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.
Свет в окне
В фасадном остеклении жилых домов и коммерческих объектов продолжают задействоваться новые технологии и материалы.
За последние 15–20 лет фасадное остекление зданий значительно изменилось. Стали задействоваться новые технологичные и стилевые решения, позволяющие окну гармонировать с архитектурой и пространством объекта. При этом фасадное остекление стало нести и серьезные энергосберегающие функции.
По словам специалиста по архитектурным проектам компании SP Glass (производство стекла) Александра Круглова, стекольная отрасль сделала большой рывок, особенно это касается России. «Сравнительно недавно в жилых домах, административных зданиях, бизнес-центрах задействовалось обычное остекление с разной категорией качества. Сейчас же все изменилось. Застройщик, обычный гражданин, который строит себе дом, дачу или просто меняет окна в своей квартире, стал более разборчивым. Потребитель выбирает стекла, производимые по новым технологиям, с мультифункциональными свойствами», – отмечает он.
Руководитель аналитического центра «Главстрой Санкт-Петербург» Дмитрий Ефремов напоминает, что сегодня практически во всех новостройках Северной столицы балконы и лоджии застеклены самими застройщиками. Такой подход позволяет выдержать единообразие фасадов, снизить в квартире уровень шума с улицы, повысить комнатную температуру в холодное время года. При этом просторные лоджии служат пространством не только для хранения вещей, но и для занятий фитнесом и чаепития с друзьями.
«Оконные проемы сегодня могут быть как стандартных, так и увеличенных размеров. Цвет профиля все чаще подбирается под фасад в зависимости от архитектурного облика проекта. Среди материалов широкое применение получили конструкции из алюминия, реже девелоперы работают с ПВХ-панелями. Способы остекления напрямую зависят от класса объекта. Наиболее современным и дорогостоящим является безрамное остекление. Более доступным вариантом служит частичное остекление», – говорит Дмитрий Ефремов.
Представители компании «БФА-Девелопмент» добавляют, что застройщики используют как «холодное», так и «теплое» остекление. Первое предполагает использование одного стеклопакета или стекла. Чаще всего при таком формате для сооружения фасадной системы используется алюминиевый профиль не толще 5 см. «Теплое» остекление задействует 2-3 стекла, а профиль (в большей степени широкий рамный ПВХ) – с поперечным сечением не менее 5 см.
По словам заместителя генерального директора ООО «Бонава Санкт-Петербург» Александра Свинолобова, революции, конечно, за последние 10-15 лет не произошло по сравнению с периодом перехода от деревянных рам с одинарным остеклением на пластиковые и алюминиевые со стеклопакетами. Однако остекление стало намного дешевле, эффективнее и доступнее. Это объясняется, в частности, тем, что производителей, поставщиков и монтажных организаций сегодня довольно много. Поэтому и конкуренция в этом сегменте очень высокая.
В настоящее время, как рассказывает руководитель бизнес-направления «Окна» компании «Леруа Мерлен» Янник Муиш, волна замены оконных конструкций продолжается, в том числе и уже установленных пластиковых стеклопакетов. «Это связано с тем, что конструкции, установленные в период появления на рынке ПВХ-окон, были разными по качеству. Замена обусловлена тем, что за прошедшее время появились новые, более эффективные энергосберегающие и иные решения, в том числе по шумоизоляции. Кроме того, качество фурнитуры ранее установленных оконных систем оставляло желать лучшего, они уже имеют износ. А для многих клиентов надежность и качество современных оконных конструкций становятся решающим фактором для полной замены», – подчеркнул он.
Кстати
По данным экспертов агентства «Окна Маркетинг», рынок пластиковых окон в России за первое полугодие 2019 года сократился на 3% в натуральном выражении по отношению к аналогичному периоду прошлого года. Общим трендом можно считать падение маржинальности бизнеса всех участников рынка, включая производителей окон.
Александр Круглов: «Стекла с нанопокрытием помогают экономить энергию и деньги»
Курс на энергоэффективность, взятый в строительстве и ЖКХ, невозможен без внедрения в эти отрасли современных технологий производства стекла. В этом уверен специалист по архитектурным проектам компании SP Glass Александр Круглов. Он рассказал «Строительному Еженедельнику» о том, как стекла с нанопокрытием, производимые заводом Pilkington Glass Russia (входит в холдинг SP Glass), помогают повысить комфорт в помещениях и экономить денежные средства.
– В чем особенности стекла с напылением, которые выпускает Pilkington Glass Russia? Более ли затратно его производить, чем обычное?
– Стекла с напылением мы начали выпускать в 2014 году. Суть в том, что на стекло наносится специальное покрытие, которое придает ему дополнительные характеристики и свойства. В Pilkington Glass Russia с помощью специальной вакуумно-магнетронной установки на стекло, среди десятка других функциональных слоев, наносится и серебро толщиной в 12 нанометров. Его можно назвать нанонапылением, такие слои не видны человеческому глазу.
На фото: Магнетронная установка для нанесения энергоэффективных покрытий на заводе Pilkington Glass Russia
Серебро позволяет придать обычному стеклу уникальные энергоэффективные свойства. Благодаря минимальному расходу сравнительно недешевого металла производство мультифункционального стекла не намного затратнее обычного.
– А отличается ли стоимость стеклопакетов с нанопокрытием от более стандартных?
– Они стоят немного дороже, но не в разы. Вместе с тем, в отличие от стандартных стеклопакетов, они позволяют экономить. К примеру, эксплуатация кондиционеров в летний период, батареи с повышенной температурой в холодное время приводят к тому, что собственник несет дополнительные финансовые расходы на оплату электроэнергии, теплоснабжения. Стекла с покрытием имеют уникальные защитные свойства и позволяют без дополнительных затрат создавать комфортный микроклимат в помещениях и зимой, и летом. Стеклопакеты с таким стеклом будут долгие годы радовать своим качеством потребителей, экономя их денежные средства.
На фото: Лофт-квартал Docklands, Санкт-Петербург (стекло Pilkington Suncool® 66/33 Pro T)
– Есть ли какие-то внешние отличия энергоэффективного стекла?
– Неспециалисту отличить энергоэффективное стекло с нейтральным оттенком от обычного будет непросто. Необходимо понимать, как отражается свет. Специалист же всегда сможет определить наличие функционального покрытия на стекле. Для определения может использоваться специальный прибор, который оценивает проводимость тока на поверхности стекла. Отдельные же виды покрытий сразу себя выдают, любой наблюдатель сможет определить их, даже без специальной подготовки.
У всех стекол, выпускаемых по современным технологиям, есть сертификаты соответствия и необходимая сопроводительная документация.
Добавлю, что Pilkington Glass Russia выпускает большой ассортимент стекла, как с видимыми, так и внешне не видимыми отличиями. В частности, сейчас при строительстве офисных центров востребованы и зеркальные энергоэффективные витражи, и стекла, внешний вид которых особых свойств «не выдает».
На фото: Штаб-квартира компании «Новатэк» (стекло Pilkington Suncool® 70/40 Pro T)
– На Ваш взгляд, в связи со взятым курсом на энергоэффективность в строительстве и ЖКХ станут ли стекла с покрытием еще более востребованными?
– Безусловно. Мы уже сейчас видим повышенный интерес к такой продукции от застройщиков, управляющих компаний, частных лиц. С учетом того, что требования к энергоэффективности зданий каждые три-четыре года будут ужесточаться, можно предположить, что мультифункциональные стекла через определенное время полностью займут рынок.