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.
Алексей Емельянов: «Востребованность добавок в бетон растет»
Рынок химических добавок в бетон продолжает расти. Такие выводы делает генеральный директор ООО «Полипласт Северо-Запад» Алексей Емельянов. В интервью «Строительному Еженедельнику» он рассказал о текущей деятельности предприятия, входящего в крупный российский химический концерн, и сложившейся ситуации на рынке производства и потребления добавок в бетон.
– Алексей Валерьевич, какие предварительные итоги работы ООО «Полипласт Северо-Запад» за первое полугодие можно подвести?
– В целом итоги можно назвать удовлетворительными. Программу-минимум мы смогли выполнить. В начале I квартала наблюдалась просадка, но она была отыграна во II квартале. На предприятии развиваем новые направления, вошли в ряд крупных федеральных проектов, вырос объем продаж. Поэтому прошедшее полугодие считаю положительным, но нам есть куда еще расти.
– Отражаются ли на рынке добавок в бетон нынешние объемы строительства зданий и сооружений в стране?
– Конечно, да. Производство строительной химии коррелируется под ситуацию в отрасли, в целом же востребованность данной продукции растет. В том числе именно потому, что добавки в бетон помогают повысить эффективность строительства, а именно ускорить сроки возведения объектов, снизить трудозатраты и финансовые расходы при реализации проекта. Согласитесь, это очень важно, когда девелопер пытается оптимизировать весь процесс строительства.
Сами добавки, в зависимости от вида, позволяют улучшить качество бетона, сделать его более прочным, водонепроницаемым, морозоустойчивым и т. д. При этом область применения строительной химии постоянно расширяется. Сейчас данная продукция используется как застройщиками, так и гражданами в индивидуальном строительстве. Понимание важности использования добавок в бетон у большинства потенциальных потребителей уже есть.
– А какие добавки в бетон в настоящее время наиболее востребованы?
– Стабильно работающие универсальные добавки и при этом по более низкой цене. Они сейчас вытесняют из ассортимента другие виды продукции, которые можно отнести к среднему и премиальному сегменту. Такие запросы рынка понятны, все хотят сэкономить. Но иногда целесообразнее использовать не универсальные, а специализированные добавки. Кроме того, не всегда дешевое бывает качественным. Потребитель должен об этом всегда помнить. Тем не менее, добросовестные производители, к которым мы относим и себя, выпускают качественную продукцию и в бюджетном формате.
– Какой объем продукции в настоящее время вы производите?
– Завод «Полипласт Северо-Запад» ежемесячно выпускает около 4 тыс. т продукции по стопроцентному весу. Сюда входят сухие добавки в бетон и в виде раствора, а также другие виды продукции, в том числе сопутствующие к основному. Заказчики, особенно крупные, чаще всего выбирают жидкие добавки. Они более практичны в использовании, транспортировке. Большая часть нашей продукции сейчас идет на экспорт.
– И какова международная география?
– Очень широка. Продукция, в основном нафталинсульфонатная, поставляется в Южную Америку, страны Персидского залива, Юго-Восточную Азию, где наш конкурент Китай. Также сейчас пробуем отправлять на международный рынок поликарбоксилатные добавки. Сейчас нашу продукцию, кроме непосредственно потребителей, закупают и иностранные производители добавок, а затем используют их в выпуске своей продукции. В рамках сотрудничества с каждым контрагентом отправляем на экспорт 100–500 т продукции.
– Чем можно объяснить закупки вашей продукции другими, западными игроками рынка?
– Ну, наверное, экономической конъюнктурой. Многим зарубежным производителям более выгодно приобретать материалы в нашей стране, чем закупать их у себя.
– В целом какова цена добавок бетон по отношению ко всему строительству?
– Очень незначительная. Так же, как по отношению к самому бетону, который в общестроительных работах занимает долю в 10–15%. Проектные, изыскательские работы, установка монолитного каркаса, отделка в совокупности требуют гораздо больших расходов. Тем не менее, повторюсь, использование добавок в бетон позволяет существенно экономить в строительстве, при этом улучшая его качество.
– Высока ли на рынке производителей конкуренция? Встречается ли контрафакт?
– Производителей на российском рынке достаточно много, в том числе из зарубежных стран. Соответственно, и конкуренция очень высока. Компании стараются конкурировать не только в цене, но и в качестве материала, области его применения. По моим наблюдениям, как мелкие, так и крупные игроки рынка могут производить продукцию как высококачественную, так и не очень.
Также, конечно, в нашем сегменте встречается и контрафакт, подделка под известные бренды. Кроме того, есть и так называемые «гаражные» производители, которые мешают ранее приобретенные компоненты чуть ли не в тазике.
Добавлю, что «Полипласт Северо-Запад» старается выстраивать со своими клиентами долгосрочные партнерские отношения. Наши специалисты постоянно информируют потребителей о новых добавках, рассказывают о том, как и где ту или иную добавку наиболее эффективно применять.
– А где и как происходит разработка новых добавок?
– При заводе у нас действует свой научно-технический центр. Он сотрудничает с глобальным НТЦ всего нашего холдинга. Наши специалисты постоянно ведут разработки новых материалов, относящихся как к основам, так и композитам. Регулярно улучшая потребительские свойства нашей продукции, выпуская новую, мы уверены что она будет востребована на рынке.
– Сколько человек работает в настоящее время в ООО «Полипласт Северо-Запад»?
– На нашем заводе в Кингисеппе с учетом торгового подразделения в Петербурге сейчас работает чуть более 200 человек. При существенном росте производства и потребления продукции мы, конечно, готовы будем расширяться, увеличивать свой штат специалистов.
– В преддверии Дня строителя что можете пожелать всем тем, кто имеет отношение к данной отрасли?
– Строительство сопровождало человечество всегда. Издревле профессия строителя была важна, почетна и уважаема. Такой же она осталась. От всей души поздравляю всех людей, имеющих отношение к строительной отрасли, с праздником, желаю хороших строек, заказов, крепкого здоровья и всего самого наилучшего!
На пути к BIM
По мнению экспертов, внедрение технологий информационного моделирования пока тормозят пробелы и коллизии в отраслевом нормативном законодательстве.
В России с 1 июля 2019 года в Градостроительном кодексе закреплено понятие информационного моделирования. Также несколько дней назад Технический комитет по стандартизации при Минстрое РФ принял для внедрения BIM-технологий в отрасль стандарты ТК 465 «Строительство», а проектный технический комитет по стандартизации – ПТК 705 «Технологии информационного моделирования на всех этапах жизненного цикла объектов капитального строительства и недвижимости».
Тем не менее, по мнению некоторых экспертов, говорить о том, что в ближайшее время все участники рынка начнут активно использовать в работе информационное моделирование, не стоит. Есть препятствия в виде необходимости бумажного документооборота с органами власти, слабо развита «цифровая культура» в отрасли. Схожие выводы прозвучали и на круглом столе Экспертного клуба Петербурга, который собрал проектировщиков, строителей, представителей отраслевых вузов.
Всё упорядочить
По словам вице-президента Национальной палаты инженеров, директора проекта «А4» Елены Колосовой, информационное моделирование несет колоссальную экономию везде: в проектировании, стройке, эксплуатации зданий. Однако пока есть опасения, что быстрого внедрения не произойдет. Тормозиться процесс будет отсутствием множества подзаконных нормативных документов, несостыковкой новых с уже действующими.
«Чиновники говорят: еще немного, еще чуть-чуть – и BIMу быть. Все в преддверии каких-то перемен. Но понятно, что предварительно необходимо решить множество вопросов, в частности, по требованиям к рабочей и проектной документации, ведь появляется большой электронный информационный массив, с которым, в том числе надзорным органам, как-то надо работать», – отмечает она.
Эксперт добавила, что масштабное внедрение BIM потребует упорядочивания и самой среды информационного моделирования. В настоящее время работы в данном сегменте ведут на разных платформах. При передаче информации с одного продукта на другой нередко возникают потери. Елена Колосова считает, что необходимо внедрять единые стандарты и синхронность IT-приложений без какой либо монополии определенных игроков рынка, занимающихся информационным моделированием.
Образовательный компонент
По мнению директора Инженерно-строительного института Политехнического университета Николая Ватина, не нужно зацикливаться на нормативных документах, они только тормозят процесс развития цифровизации. В большей степени нужно уделить внимание образовательной и кадровой подготовке. «Есть такой миф, что BIM-технологиями сейчас овладевают все. Это далеко не так. Даже в профильных вузах дают только основы, причем только на определенных платформах», – сообщил он.
По словам эксперта, многие недавние студенты профильных вузов имеют слабое представление о BIM. Старшее поколение специалистов его совсем не знает. На образовательных курсах пользуются спросом только знания BIM-технологии нижнего уровня. Этого недостаточно, так как информационное моделирование – коллективная технология. Определенным хорошим набором знаний о системе должны обладать все участники проекта, чтобы получился достойный продукт.
Директор института цифровой экономики СПбГЭУ Денис Горулев считает, что многие проектные, строительные организации экономят на BIM-технологиях, считая, что они несут дополнительные расходы. «Руководители компаний не готовы к переменам. Поэтому важна даже не цифровизация, а трансформация самой идеологии бизнеса. Мы хотим, чтобы нога выросла раньше человека, но так не бывает», – говорит он.
Эксперт подытожил, что глубокое внедрение BIM произойдет только при нормализации состояния строительной отрасли, которое оставляет желать лучшего и зависит от общеэкономического положения в стране.
Коммерческий подход
Эксперты полагают, что внедрение BIM в полном жизненном цикле необходимо начинать не с государственных объектов, строительство которых жестко зарегулировано, а с коммерческих.
По словам генерального директора Rocket Group Бориса Латкина, цифровая стройка – это точный расчет, прогноз, который дает возможность улучшить эффективность строительных работ и сэкономить, уменьшить цену проекта. «Конечно, для Петербурга это особо важно, потому что есть общая программа, которую федеральное правительство поставило перед всеми регионами: к 2024 году увеличить объемы ввода и качество городских объектов. Это колоссальная и фактически невозможная для выполнения за такой срок задача, если мы не используем новые технологии», – подчеркнул он.
Мнение
Павел Мурзакаев, руководитель компании Schneider Electric по работе со стратегическими проектными компаниями гражданского строительства:
– Еще в 2014 году была принята первая «дорожная карта» внедрения BIM в России. В марте 2018 года создан проектный технический комитет по стандартизации «Технологии информационного моделирования на всех этапах жизненного цикла объектов капитального строительства и недвижимости», ведется разработка стандартов в области BIM. Это позволяет думать, что использование цифрового моделирования станет обычной практикой уже в ближайшие 10–15 лет. Значит, здания будут строиться быстрее и качественней. Благодаря четко просчитанным сметам и устранению непредвиденных расходов, связанных с неточностями в планировании и проектировании, стоимость строительства уменьшится.
Сейчас BIM активно внедряется на этапах проектирования и строительства. Цифровая модель объекта на ранних этапах проектирования серьезно повышает точность проектирования и бюджетирования – до 90–95%. На этапе строительства применение BIM-технологий сокращает издержки в среднем на 15–30%. Применение BIM-технологий на этапе пусконаладочных работ и эксплуатации инженерного оборудования начинает пользоваться активным спросом среди заказчиков. Ведь именно обслуживание инженерного оборудования составляет основную долю операционных расходов, которые могут превышать капитальные затраты на строительство в три-четыре раза. Подобное применение позволяет значительно ускорить ввод объекта в эксплуатацию и повысить эффективность обслуживания. Существующие примеры подобных зданий экономят в среднем 20% на энергоресурсах за счет синергии систем автоматизации объекта и эксплуатационной цифровой модели.