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.
Первый пошел!
Свершилось то, чего так ждали! Возводится первое в мире здание, спроектированное по технологии информационного моделирования в российской BIM-системе Renga.
Первопроходцем в области освоения отечественной BIM-программы выступила столичная проектная компания ООО «ПСК «АрхСтандарт». Жилой дом, спроектированный в BIM-системе Renga из сборного железобетона, уже возводится в подмосковном городе Королёве.
Традиционно специалисты ООО «ПСК «АрхСтандарт» для разработки проектной документации использовали программу AutoCAD. Впервые руководство компании обратило внимание на BIM-технологию в 2017 году в связи с новыми требованиями заказчиков предоставлять информационную модель. Еще одной причиной перехода на BIM стала необходимость устранения нестыковок в проектах, которые приводили к дополнительным финансовым затратам.
При выборе конкретной BIM-системы было важным, чтобы новую программу сотрудники могли быстро освоить и сразу начать применять в рабочих проектах. Кроме того, важно было, чтобы она имела привлекательную цену и на ее стоимость не влияли колебания валютного курса. После рассмотрения ряда имеющихся на рынке продуктов выбор был сделан в пользу Renga.
Проектировщикам ООО «ПСК «АрхСтандарт» понравился понятный, лаконичный интерфейс программы, а руководство отметило ее доступную стоимость. На обучение специалистов было потрачено всего 12 часов, после чего специалисты приступили к проектированию многоэтажного жилого дома из семи секций. Надземные конструкции дома были спроектированы из сборного железобетона, подземная часть – из монолитного железобетона. Фундамент здания представляет собой сплошную плиту с монолитными стенами подвала. Надземная часть состоит из несущих стеновых панелей и панелей перекрытий. Фасад здания – утепленный, вентилируемый, с навесными плитками из керамогранита.
Специалисты ООО «ПСК «АрхСтандарт» легко освоили Renga, создали информационную модель жилого дома из сборного железобетона, получили из нее чертежную документацию и убедились, что наглядность, которую обеспечивает 3D-проектирование, позволяет избежать неточностей при проектировании. Также, за счет наглядности 3D-модели, удалось выявить некоторые ошибки, допущенные на предварительном этапе при работе в AutoCAD.
Рабочий файл модели имеет размер всего около 2,5 Мб. Итоговая модель содержит 150 типоразмеров панелей. Только сборные конструкции здания составляют более 12 тыс. элементов.
Информационная модель передана на стройку. Строительство здания уже идет полным ходом и должно быть закончено к концу этого года.
Работа с BIM-технологиями получила высокую оценку как проектировщиков, так и руководства ООО «ПСК «АрхСтандарт». «При освоении системы не возникло трудностей, так как ее интерфейс лаконичен и понятен. Опыт выполнения данного проекта показал преимущества использования BIM-технологии по сравнению с двухмерным черчением. При выполнении последующих проектов мы будем использовать все три системы Renga, постепенно заменяя классический метод проектирования на информационное моделирование», – говорит генеральный директор ПСК «АрхСтандарт» Станислав Щербатенко.
Справка
Renga Software – совместное предприятие компании «АСКОН» и фирмы «1С» – первый отечественный разработчик BIM-решений. Компания создает продукты для трехмерного проектирования с удобным функционалом, интуитивно понятным интерфейсом и доступной стоимостью. Вся документация, создаваемая в программе, соответствует используемой в России нормативной базе. BIM-продукты: Renga Architecture – для архитектурно-строительного проектирования; Renga Structure – для конструктивной части зданий и сооружений (железобетонные и металлические конструкции); Renga MEP –для проектирования внутренних инженерных систем зданий (водоснабжение, канализация, отопление, вентиляция, электроснабжение). Сайт: Rengabim.com
Всеволод Яковлев: «Работая над проектом, помним, что мы с заказчиком в одной команде»
Проектировщики и заказчики, несмотря на иногда разное видение проектов, всегда могут прийти к консенсусу. В этом уверен управляющий партнер архитектурного бюро «Проксима», член Союза архитекторов России Всеволод Яковлев. Он рассказал «Строительному Еженедельнику» об особенностях работы компании с партнерами.
– Всеволод Александрович, расскажите, как начиналась «Проксима». Что уже сделано?
– Работаем на рынке мы более 10 лет. Начинали с малого, с небольших заказов по проектированию. Более серьезную деятельность стали осуществлять приблизительно с 2011–2012 годов. В частности, начали активно работать с крупными строительными компаниями города. Сейчас в нашем портфолио немало интересных и знаковых проектов. Среди них есть и жилые, и общественные, и производственные здания.
– Можете ли выделить какие-то проекты?
– Все проекты нам по-своему дороги. В них вложили частичку себя. Из крупных последних проектов могу отметить ЖК «Северный» Группы ЦДС. Строительство его началось в прошлом году. По своим архитектурным особенностям он принципиально новый в своем сегменте. Мы разрабатывали его концепцию, делали проектную, рабочую документацию и сейчас ведем авторский надзор.
Также интересно было работать с компанией Docklands development в их проекте на Васильевском острове. Важно, что мы любим всех заказчиков и, повторюсь, каждый разработанный объект очень важен для нас.
– А случалось такое, что у вас и заказчика было разное видение проекта?
– Бывало, и не раз. И это нормальная ситуация при работе проектировщиков с заказчиками. При этом в случае каких-то разногласий по проекту мы всегда приходили и приходим к консенсусу, который удовлетворяет всех. Важно понимать, что, работая над проектом, ты с заказчиком находишься в одной команде.
– «Проксима» занимается и разработкой концепций реставрации исторических зданий. В чем тут особенность?
– Это особо тонкая работа. Важно не навредить историческому объекту и при этом сохранить и подчеркнуть его особенности. В этом плане Петербург уникальный город – и тут есть с чем работать. Совсем недавно мы закончили и согласовали с КГИОП концепцию реставрации объекта исторического наследия по адресу: Большая Морская улица, 32. До революции в здании располагался Русский банк для внешней торговли. В советский и современный период работал Архитектурно-строительный техникум, в другое место он переехал совсем недавно. У нас работают люди, которые учились в техникуме, – и сейчас помогают реставрировать здание. Уверен, что скоро оно заиграет новыми красками.
– Вы активно используете в работе BIM. В чем его преимущества?
– Использовать BIM-технологии мы начали около пяти лет назад. Это стало очередным скачком нашего развития. Безусловно, вначале было сложно, так как это принципиальный отход от того, что ты чертишь на бумаге. Делались определенные ошибки. Но о переходе на цифровое моделирование нисколько не жалеем. Благодаря BIM мы стали быстрее и эффективнее работать. Это видят и наши заказчики.
– Приближается День строителя. Чего бы Вы хотели пожелать коллегам?
– Чтобы было все у всех хорошо и стало еще лучше. Это касается и профессиональной деятельности, и личной жизни. Помните, что строитель – великая и уважаемая профессия. Всех с праздником!