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.
Расширяя границы
Собственникам разрешили узаконить излишки используемых ими земельных участков. Легализовать можно будет только те «прирезы», которые соответствуют ряду важных требований.
С 16 сентября 2019 года в России вступили в силу изменения в Законах «О кадастровой деятельности» и «О государственной регистрации недвижимости». Часть поправок касается положений «дачной амнистии», которая продолжается в стране.
«Прирезы» в законе
Как отмечает генеральный директор ООО «Гео-Вектор» Сергей Мясников, теперь у собственников появилась возможность узаконить в рамках проведения комплексных кадастровых работ фактически используемые земельные участки, если их площадь больше указанной в ЕГРН. Эта возможность, поясняет эксперт, предоставляется при соблюдении ряда условий: участок фактически используется более 15 лет, в отношении него отсутствуют споры с соседями и претензии со стороны органов власти. При этом возможность увеличения площади ограничена. Она не должна превышать предельного минимального размера участка, установленного администрацией региона. Если предел не установлен – площадь «прирезаемой» земли должна составлять не более 10% от основного участка, находящегося в собственности.
«Закон направлен на защиту интересов как государства, так и граждан. Кроме того, в рамках рассматриваемых изменений расширены полномочия кадастровых инженеров. Они получили право связываться с владельцами земель в случае возникновения спорной ситуации: запрашивать их почтовый и электронный адрес через ЕГРН. Также правообладатели земельных участков и зданий вправе предоставить кадастровому инженеру имеющиеся у них материалы и документы для использования их при проведении комплексных кадастровых работ», – добавляет Сергей Мясников.
Вр. и. о. начальника отдела землеустройства и мониторинга земель, кадастровой оценки недвижимости, геодезии и картографии Управления Росреестра по Ленобласти Дарья Сердцева подчеркивает, что нововведение не подразумевает легализации самовольно занятых земель, а регулирует вопрос уточнения границ земельных участков в ходе комплексных кадастровых работ. Это процедура, в ходе которой определяются границы участка, уже принадлежащего физическому или юридическому лицу, без первоначального описания местоположения границ.
«Общезаконодательная норма, устанавливающая, что в случае отсутствия в документах сведений о местоположении границ участка его границами считаются существующие на местности 15 и более лет, осталась неизменна. При этом необоснованное увеличение участков является недопустимым, поскольку представляет собой злоупотребление правом», – сообщила специалист.
Право собственности
Как поясняет руководитель аудиторского и юридического отделов BLCons Group Мария Стригалёва, в Гражданском кодексе РФ с 1995 года действует норма о приобретательской давности (ст. 234 ГК РФ). В соответствии с ней, приобретение права собственности появлялось по истечении 15 лет добросовестного, открытого и непрерывного владения недвижимостью. Ввиду того, что данная норма была новой, в течение первых 15 лет владельцы недвижимости не могли ее реализовывать. После 2009 года применение принципа приобретательской давности начало набирать обороты, в том числе и в отношении самовольно занятых участков (на бытовом уровне также используется понятие «прирезка»).
«В России (и, в частности, в Петербурге и Ленобласти) еще сохранилось множество участков, владельцы которых не озаботились установлением границ. Сложившаяся ситуация связана с тем, что координаты характерных точек границ участка начали устанавливать только с 1 марта 2008 года. Поэтому большинство из них в ЕГРН точных границ не имеет», – отмечает Мария Стригалёва.
По словам старшего юриста практики по недвижимости и инвестициям компании «Качкин и Партнеры» Вероники Перфильевой, на практике самозахват земель, т. е. использование участка без учета границ, сведения о которых внесены в ЕГРН, встречается достаточно часто, в том числе на территории Петербурга и Ленобласти. При этом сложившийся порядок пользования участка в фактических границах нередко является устоявшимся, существующим длительное время.
С этим согласна и генеральный директор ООО «Институт градостроительного проектирования» Марина Плотникова. «Из опыта работы по Ленобласти можем сказать, что гражданами в большей степени происходит самозахват прилегающей территории к уже сформированному и находящемуся в собственности участку. Размер «прирезка» составляет, как правило, 10–30% от уже имеющейся в собственности земли. Случаи самовольно занимаемых участков без имеющегося радом собственного участка очень редки», – добавляет она.
Генеральный директор ООО «РУСТЕХРЕЕСТР» Константин Климушин отмечает: на первый взгляд может показаться, что 15-летний срок владения – достаточно внушительный, а объем обращений граждан или юридических лиц будет незначительным, но это мнение ошибочно. «Достаточно вспомнить огромное количество садоводств и иных дачных кооперативов, где забор практически каждого второго домовладения отодвинут на 1–2 м в сторону проезжей части. Помимо садоводов также необходимо учитывать крупные предприятия, в окружении собственности которых оказались так называемые «незанятые участки», в отношении которых, я уверен, у них появятся однозначные взгляды на их приватизацию», – резюмирует эксперт.
Мнение
Константин Климушин, генеральный директор ООО «РУСТЕХРЕЕСТР»:
– Конечно, новшество потребует «обкатки» и внесения необходимых поправок в случае возникновения так называемых «подводных «камней». Законы, предполагающие возникновение или ограничение в правах, всегда требуют доработок. Что касается исполнения новшества, то, как говорится, практика покажет. Но уже сегодня можно сказать, что легкой эта работа не будет. Наверняка мы столкнемся с проблематикой спорных границ кадастровых кварталов и округов, наложением земельных участков и неопределенностью субъекта права.
На особом контроле
Строительство и реконструкция уникальных зданий и сооружений требуют особого технического контроля за производимыми работами. Современные технологии и оборудование помогают специалистам вести эффективный мониторинг на объектах.
Российские строители все активнее возводят технически сложные объекты. Многие из них имеют нестандартную конструкцию, фундаментную и фасадную часть, повышенную высотность и т. д. Строительство таких объектов должно проходить под особым контролем независимых экспертов. Дальнейшая эксплуатация этих зданий также требует постоянного мониторинга их состояния. Особый технический контроль необходим и при реставрации исторических зданий. По словам экспертов, методы мониторинга исторических и сложных современных объектов очень схожи между собой.
Учесть все факторы
По словам генерального директора компании «КБК Проект» Василия Костина, строительство, реконструкция и эксплуатация уникальных объектов требуют повышенного внимания к методам диагностики их состояния. В частности, в работе экспертам необходимо использовать возможности быстрой оценки на соответствие определенным нормам конструкции здания. При этом она должна быть проста в использовании на любом этапе строительства и (или) эксплуатации объекта и сочетаема с основными программными продуктами мониторинга.
«В диагностике таких объектов важно учесть множество факторов. Например, запас прочности, статические и динамические параметры, особенности материалов и грунтового основания, характер внешних воздействия на конструкции и т. п. И если в процессе строительства работа экспертов – это регулярный анализ на соответствие проектной документации, то в процессе эксплуатации – уже постоянный технический анализ состояния конструкций объекта, с постоянным режимом наблюдения. Системы для такого мониторинга разрабатываются на стадии проектирования и устанавливаются во время строительства. Как правило, это комплексные автоматические стационарные системы, создаваемые индивидуально для каждого здания. Они следят за своевременным выявлением деформации конструкций и рядом других параметров», – поясняет Василий Костин.
Генеральный директор компании «Энигма-С» Виталий Соколов рассказывает, что большинство методик мониторинга уникальных объектов в основе идентичны между собой, но имеют и различия. В особенности это касается исторических зданий. Это связано с конструктивными особенностями таких объектов. «В частности, в Петербурге, да и в других городах страны, в послевоенные годы велись активные, но иногда технологически разные работы по восстановлению и строительству зданий. В связи с этим фундаменты, стены, перекрытия, колонны и другие несущие конструкции могут отличаться и, соответственно, иметь различную структуру, вес и несущую способность. Именно для определения этих параметров мониторинг рекомендуется проводить совместно с комплексным техническим обследованием, которое даст полную картину о состоянии конструкций здания и уже на первичном этапе позволит найти «слабые места», на которые стоит обратить более пристальное внимание», – подчеркивает он.
Технологии, стандарты, профессионализм
Вести эффективный мониторинг строительства, реконструкции и реставрации уникальных сооружений сейчас помогают новейшие технологии и оборудование. Также специалисты задействуют их в наблюдениях и при эксплуатации объектов.
Виталий Соколов отмечает, что современные технологии позволяют вести цикличные инструментальные наблюдения в режиме автоматизированного мониторинга с использованием роботизированных тахеометров, инклинометров, датчиков раскрытия трещин и другой регистрирующей аппаратуры, с возможностью пост-обработки и передачи данных в реальном времени. Также мониторинг может быть полуавтоматизированным. При этом регистрирующая аппаратура в местах наблюдений работает в автоматическом режиме, с комбинацией инструментальных наблюдений.
По мнению Василия Костина, из новых технологий можно выделить ультразвуковое сканирование, которое помогает анализировать геометрию конструкций, прочность материалов и несущую способность фундаментов. Также важны разнообразные датчики для измерения напряжений конструкций, системы термометрии, предназначенные для непрерывного измерения температуры объектов на базе волоконно-оптических датчиков. Современные технологии, добавляет он, позволяют существенно снизить стоимость мониторинга – при повышении качества и достоверности получаемой информации.
Специалисты также отмечают, что за последние годы начали совершенствоваться и нормативные отраслевые стандарты. На них теперь можно ориентироваться, применяя новое оборудование.
Генеральный директор компании «ГЛЭСК» Сергей Салтыков напоминает, что сам термин «геотехнический мониторинг» начал обретать четкое наполнение не только в сознании потребителей услуги, но и у исполнителей работ лишь с выходом СП 305.1325800.2017. Новая нормативно-техническая документация РФ детализировала объемы и состав работ, необходимых к выполнению при мониторинге. По его словам, совсем скоро качественный проект геотехнического мониторинга (а не копия общих рекомендаций из геотехнического обоснования) станет нормой на каждой строительной площадке, ведь его значимость не меньше проекта организации строительства или проекта производства работ.
«Могу добавить, что главным при мониторинге является пытливый ум специалиста, знающего, что он измеряет, и не болеющего звездной болезнью, мешающей второй и третий раз свои же измерения перепроверить. Лишь таким экспертам я доверяю сверхточные цифровые нивелиры, тахеометры, инклинометры, тензодатчики, пьезометры и многое другое. Кроме того, наблюдения, осуществляемые при геотехническом мониторинге, являются комплексными и в обязательном порядке требуют привлечения специалистов различных направлений. Так, в «ГЛЭСК» каждый геотехнический мониторинг осуществляется в тесной связке штатного геотехника, геолога, геодезиста, инженера по обследованию зданий и сотрудника нашей измерительной лаборатории», – резюмирует Сергей Салтыков.
Мнение
Сергей Салтыков, генеральный директор компании «ГЛЭСК»:
– Геологические условия зачастую непредсказуемы – и всегда есть шанс столкнуться с пластом, течением или пустотами, ускользнувшими из взора изыскателей. Сверхточные современные измерительные комплексы, используемые в соответствии с требованиями проекта геотехнического мониторинга, позволяют на начальном этапе выявить и предотвратить ошибку, грозящую стать фатальной, а следовательно, сберечь средства и репутацию застройщика.