самого дешевого подрядчика – имеет место на рынке и никуда, к сожалению, не исчезает. Кроме того, проблема рынка заключается в отсутствии системы вышестоящего контроля, которая делала бы в принципе невозможным производство стройматериалов с отклонениями от стандартов. Отсутствует и неизбежность наказания, даже экономических санкций, для таких производителей. И если в Петербурге откровенного брака почти нет, то в регионах есть случаи, когда бракоделов выявляют, но какие-либо последствия для них не наступают.
«Качество строительства – конечно, не только в материалах и рабочей силе на площадке. Оно должно быть и в проектировании. С последним в России большие проблемы ввиду острейшего дефицита кадров. В процессе возведения зданий возникает огромный объем совещаний по проектной и рабочей документации, исправлений обнаруженных несоответствий и прочего. Это отбирает время. Нельзя сказать, что проектировать вообще некому и все неграмотные. Есть очень высококлассные специалисты, в том числе молодые. Но их количество не идет ни в какое сравнение с тем, сколько их было двадцать, тридцать и более лет назад», – добавляет Юрий Колотвин.
По словам генерального директора СК «Прайм» Сергея Кортуса, многие строители сокращают время различных операций или упрощают их. Речь идет, например, об уплотнении дорожной одежды до нужных коэффициентов, об обогреве бетона и уменьшении времени набора его прочности и т. д. Все это связано с финансовыми издержками. Авансы от заказчиков сегодня редкость, не каждый подрядчик может позволить себе за свой счет выполнить весь цикл работ с применением качественных материалов. Кроме того, не у каждой строительной компании есть своя лаборатория. При этом сегодня на рынке много «серых» организаций, производящих продукцию и выдающих паспорта качества, не соответствующие действительности.
Генеральный директор УК SVN Павел Люлин отмечает, что в настоящее время на рынок строительных фасованных и штучных материалов массово начали поступать фальсифицированные продукты с марками известных брендов, но с существенно низшей стоимостью относительно оригинала. «В данном случае потребители не должны экономить на специалистах-консультантах в своем штате, которым необходимо поручать вести экспертную логистическую работу при закупках строительных материалов, определяя и отсеивая поддельные товары. Привлечение к строительному производству необученных сотрудников, не имеющих профильного строительного образования и квалификации, чаще всего гастарбайтеров из ближнего зарубежья, также влияет на качество строительных работ и общую культуру строительного производства», – добавляет он.
Руководитель отдела маркетинга подразделения строительной химии Master Builders Solutions концерна BASF Марица Закржевская считает, что есть проблема с нормативно-законодательной базой. «Наше подразделение строительной химии работает в узкоспециализированных сегментах, где качество является приоритетным фактором выбора материалов и технологий. Во многих из них до сих пор нет современных государственных стандартов, очень часто к данным продуктам предъявляются те же требования, что и к общестроительным смесям», – резюмирует специалист.
Мнение
Станислав Данелян, генеральный директор Euroinvest Development:
– Я не согласен с мнением некоторых специалистов об ухудшении качества строительства и строительных материалов. Все наоборот. Конкуренция между застройщиками растет, прогресс движется вперед, и мы замечаем, что на материалы, которые мы закупаем, дается более продолжительный гарантийный срок, нежели раньше. Что касается качества отделки квартир, требования к ней все выше и выше из года в год. Взять хотя бы стеклопакеты – у большинства застройщиков они стали более качественными и износостойкими. Кроме того, появляются новые альтернативные технологии строительства, внедрение которых позволяет застройщикам бороться за клиента и делать свои новые проекты лучше предыдущих. На самом деле каждый застройщик сам внутренне устанавливает себе планку качества, ниже которой не готов опуститься, предлагая покупателям готовый продукт.
Эпоха «ЛСР» на рынке газобетона Северо-Запада
9 августа 2019 года состоялась церемония официального запуска новой линии по производству газобетонных изделий. Здесь, на Сертоловском заводе, компания «ЛСР. Стеновые», входящая в «Группу ЛСР», продолжит выпуск зарекомендовавшего себя газобетона AEROC уже под новым брендом – «ЛСР». История успеха компании – в нашей ретроспективе.
Две истории
«211-й комбинат железобетонных изделий» («211 КЖБИ») в Сертолово был возведен по заказу Министерства обороны РФ в рамках реализации Программы жилищного строительства для военнослужащих за счет валютных средств, выделенных ФРГ. В марте 1997 года он был принят госкомиссией и введен в эксплуатацию. В строительстве и поставке оборудования на предприятие принимали участие известные фирмы: Kone Cranes, ABB, Hebel International GmbH & Co, M-TEC и др. Это была автономная производственная площадка с собственной котельной, очистными сооружениями, железнодорожной станцией с депо и локомотивом. Завод действовал в Сертолово более 20 лет – и за это время стал одним из важнейших градообразующих предприятий.
Параллельно в Санкт-Петербурге развивалась другая история. В 2004 году «Группа ЛСР» основала завод по выпуску газобетонных изделий на производственной площадке на Октябрьской набережной. Там было запущено современное, полностью автоматизированное предприятие, оснащенное высокотехнологичным немецким оборудованием компании Wehrhahn. Мощности завода (380 тыс. куб. м изделий в год) позволяли выпускать до 1,3 тыс. куб. м газобетона в сутки и обеспечивать рынок самым широким ассортиментом продукции.
В 2005 году «Группа ЛСР» приобрела бренд AEROC, уже получивший известность на европейским рынке стройматериалов. С этого времени газобетонная продукция «ЛСР» стала визитной карточкой крупнейшего строительного холдинга страны в сфере производства газобетонных изделий.
Именно этот бренд инициирует новшества в данном сегменте российского рынка, задает тон конкурентам и определяет направление дальнейшего развития. В частности, компания первой в 2005 году выпустила газобетонные блоки с прочностью В2,5 и стала массово применять плотность D400 кг/куб. м. В результате в малоэтажном строительстве Северо-Запада России на эту плотность приходится почти три четверти всего объема потребления газобетона.
В 2011 году завершилось формирование бизнес-единицы «Группы ЛСР» «ЛСР. Стеновые» – крупнейшего в России объединения производителей стеновых материалов, куда вошел и завод AEROC.
В декабре 2016 года «Группа ЛСР» приобрела на аукционе завод «211 КЖБИ» в Сертолово. Именно на эту площадку руководство холдинга решило перебазировать газобетонное предприятие с Октябрьской набережной, а высвободившийся земельный участок передать под строительство жилья. Так две истории слились в одну.
На новом месте
За два года компания «ЛСР. Стеновые» демонтировала производственное оборудование на Октябрьской набережной, перевезла его в Сертолово и произвела установку. Там, в свою очередь, были демонтированы линии по выпуску железобетонных изделий. Благодаря четкому планированию и быстрому решению организационных вопросов эту работу выполнили в сжатые сроки.
При монтаже оборудования на новом месте были учтены все недочеты, выявленные в ходе его эксплуатации на прежней площадке. Доработав производственные линии, на заводе в Сертолово заложили возможность увеличения годового выпуска продукции. Уже в августе работало две производственных линии. Также были модернизированы участки автоклавной обработки, сделаны новые задвижки, реализована система перепуска пара, что позволяет существенно экономить энергоресурсы. Это обеспечило оптимальную себестоимость продукции и привлекательную цену для клиентов.
Кроме того, на линии резки были усовершенствованы ножи – теперь у продукции будет другая пазогребневая структура. На участок бетонно-смесительного узла поставили четвертый силос, что позволит использовать в процессе эксплуатации два вида извести и два вида цемента. Это делает производство менее зависимым от поставщиков сырья, обеспечивает гибкость при взаимоотношении с контрагентами и позволяет находить более выгодных партнеров.
«Новая линия оснащена перепуском пара в автоклавах с целью сбережения энергоресурсов. Также мы изменили тип упаковки: вместо термоусадочной пленки будет применяться стретч-худ. Плюс добавилась машина для упаковки продукции стрепп-лентой», – рассказал коммерческий директор ООО «ЛСР. Стеновые» Алексей Онищенко.
Новый бренд
С августа 2019 года газобетон выпускается под брендом «ЛСР».
В целом ребрендинг (включая рестайлинг и репозиционирование) – распространенная практика для подавляющего большинства крупнейших мировых компаний. Не исключение и такие гранды, как Apple, Coca-Сola, Chrysler, Microsoft. Или вспомните, как Benz & Cie превратился в Daimler-Benz, затем в Daimler Chrysler и, наконец, в Daimler AG. Совсем недавно скандинавская корпорация NCC сменила бренд на Bonava. Известны также примеры поглощения одного бренда другим: Compaq купил Digital и оставил только головной бренд, после слияния Chase Manhattan и Chemical Bank также утратилось второе название.
Обычно ребрендинг привлекает дополнительное внимание, в его процессе модернизируется логотип в соответствии с изменениями в компании-владельце. В случае с газобетоном «ЛСР» головной бренд, имеющий большую известность на рынке, вытеснил локальный. Еще в 2017 году Агентство социальной информации Санкт-Петербурга провело опрос среди посетителей специализированной выставки «Строим дом» и выяснило, что «ЛСР» и AEROC – самые известные бренды стеновых материалов в Санкт-Петербурге и Ленобласти. При этом на первом месте был именно «ЛСР».
«В настоящее время бренд газобетона «ЛСР» – один из важнейших показателей при выборе стенового материала. В текущих экономических условиях люди отдают предпочтение проверенной продукции с лучшим соотношением цены и качества от крупнейших производителей», – отмечало тогда руководство компании.
Решение продвигать продукцию под брендом «ЛСР» выглядит тем более логичным, что «ЛСР. Стеновые» продолжат консолидацию мощностей по производству этого материала на Северо-Западе. Недавно холдинг приобрел российское подразделение датской группы Н+Н International A/S — компанию «Н+Н Россия», владеющую предприятием по изготовлению автоклавного газобетона в пос. Кикерино Волосовского района Ленобласти.
Ответственный работодатель
Сегодня на заводе работают 230 человек. Для Ленинградской области это не только крупный налогоплательщик, но и один из главных работодателей – и Сертолово только выиграет от того, что здесь появилось современное, высокотехнологичное и экологически безопасное производство «Группы ЛСР». «Радостно, что в наших краях открываются новые востребованные предприятия, – отметил в ходе официальной церемонии губернатор Ленобласти Александр Дрозденко. – Объем выпускаемой здесь продукции должен закрыть все потребности Петербурга и Ленобласти в материалах для индивидуального и малоэтажного строительства. Надеюсь, сертоловский газобетон будет таким же качественным, как и вся продукция от «Группы ЛСР». Эта компания – наш давний и надежный партнер. Совместно на территории области мы реализовали не один проект. Думаю, в будущем нам предстоит еще много таких».