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.
Через посредника
Посреднические услуги по согласованию строительства по-прежнему востребованы игроками рынка.
Разрешение на строительство необходимо для возведения или реконструкции большинства капитальных объектов. Чтобы его получить, необходимо предварительно согласовать со множеством инстанций всю проектную и строительную документацию. Взять на себя все «походы по кабинетам» готовы специализированные организации.
Комплексный подход
В Петербурге согласованием и сопровождением проектов занимается около сотни компаний. Правда, некоторые из них почти полностью состоят из юристов и не имеют в своем штате специалистов из сферы строительства. Аналогичная ситуация наблюдается и в целом по России. Посреднические услуги по согласованию строительства оказывают свыше тысячи компаний. По оценке экспертов, их общий ежегодный доход превышает 1 млрд рублей. В крупных городах «ценник» согласования небольшого жилого или коммерческого объекта начинается в среднем от 100 тыс. рублей.
В настоящее время посреднические «бумажные» услуги в строительстве наиболее востребованы ритейлерами, рестораторами, образовательными учреждениями – те не готовы вникать в особенности строительной документации и ее согласования с профильными ведомствами. Также популярна услуга посредников у небольших застройщиков. Крупные девелоперы в большинстве своем обычно занимаются согласованием документации самостоятельно.
Генеральный директор ООО «Строй-Проверка» Вячеслав Гиндин рассказал, что компания осуществляет независимую строительную экспертизу и помогает получить все согласования, связанные с получением разрешения на строительство и вводом объектов в эксплуатацию. В частности, организация предоставляет услуги по управлению проектом (получение исходных данных, проектирование, экспертиза), занимается согласованием и экспертно-техническим сопровождением проектной и строительной документации со всеми структурами: администрацией города, Службой госстройнадзора, КГИОП (проведение историко-культурных экспертиз, составление исторических справок, обследование и проектирование), межведомственной комиссией, органами местного самоуправления. Также компания предоставляет юридические услуги, связанные с судебными процессами по получению разрешения на строительство и ПЗЗ.
«Пользователями наших услуг являются как физические, так и юридические лица, связанные с проектированием или реализацией строительства. Стоимость работ очень индивидуальна и зависит от сложности задач, объекта и требований инстанций», – отмечает Вячеслав Гиндин.
Заместитель директора ООО «Стройсервис» Максим Шишков напоминает, что получение разрешительных документов, согласование строительства может длиться много месяцев. Это существенная потеря времени, приводящая к финансовым издержкам. Несмотря на то, что за последние пару лет согласование проектной и строительной документации немного упростилось (в частности, был введен электронный документооборот), ситуация к лучшему существенно не изменилась. Чтобы быстро получить разрешения при правильно подготовленных документах, надо знать все нюансы постоянно меняющегося законодательства и иметь налаженные контакты с госучреждениями.
«Наиболее верное решение – полное сопровождение сторонней организацией объекта строительства от момента подготовки и сдачи проектной документации до ввода его в эксплуатацию. По сути, в этот период клиенту оказывается функция технического заказчика, которая является ключевой, а не вспомогательной при реализации проекта», – подчеркивает Максим Шишков.
Внимание: перепланировка
Стоит добавить, что к особо востребованным услугам данных посреднических организаций относится и перепланировка жилых и нежилых помещений. Причем очень часто ее приходится узаконивать уже после ее проведения при продаже квартиры.
Представители рынка предупреждают, что в этом сегменте услуг встречается множество мошенников, якобы готовых в срочном порядке согласовать перепланировку помещений. Компанию, оказывающую услуги по получению разрешения на строительство, потенциальный клиент (как правило, юрлицо) может достаточно легко проверить. Организацию, занимающуюся решением «квартирного вопроса», обычному человеку оценить сложнее. Поэтому гражданам рекомендуется оплачивать услугу согласования перепланировки по факту ее исполнения.
Мнение
Вячеслав Гиндин, генеральный директор ООО «Строй-Проверка»:
– Ввиду бюрократической машины документооборота, особенно выраженной в нашем городе, процессы и время согласования зависят от сложности задач, объекта и требований инстанций. Согласование может длиться от трех месяцев до трех лет. На наш взгляд, имеется необходимость коррекции работы в этой сфере. От лица всех коллег хотелось бы поднять вопрос о сокращении процессов и времени согласования с госорганами, необходимость которых часто отсутствует, т. е. упростить операционную часть, либо снизить трудозатратную часть путем совершенствования электронного документооборота.
Сэкономить с умом
Применение новых технологий и материалов ускоряет и удешевляет проектирование и строительство. Максимального положительного эффекта можно достичь при использовании новшеств в полном цикле работ.
По словам экспертов, ключевым способом снижения стоимости строительства является сокращение сроков проектирования и СМР (строительно-монтажных работ). В результате чего происходит высвобождение человеческих ресурсов, занятых на возведении объектов, и увеличение оборота средств.
Уменьшая сроки
По словам генерального директора ГК «Высота» Ирины Харченко, использование на этапе проектирования BIM-технологий позволяет сократить сроки будущих работ на площадке за счет повышения качества проектирования, сокращения количества ошибок и последующих правок. Это вдвойне актуально для зданий сложной конструкции и конфигурации. «При этом самый эффективный способ сокращения сроков СМР – четкая организация и параллельные работы на всех участках, где это допустимо. Также для ускорения монолитного строительства высотных зданий и сооружений дополнительно к башенным кранам и бетононасосам можно использовать бетонораспределительную стрелу. Данная технология позволяет организовать непрерывную заливку бетона и занятость персонала на площадке в три смены. Кроме того, зарекомендовавшей себя технологией ускорения строительства является использование сборно-монолитных элементов для лестниц, инженерных и лифтовых шахт. Поступая на строительную площадку в готовом виде, они существенно позволяют сократить время строительно-монтажных работ», – отмечает она.
По оценке генерального директора компании «КБК Проект» Василия Костина, внедрение различных новых технологий в проектирование и строительство позволяет снизить общую стоимость проекта на 10–30%. Это касается снижения прямых трат на строительство и проектирование благодаря использованию инновационных строительных материалов и технологий и снижения косвенных расходов на непосредственное управление проектом. «Мы, как проектная организация, стараемся снизить затраты для заказчика – в первую очередь, за счет комплексной проработки техзадания с использованием информационного моделирования вкупе с предложением обоснованных экономичных решений, таких как энерго- и теплосберегающие технологии», – добавляет он.
Тем не менее, сетует коммерческий директор компании RDI Валерий Кузнецов, о BIM в строительстве намного больше говорят, чем используют на практике. «Ограниченное применение BIM имеет свои причины. Это не стандартизированный продукт. Нет единой технологической платформы, на которой разрабатываются проекты. В каждом случае выполняется, по сути, отдельная программа работы с BIM. Экспертиза по-прежнему принимает проектную документацию в бумажном виде или в формате PDF даже при наличии BIM. Использование этого подхода будет ограниченным и в дальнейшем, пока правительство не сделает технологию обязательной. Сейчас мы видим разный уровень профессиональных знаний BIM у всех компаний, которые привлекаются к проекту. А это большие сложности для эффективного взаимодействия», – отмечает он.
IT-директор Группы ЦДС Михаил Орлов сообщил, что «цифра» сейчас внедряется не только в проектирование, но и в строительный процесс в целом. «Одним из наших приоритетов в последние два года был переход на цифровые технологии. Современные системы, такие как ERP (интегрирующий финансовый инструмент), система контроля качества строительства и BIM-проектирование, позволяют всем подразделениям компании находиться в едином информационном поле и четко координировать свою работу, что в конечном счете отражается на сроках и стоимости строительства. Применяемые технологии уже доказали свою эффективность. В частности, система контроля качества объектов позволяет координировать деятельность технадзора, генподряда и службы заказчика. От слаженности их работы во многом зависит скорость строительства», – подчеркнул он.
Улучшая качество
Представители строительной отрасли отмечают, что в последнее время появилось и множество стройматериалов, которые обеспечивают необходимое качество и при этом позволяют сэкономить.
Такие технические решения, говорит генеральный директор СК «Домино» Дмитрий Макеев, можно найти практически на каждой стадии строительства: от фундамента до кровли. На рынке существует современные материалы, которые с успехом заменяют материалы устаревшие. «Например, появились специальные изоляционные мембраны. При выполнении армирования, с учетом роста цен на металл, многие закладывают в проектные решения композитную арматуру, что позволяет снизить транспортные расходы и уменьшить сметную стоимость. Современные системы опалубки позволяют использовать их многократно, сокращая время на подготовку и минимизируя издержки на доску. Также на рынке появляются новые стеновые материалы, которые обеспечивают высокую скорость кладки, а простота выполнения работ позволяет привлекать менее квалифицированную рабочую силу. При этом крайне важно, чтобы новый на рынке материал имел под собой серьезную научно-техническую базу, успешно пройденные испытания, разработанные альбомы технических решений», – отмечает он.
По словам руководителя инженерно-технического центра ТЕХНОНИКОЛЬ Алексея Арабова, снижение стоимости строительства при сохранении высокого качества и надежности является одним из приоритетов. «Для реализации данной цели мы активно работаем сразу в нескольких направлениях. Первое – это производство материалов и применение технологий, увеличивающих скорость строительства. В качестве примера можно привести кровельные материалы, которые монтируются методом механического крепления, а также системы клиновидной изоляции для устройства уклонов. Это позволяет существенно увеличить скорость монтажа, что особенно актуально при строительстве зданий и сооружений с большой площадью крыш. Второе – это разработка новых типов ограждающих конструкций. Так, мы разрабатываем бесстяжечные системы изоляции крыш. Это решение позволяет отказаться от применения стяжки, что значительно сокращает стоимость самой конструкции, существенно увеличивает скорость монтажа. Третье – применение композитных материалов. Основной плюс таких решений состоит в том, что один или несколько процессов, которые ранее выполнялись на объекте, уже сделаны на производстве», – отмечает он.
В целом, резюмирует специалист, для правильной оценки эффективности новых технологий нужно использовать оценку стоимости жизненного цикла конструкций. Не всегда снижение стоимости на этапе строительства приводит к желаемому эффекту. Очень важно при сравнении различных материалов и технологий оценивать стоимость, приведенную к сроку их безремонтной эксплуатации.
Мнение
Сергей Терехов, директор по продажам H+H:
– К строительному сезону H+H («Эйч плюс Эйч») представила обновленную формулу всесезонного клея H+H LimFix для кладки газобетонных блоков. Благодаря этому собственному инновационному продукту H+H процесс возведения всех видов наружных и внутренних стен из газобетона, включая несущие, оказывается более быстрым и выгодным. Так, один баллон обновленной версии клея Н+Н LimFix позволяет склеивать в 2 раза больше газобетонных блоков по сравнению с предыдущим вариантом – до 2 куб. м вместо прежнего 1 куб. м. Клей LimFix, поставляемый в баллонах, полностью готов к применению. Так что не тратится время на разведение сухого клея, полностью исключены «мокрые» процессы.