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.
Пионеры технологий
Игроки строительной отрасли все активнее используют в работе новые технологии. Тем не менее, более глубокому внедрению инноваций мешает несовершенство нормативно-законодательной базы.
За последние 10-15 лет в России существенно изменились как технологии строительства, так и применяемые при возведении зданий, дорог материалы. Появились IT-решения, позволяющие ускорить строительство. Также ряд российских производителей начал выпуск современной продукции, на которую обратили внимание даже за рубежом.
Вице-президент корпорации ТЕХНОНИКОЛЬ Евгений Войлов отмечает, что инновационный продукт отличается в первую очередь тем, что он выгоднее, эффективнее, полезнее в долгосрочной перспективе, чем существующие аналоги. В любом случае инновационные материалы обладают весомыми преимуществами – это либо способность на порядок лучше остальных справляться со своими задачами, либо привлекательная стоимость. По этой причине они быстро находят дорогу к потребителю.
Если на этом пути будет меньше нормативных препятствий, то все только выиграют. С этой точки зрения, основная поддержка государства состоит в адаптации существующей законодательной базы к современным условиям, считает он.
«Каждый год наша продуктовая линейка пополняется новыми материалами. Так, на рынок была выведена базальтовая теплоизоляция GreenGuard. При ее производстве применяется биополимерное связующее органического происхождения. Оно абсолютно безопасно для здоровья человека и активно используется в детских средствах гигиены», – отмечает Евгений Войлов.
Руководитель отдела маркетинга подразделения строительной химии Master Builders Solutions концерна BASF Марица Закржевская также полагает, что нужна поддержка производителей инновационных продуктов. По ее мнению, несмотря на то, что многие американские и европейские стандарты берутся за основу и внедряются в нашей стране, необходимо активнее стимулировать развитие нормативной базы во всех сегментах и внедрять инновации во всех областях, имеющих отношение к строительству: в проектировании, управлении процессами, производстве материалов, культуре работ, оборудовании, контроле качества и экспертизе. «Из последних выпускаемых нами новинок можно назвать состав MasterFlow 648 – эпоксидную подливку под оборудование. Продукт позволяет повысить скорость и надежность монтажа компрессоров, генераторов, турбин, прокатных и волочильных станов, рельсовых кранов и любых других механизмов, которые требуют оптимизированной передачи нагрузки, демпфирования вибраций для защиты от износа», – рассказывает специалист.
Прямая финансовая поддержка производителей уникальной продукции – скорее всего, не самое актуальное пожелание рынка, продолжает тему специалист по архитектурным проектам компании SP Glass Александр Круглов. «Важнее, чтобы государство создало возможности эффективной работы таких компаний. В частности, стекольная отрасль остро нуждается в корректировке нормативной базы. В этом плане можно ориентироваться на стандарты, принятые в европейских странах. Кроме того, конечно же, важна информированность потенциальных потребителей о новых продуктах, в том числе через форумы, конференции, ориентированные на строительный рынок», – добавил он.
Директор по продажам H+H Сергей Терехов напоминает, что компания в этом году отмечает десятилетие работы на российском рынке и всегда была одним из пионеров в области инноваций в сфере производства газобетона. «Мы занимаем 36% регионального рынка, постоянно разрабатываем новые продукты, ищем интересные технические решения, которые ускоряют и облегчают строительный процесс. Так, опираясь на пожелания наших клиентов и партнеров, мы начали производство блоков для устройства перегородок высотой 250 мм и толщиной 75 мм. Это самый тонкий перегородочный блок на рынке Северо-Запада. Благодаря такой небольшой толщине перегородки удается обеспечить больше свободного и полезного пространства в помещении при перепланировке, проведении ремонта или дополнительном утеплении стен», – отметил он.
Мнение
Михаил Голубев, генеральный директор ЗАО «Северо-Западная Строительная Корпорация»:
– Так как ЖК «Прибрежный Квартал» является интегратором различных технологий в области урбанизма, архитектуры и строительства, мы используем множество новаций. Это касается и производства, и так называемых soft-технологий социально-коммуникационного характера. Мы начали сотрудничество с первым городским цифровым акселератором (CDA), созданным «Клубом лидеров» при поддержке Администрации Санкт-Петербурга. Там работаем со стартап-компаниями VITEX (пленочные системы нагрева для экстремальных условий эксплуатации), LEGO 2035 (конструкции для мобильного жилья и коммерческого характера), а также с компанией «Импульс: Интернет машин» (IoT-технологии в эксплуатации жилья). Широко используем композитную арматуру и передовые марки бетона с добавками, который нам поставляет компания, заливавшая бетон на небоскребе «Лахта Центр». В коммуникационных технологиях работаем над приемами тактического урбанизма, которые дают возможности объединения личных и общественных запросов при развитии территории, ландшафтного дизайна и благоустройства. Также думаем над программами арендного жилья с использованием коливингов и флэтшэринга.
Смеси ПЕТРОМИКС: строительство, ремонт, реставрация
ПЕТРОМИКС – торговая марка сухих строительных смесей для общестроительных и реставрационных работ, известная с 1997 года. Смеси ПЕТРОМИКС выпускает компания РЕМИКС, самый крупный производитель сухого классифицированного песка в Санкт-Петербурге и один из лидеров рынка сухих строительных смесей на Северо-Западе России.
О компании
Компания РЕМИКС является одним из передовых предприятий отрасли и уже более 20 лет работает по двум основным направлениям: производство сухого фракционированного песка и выпуск сухих строительных смесей для общестроительных и реставрационных работ.
Сухой классифицированный кварцевый песок
Сухой песок является самостоятельным рыночным продуктом и применяется для производства сухих строительных смесей и других строительных материалов, для пескоструйной очистки поверхностей, для фильтрации воды, для производства стекла и литейных форм, для котлов сжигания, для устройства спортивных покрытий, а также для решения множества других специальных задач.
Компания РЕМИКС оснащена самым высокопроизводительным и высокотехнологичным на Северо-Западе оборудованием по сушке песка, с производительностью 100 т сухого песка в час.
Сухие строительные смеси
В прошлом году компания РЕМИКС запустила в эксплуатацию новый завод по выпуску сухих строительных смесей, включающий в себя производственную линию по дозированию, смешиванию и фасовке, силосное хозяйство, складской комплекс. Все оборудование автоматизировано и является самым современным в отрасли.
Предприятие выпускает строительные смеси под собственными торговыми марками: ПЕТРОМИКС, РЕАЛ, MIXTOP и VERMIX. Компания РЕМИКС также выпускает смеси по толлингу для производителей газобетонных блоков, для региональных и зарубежных производителей сухих строительных смесей.
Общестроительные и реставрационные смеси ПЕТРОМИКС
Под торговой маркой ПЕТРОМИКС выпускаются ремонтные, клеевые, шпатлевочные, напольные, кладочные, штукатурные, шовные, гипсовые общестроительные модифицированные смеси, а также строительные смеси для реставрации: штукатурные, кладочные, шпатлевочные, санирующие и инъекционные.
Специализированные реставрационные материалы ПЕТРОМИКС имеют разрешение от Комитета по государственному контролю, использованию и охране памятников истории и культуры (КГИОП) для применения на исторических объектах и памятниках архитектуры РФ.
Нам доверяют
Команда ПЕТРОМИКС активно работает с застройщиками, строителями, реставраторами и проектировщиками. Специалисты-технологи и менеджеры отдела продаж подбирают материалы под индивидуальные потребности, ведут объекты на всех этапах строительства или реставрации, проводят обучение по работе с материалами.
Смеси ПЕТРОМИКС активно применяют на объектах регионального и федерального значения, а именно на объектах Министерства культуры РФ, Русской Православной Церкви, Российских железных дорог и других государственных и частных организаций. Отделочные смеси ПЕТРОМИКС применяли при реставрации арки Генерального Штаба, Адмиралтейства, Екатерининского дворца Царского Села, Московского вокзала, исторических зданий Нахимовского военно-морского училища и Военно-Космической академии им. А. Ф. Можайского, Валаамского Спасо-Преображенского монастыря, Выборгского замка и других знаковых объектов.
Более 30 крупных реставрационных компаний сотрудничают с командой ПЕТРОМИКС на долгосрочной основе. Работа с каждым клиентом строится индивидуально. Примером такого успешного партнерства является реставрация Псковского кремля, где сотрудники компании участвовали в разработке технических решений совместно с проектировщиками, подбирали смеси под конкретные задачи, взаимодействовали с подрядчиком.
В настоящее время общестроительные и реставрационные смеси ПЕТРОМИКС поставляются строителям и реставраторам города Санкт-Петербурга, Ленинградской, Московской и Псковской областей, Карелии и Крыма.
Перспективы ПЕТРОМИКС
В научно-исследовательском центре компании ведется разработка новых продуктов для механизированного нанесения, в частности, наливных полов, составов для гидроизоляции и ремонта бетонов, а также жидких и пастообразных отделочных и декоративных материалов. Производство таких уникальных спецсоставов позволит компании обеспечить крупных заказчиков федерального уровня.