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.
Вячеслав Ганцев: «Теплопакет DS NEXT – новый флагман в оконных решениях»
В Петербурге в конце сентября компания STiS (входит в холдинг SP Glass) запустила производство Теплопакетов DS NEXT. Новая линейка продуктов имеет улучшенные характеристики по сохранению тепла в помещениях и защите от солнечного жара. Подробно о характеристиках уникальных энергоэффективных теплопакетов «Строительному Еженедельнику» рассказал продакт-менеджер компании SP Glass Вячеслав Ганцев.
– Каковы особенности Теплопакетов DS NEXT? Почему называются именно теплопакетами и в чем их отличие от уже выпускаемой линейки продуктов под маркой STiS?
– Теплопакеты – это класс стеклопакетов, в состав которых входит энергоэффективное мультифункциональные стекло, а также так называемая теплая рамка, обладающая гораздо меньшей теплопроводностью, чем обычная алюминиевая. Таким образом, теплопакеты гораздо лучше удерживают тепло в помещениях в холод и сохраняют прохладу в жаркие летние дни в сравнении со стандартными оконными стеклопакетами.
Теплопакет DS NEXT – в настоящее время самый технологичный продукт STiS. В нем задействовано новое стекло Lifeglass Plus с двумя слоями серебра. Оно является топовым продуктом в линейке оконных стекол с напылением Double Silver, выпускаемых заводом Pilkington Glass Russia, и обладает наилучшим сочетанием характеристик по энергосбережению.
Кроме того, в DS NEXT мы задействовали «теплую» пластиковую рамку Multitech. Ее теплопроводность в 1000 раз ниже, чем у алюминиевой. Чтобы при производстве теплопакетов такую рамку можно было гнуть, было закуплено итальянское высокоточное полностью автоматизированное оборудование, аналогов которому в России на данный момент нет. Можно с уверенностью сказать, что сегодня Теплопакет DS NEXT обладает наиболее качественными светотехническими и теплозащитными характеристиками из всей высокотехнологичной продукции, выпускаемой под маркой STiS.
– Где Теплопакет DS NEXT можно будет задействовать?
– Он идеально подходит для всех видов жилых помещений и зданий, где собственник заботится об экономии на отоплении и кондиционировании. Теплопакеты DS NEXT можно установить в квартирах, индивидуальных жилых домах, даже в некоторых коммерческих зданиях. Благодаря энергоэффективным свойствам DS NEXT собственники помещений могут существенно сэкономить на оплате коммунальных ресурсов.
– Существенно ли он дороже он обычных стеклопакетов?
– Теплопакет DS NEXT чуть дороже обычных стеклопакетов, но не в два раза. В большей степени конечная цена продукта будет зависеть от компаний, занимающихся реализаций и установкой окон. Приходит в голову сравнение с одинаковыми автомобилями, имеющими качественную и посредственную резину. Цена продажи таких машин будет приблизительно одной и тоже, но их текущие функциональные характеристики – совершенно разными.
– Как и где потребители могут приобрести Теплопакет DS NEXT?
– Покупки возможны через партнерские организации, занимающиеся реализацией и установкой продукции STiS. В Петербурге их достаточно много. Покупатель может прийти в оконную компанию и заказать окно с Теплопакетом DS NEXT.
– В целом, существенно ли изменились стеклопакеты за последние годы?
– Самое главное, что сейчас в стеклопакетах все активнее используются специализированные стекла. Десять лет назад их доля была не более 5%. В настоящее время почти все оконные компании задействуют их в своей продукции, иногда даже во всех своих продуктах. Это означает, что спрос на высокотехнологичное стекло и стеклопакеты есть – и в дальнейшем будет только расти.
Кстати
Линейка Теплопакетов DS NEXT представлена пятью версиями продукта, различающихся оттенками (нейтральный, Red Gold, Blue Sapphire, White Platinum, Royal Aquamarine) и светотехническими характеристиками. Благодаря напылению Double Silver, оттенок стекла виден только снаружи здания, а при взгляде изнутри помещения стеклопакет абсолютно прозрачен и обеспечивает нейтральное естественное освещение.
Выбирая «иностранца»
Зарубежная дорожная и строительная спецтехника продолжает занимать прочные позиции на российском рынке. Меры государственной поддержки отечественных производителей пока не дают эффективного результата.
По оценке экспертов, в настоящее время более 80% всей дорожной и строительной спецтехники в России закупается у зарубежных производителей. За последние 10 лет этот показатель существенно не изменился. Принятый в 2015 году курс на импортозамещение, а именно запрет закупки зарубежной спецтехники для государственных и муниципальных нужд, чуть понизил долю присутствия «иностранцев» на рынке, но с 2017-го показатель вновь пошел вверх. Госпредприятия стали активнее работать с коммерческими подрядчиками, которых запреты закупки зарубежной продукции не касаются.
Тем не менее, российские власти продолжают принимать различные меры поддержки отечественных производителей спецтехники. В частности, Минпромторг РФ два года назад запустил программу субсидирования лизинга российской продукции. В этом году на нее было выделено 2 млрд рублей. За первое полугодие 2019 года, как отмечают в Российской ассоциации производителей специализированной техники и оборудования (Росспецмаш), отгрузки отечественной продукции, по сравнению с аналогичным периодом прошлого года, выросли на 30%, до 18 млрд рублей. Наибольший рост в количественном выражении был зафиксирован в сегменте бульдозеров – на 44%, а также экскаваторов-погрузчиков – на 35%. При этом было отмечено сокращение на 50% отгрузок автобетоновозов, на 15% – катков, на 9% – мини-погрузчиков. Представители Росспецмаша положительно оценивают эти результаты, но признаются, что они пока недостаточны для изменения ситуации на рынке. Члены Ассоциации выступают за более эффективные и более разнообразные меры господдержки отечественных производителей, в том числе в налогообложении, льготном кредитовании.
Пока уступаем
По словам члена правления РСПП, генерального директора ГК «КрашМаш» Виктора Казакова, если говорить о процессе вытеснения «иностранцами» российской строительной техники, то в сегменте сноса зданий и сооружений вытеснять, к сожалению, нечего. Ни экскаваторов-разрушителей, ни навесного оборудования для демонтажных работ в отечественной машиностроительной промышленности пока нет. «В связи с этим мы просто вынуждены закупать инновационные разработки только иностранных производителей. Для этого специалисты нашей компании регулярно посещают крупнейшие мировые выставки спецтехники и оборудования. В итоге только в этом году нами была приобретена партия из 10 гидроножниц модели Arden Jet с интегрированной системой пылеподавления. Кроме того, мы закупили высокопроизводительные мобильные комплексы Kleemann, которые не только способны оперативно перерабатывать и сортировать строительные отходы во вторичный продукт, но и оснащены собственным встроенным пылеподавлением, что для дробилок и грохотов, работающих только с сухим материалом, чрезвычайно актуально», – отметил он.
Директор департамента дорожно-строительной техники компании Volvo Construction Equipment Олег Никитин говорит, что тенденция вытеснения российской техники иностранной сохраняется уже более 20 лет. «Сегодня нетрудно заметить, что 8–9 машин из 10 имеют зарубежное происхождение. Причины сложившейся ситуации разные. Например, в сегментах фронтальных погрузчиков и грейдеров продукция отечественного производства уступает более дешевым китайским аналогам. В сегментах карьерных самосвалов, экскаваторов и укладчиков асфальта изготовленные в РФ машины пользуются меньшим спросом по сравнению с высокопроизводительными и высокотехнологичными зарубежными аналогами, позволяющими обеспечить требуемый уровень качества и скорость работ», – рассказывает эксперт.
При этом, добавляет Олег Никитин, выпуск строительной техники в России не дает иностранному производителю экономического преимущества, по сравнению с импортом. Исключение составляют участники рынка, заключившие специальные инвестиционные контракты с государством, которые требуют высокого уровня инвестиций в производство и локализацию. В отличие от рынка легковых или грузовых автомобилей, для строительной техники в силу малых объемов производства, отсутствия конкуренции среди поставщиков качественных комплектующих и по причине макроэкономических рисков такие требования на сегодняшний день невыполнимы. Поэтому доля производителей, собирающих технику в РФ, не превышает 10%.
«Дочки» и партнеры
В числе имеющих собственное локализированное производство – компания Hitachi Construction Machinery. В 2014 году она открыла завод по производству экскаваторов в Тверской области. Инвестиции в проект составили 3,1 млрд рублей.
Специалист по продукту Hitachi Construction Machinery Eurasia Антон Волков сообщил, что руководство компании выбирало эту площадку для предприятия, ориентируясь на клиентов, эксплуатирующих высоко востребованную технику среднего класса: большинство из них находится в центральном регионе. «Открытие представительства в России позволило компании лучше понять местный рынок и его потребности, наладить более тесное взаимодействие с клиентами и дилерами и, таким образом, предложить максимально подходящие для данного региона продукты. На данный момент завод выпускает шесть моделей экскаваторов средней эксплуатационной массы, стрелы к ним, а с мая 2017 года здесь началось производство ковшей для карьерных экскаваторов Hitachi модели EX1200-6», – добавил он.
Генеральный директор ООО «Либхерр-Русланд» Николай фон Зеела отмечает, что компания Liebherr активно инвестирует в развитие российского машиностроения «С 2017 года был запущен проект совместного производства горных самосвалов на территории предприятия «Кемеровохиммаш» в Кузбассе. Мы с оптимизмом смотрим на будущее российской экономики, невзирая на непростую политическую ситуацию. Поэтому компания продолжает стабильно вести инвестиционную деятельность. В целом уровень обеспеченности спецтехникой в России повышается, особенно в сегментах дорожного и гражданского строительства. Однако потребность в высококачественной зарубежной технике все еще остается. Для реализации ряда крупных инфраструктурных проектов в России в будущем потребуется спецтехника. Мы верим, что после восстановления рынка на докризисный уровень распределение долей между отечественными и зарубежными производителями будет более сбалансированным», – подчеркнул он.
Мнение
Виктор Казаков, член правления РСПП, генеральный директор ГК «КрашМаш»:
– Если говорить об экскаваторах, то приоритетными для нашей компании являются модели весом от 40 т и выше. Такие тяжелые гусеничные механизмы позволяют осуществлять сверхсложные работы по демонтажу зданий и сооружений, безопасно и в более короткие сроки. Этим летом мы закупили целую партию новых 40-тонных экскаваторов John Deere, которые уже отлично проявили себя в полевых условиях. Хочется выразить надежду, что в обозримом будущем процесс импортозамещения коснется и нашей отрасли, придав новый импульс развития отечественной демонтажной индустрии.