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.
Строительная «цифра»
Представители строительного сообщества, специалисты финансового сектора и профессионалы IT-индустрии обсудили на II Международном цифровом форуме ряд вопросов, связанных с цифровой трансформацией строительной отрасли и управления недвижимостью.
В рамках дискуссии, модератором которой выступил вице-президент Санкт-Петербургского отделения Project Management Institute Максим Гришин, были освещены вопросы цифровой трансформации реализации инвестиционных проектов или, как их еще называют, систем управления жизненным циклом объектов строительства.
Участники обсудили также основные тенденции развития рынка после очередных изменений законодательства в строительной сфере, вступивших в силу 1 июля 2019 года. В частности, затронули вопросы цифровизации проектного и банковского сопровождения строительной отрасли, готовность участников рынка к новым подходам и решениям, а также оптимизацию издержек за счет внедрения передовых технологий и IT-решений при управлении недвижимостью.
Оптимизация и искусственный интеллект в строительстве
Сегодня цифровизация и применение информационных технологий в России стали уже глобальными трендами. Это уже не будущее, а новая реальность. В том числе и в строительстве.
С информационными технологиями строительные компании Северо-Западного округа работают не первый год, накопился некоторый опыт, и поэтому диалог строителей и IT-разработчиков, неуверенно складывавшийся на предыдущем форуме, сейчас прошел на достойном уровне.
Своим опытом по применению облачных технологий как катализатора практической цифровизации поделился заместитель директора по развитию компании «Бонава» Александр Бойцов. «Визуализируя проект при помощи информационной модели, мы на 30–50% сокращаем время и затраты, а также уменьшаем количество несоответствий между проектом и реальным объектом. До 10 раз уменьшилось количество ошибок в чертежах панелей, которые мы предоставляем заводам-производителям, а также в 2–3 раза меньше стало критических пересечений с архитектурой, конструкциями и инженерными системами», – подчеркнул он.
С примерами повышения эффективности и оптимизации управления стройкой из российской практики, а также с практикой применений «искусственного интеллекта» ознакомил участников панельной дискуссии технический директор Autodesk в России и СНГ, к. т. н. Петр Манин: «Облачный обмен информацией в строительстве сейчас оптимизирует работу на всем жизненном цикле. Все основные девелоперы в России уже используют его для прогрессивной работы на стройке. Ведущие мировые компании, тоже наши клиенты, вовсю тестируют технологии машинного обучения и нейронных сетей для своих проектов, используя наши сервисы. Это тоже уже реальность. С использованием big data из проектов – информационной модели, фотоснимков, облаков точек, данных с дронов – все риски и ошибки на стройке автоматически сводятся в единую информационную таблицу, которая предоставляет заказчикам объективную информацию по состоянию дел на объекте, планированию дальнейшей работы с многочисленными подрядчиками и закрытию их работ».
Взаимопонимание
В ходе дискуссии не раз отмечалась важность взаимопонимания между заказчиком, проектировщиком и менеджером информационных технологий. Действительно, платформы, на которых создаются модели, различны, но уже создано программное обеспечение, конвертирующее данные и приводящее их в единый формат.
Однако сегодня не редки случаи, когда заказчик, получив носитель с информационной моделью, кладет его «в стол».
Эту проблему затронул руководитель департамента информационного моделирования российского филиала Semre´n&Ma˙nsson Алексей Кушнир. «Технологическая незрелость технического заказчика или его непонимание BIM-модели как инструмента получения прибыли являются стопором в продвижении технологий информационного моделирования. Зачастую заказчик или не умеет, или просто не знает, что ему делать с занимающей место на электронном носителе информацией об объекте строительства. Для решения этой проблемы мы разработали сервис, который отражает данные информационной модели в удобном виде для своевременного принятия управленческих решений», – отметил он.
Банкам тоже интересно
Интерес вызвал и экономический аспект информационного моделирования. Операционный партнер фонда Larix Александр Жданов сделал акцент на обзоре инвестиций в самых сильных предпринимателей для развития ведущих мировых компаний мирового и российского строительного рынка.
Руководитель центра цифрового строительства «Уральский BIM-cluster» Андрей Белькевич поделился практикой использования разработанного в Екатеринбурге сервиса облачного решения для автоматизации стоимостных расчетов на основании BIM-модели. «Разработанная программа позволяет отслеживать динамику изменения стоимостных показателей и снимать метрики с модели, а также благодаря высокой скорости и точности подсчетов обеспечивать выполнение проектов в установленные сроки и бюджет. Уральский филиал Сбербанка РФ уже заинтересовался этим продуктом как целесообразным решением для проверки достоверности заявок на финансирование строительства и впоследствии – для контроля над ходом реализации возведения объекта», – рассказал он.
Заместитель председателя правления банка «Александровский» Илья Кокарев высказал предположение, что данное программное обеспечение может быть рассмотрено также для применения в работе со строительными компаниями по эскроу-счетам.
Когда будут BIM-кадры?
На II Международном цифровом форуме особое внимание уделили вопросу подготовки кадров для обеспечения поступательного развития цифровизации в России.
Так, первый заместитель руководителя Администрации Президента РФ Сергей Кириенко подчеркнул, что «главное в цифровизации экономики – кадры». Строительной отрасли это касается в первую очередь.
Пока наблюдается необходимость в «переводчиках» между большинством строительных компаний и представителями IT.
Информационное моделирование все активнее применяется в строительной отрасли. Сделаны и первые шаги для решения «языковых и информационных» препятствий: в проектных и строительных организациях работают BIM-консультанты, в некоторых профильных учебных заведениях факультативно ведется курс по технологиям информационного моделирования, активно работают и национальные объединения.
Вице-президент, координатор НОПРИЗ по СЗФО, профессор ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет» (СПбГАСУ) Александр Гримитлин отметил: «Строительство и IT стремительно сближаются, и проблема подготовки квалифицированных кадров выходит на передовые позиции. Для ее решения Национальное объединение изыскателей и проектировщиков совместно с СПбГАСУ на территории Северо-Западного федерального округа организовало конкурс архитектурно-проектных работ с применением технологий информационного моделирования "BIMSkills", в котором могут принять участие студенты и аспиранты ведущих профильных высших учебных заведений, расположенных в нашем округе».
Подробнее о роли конкурса в жизни профсообщества рассказал руководитель рабочей группы по информационным технологиям при координаторе НОПРИЗ по СЗФО Алексей Агафонов. «Конкурс не только призван оказывать содействие развитию и обеспечению кадрами проектной деятельности в регионе. Он будет способствовать подготовке специалистов в сфере информационного моделирования в строительстве, реализации комплексного подхода в обеспечении строительной отрасли квалифицированными кадрами в целом, а также помогать студентам в профориентации и трудоустройстве и получать обратную связь от потенциальных работодателей – проектных, строительных и IT-организаций», – сообщил он.
Но для подготовки полноценных специалистов в области информационного моделирования и сопровождения проектов строительства, для их обучения и повышения квалификации еще должно пройти время, так как профессиональный стандарт «Специалист информационного моделирования» сейчас отправлен на утверждение в Министерство труда.
Вице-президент по развитию квалификаций BIM-Ассоциации Надежда Прокопьева отмечает: «Профстандарт, разработанный BIM-Ассоциацией, сейчас на стадии утверждения в Минтруде. После его вступления в силу работающие специалисты смогут подтвердить свою квалификацию, а вузы и ссузы – начать разработку обучающих программ по данной специальности. Первый набор на бакалавриат по этой профессии можно ожидать в 2021 году после утверждения программ профильными министерствами».
Повышая качество
Для улучшения качества бетона производители его основных составляющих и дополнительных компонентов продолжают модернизировать и расширять линейки продукции.
В Петербурге прошел научно-практический семинар «Качество бетонов в современном строительстве. Влияние исходных компонентов». В его работе приняли участие представители ведущих строительных и производственных компаний Санкт-Петербурга и Ленобласти, органов исполнительной власти. Организатором мероприятия выступила компания «Полипласт Северо-Запад».
С приветственным словом на семинаре выступил помощник начальника Управления перспективного развития и координации проектно-изыскательских работ Комитета по строительству Петербурга Михаил Потапов. Он поздравил всех присутствующих с прошедшим чуть ранее профессиональным праздником – Днем строителя. Открыл мероприятие генеральный директор компании «Полипласт Северо-Запад» Алексей Емельянов. Мероприятие он назвал площадкой для обмена опытом и пожелал всем участникам новых профессиональных успехов.
В рамках первого блока семинара приглашенные специалисты рассказали о специфике производства в СЗФО цемента, который является основным компонентом бетона и бетонной смеси. В частности, технический эксперт сланцевского цементного завода «Цесла» Павел Парфенов выступил с докладом об особенностях шлакового цемента. По его словам, в сентябре этого года на предприятии в данном сегменте будет запущена новая марка цемента для дорожного строительства. Продукт будет соответствовать ГОСТу и техническому регламенту Таможенного союза. «Это будет принципиально новая марка. В настоящее время на рынке СЗФО аналогов нет», – подчеркнул он.
Менеджер по бенчмаркингу компании «Евроцемент групп» Сергей Минаков поделился информацией о проходящей модернизации предприятий холдинга в северо-западном регионе. Специалист сообщил, что завод « Пикалевский цемент» в Ленобласти в рамках данной масштабной программы перешел на замкнутый цикл помола цемента. Это уже положительно отразилось на характеристиках продукта. По его словам, в настоящее время технологическая модернизация предприятия продолжается. Генеральный директор компании «ЛидерПром» Левон Давидянц уточнил у Сергея Минакова особенности реконструкции «Пикалевского цемента» и сроки завершения всех работ по модернизации предприятия.
Участники семинара задали представителям цементных компаний ряд актуальных вопросов о качестве продукции. Также они предложили производителям цемента продолжать разработку его новых типов с другими пропорциями основных составляющих.
Отдельный блок семинара был посвящен производству и применению химических добавок в бетон. Директор НТЦ ГК «Полипласт» Анатолий Вовк рассказал об особенностях добавок на основе поликарбоксилатов. В настоящее время их отечественные виды по своим характеристикам не уступают зарубежным аналогам. При этом эксперт напомнил, что поликарбоксилаты более чувствительны к составу цемента, чем нафталинсульфонаты, и могут вести себя непредсказуемо. «Тем не менее мы смогли разработать добавки на основе поликарбоксилатов под конкретные технологические задачи. Сейчас наша продукция используется не только в России, но и поставляется на экспорт», – добавил он.
Тему поликарбоксилатных и других видов добавок в бетон продолжил руководитель НТЦ компании «Полипласт Северо-Запад» Игорь Коваль. Он рассказал о характеристиках выпускаемой на предприятии продукции и новых перспективных разработках. По словам специалиста, в настоящее время очень быстро меняется минералогия цемента, поэтому перед производителями добавок в бетон стоит задача быстрой адаптации своего продукта под данный компонент. Новые добавки «Полипласт Северо-Запад» уже в большей степени устойчивы к изменению минералогии цемента, что положительно отражается на качестве бетона.
Присутствующих в зале представителей производственных и строительных организаций заинтересовала поликарбоксилатная продукция компании «Полипласт». Анатолию Вовку и Игорю Ковалю участники семинара задали множество вопросов о её потребительских свойствах. В частности, представитель компании «БетоНика» Наталья Уласевич попросила специалистов поподробнее рассказать об экологических особенностях поликарбоксилатных добавок. Ольга Рудковская из ГК «КВС» задала ряд уточняющих вопросов о том, как подтверждается качество и определенные характеристик добавок в бетон и самого бетона в соответствии с СП (сводами правил по строительству). В ходе развернутой дискуссии на вопросы Ольги Рудковской ответила Анна Миронова из ГК «Девиз», занимающейся производством бетона.
О том, как добавки в бетон ГК «Полипласт» задействуются при возведении крупных федеральных и зарубежных объектов, рассказала начальник строительной лаборатории НТЦ ГК «Полипласт» Ирина Вовк. В частности, по ее словам, добавки нашли применение при строительстве Керченского моста в Крыму, моста к острову Русский на Дальнем Востоке. Руководитель химической группы НТЦ ГК «Полипласт» Ксения Костякова рассказала о направлении деятельности компании, связанной с производством смазок для опалубки и предотвращения коррозии металла.
Также на семинаре главный инженер компании «Ленстрой» Михаил Короткин выступил с докладом об особенностях строительства современных мостовых бетонных конструкций, а также рассказал об опыте организации в реализации крупных дорожных проектах.
В конце семинара участники поблагодарили компанию «Полипласт Северо-Запад» за качественную организацию мероприятия и выразили пожелания встретиться в таком формате еще не раз.
Кстати:
В рамках практической части семинара компания «Полипласт Северо-Запад» продемонстрировала добавки в бетон в действии. Специалисты предприятия дали подробные консультации о том, как их наиболее правильно и эффективно использовать в бетонной смеси.