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.
Андрей Шулешко: «Продолжаем расширять линейку своей продукции»
О современном рынке приборов учета электроэнергии, доминирующих на нем трендах, росте интереса к «умным» приборам «Строительному Еженедельнику» рассказал Андрей Шулешко, генеральный директор АО «Ленэлектро», одного из ведущих производителей этой техники.
– Андрей Иванович, по Вашим оценкам, насколько серьезно менялись за последний год объем и структура спроса на приборы учета электроэнергии?
– В настоящее время прослеживается совершенно отчетливый тренд все более широкого использования сложных многофункциональных приборов учета. Они обычно обеспечены технической возможностью передачи данных на расстоянии. Также эти приборы располагают такими опциями, как реле управления нагрузкой, датчик магнитного поля, индикация ошибки при подключении счетчика, большой объем хранения данных в счетчике и многое другое.
Что касается самого рынка приборов учета электроэнергии, то «в штуках», на мой взгляд, его объем в последнее время кардинально не меняется. В то же время, за счет большей стоимости набирающих популярность и распространенность сложных многофункциональных приборов, «в деньгах» можно говорить о некотором росте.
– Насколько, по Вашему мнению, производители приборов учета электроэнергии и потребители этой продукции (застройщики, промышленные предприятия, частные лица) готовы к внедрению систем интеллектуального учета и заинтересованы в нем?
– Во внедрении «умных» систем сегодня заинтересованы прежде всего те, кто собирает плату за предоставленные энергоресуры. Как показывает практика, именно они прежде всего и устанавливают интеллектуальные системы. Это энергетики, садоводческие кооперативы, дачные некоммерческие партнерства, а также промышленные предприятия. Во всех этих сферах наиболее активно происходит внедрение «умных» систем, и интересанты фиксируют колоссальный экономический эффект, результат от их использования.
Застройщики же и физические лица в меньшей степени заинтересованы в интеллектуальных системах учета. Однако государство в настоящее время начинает законодательно вводить обязательность их использования. Так что в ближайшее время возможны серьезные перемены в этой сфере – и, по моему мнению, изменения эти будут благотворны. Мировая практика показывает эффективность использования «умных» систем для обеспечения энергосбережения и рационального использования энергии.
– На какие факторы Вы посоветовали бы обращать внимание строительным компаниям при выборе приборов учета электроэнергии?
– Не думаю, что мои рекомендации будут отличаться особой оригинальностью. В то же время следование им может уберечь заказчика от ошибок и неприятных сюрпризов.
Итак, выбирая приборы учета электроэнергии, я бы прежде всего акцентировал внимание на надежности потенциального поставщика, его опыте работы в сфере производства такого оборудования и качестве самих приборов. Оно, как правило, напрямую зависит от ответа на первые два вопроса. Кроме того, нужно убедиться в соответствии покупаемых приборов требованиям региональных энергокомпаний, так как именно они в последующем будут внедрять системы учета.
– Обновлялась ли (если да – то каким образом) линейка выпускаемых вашим предприятием приборов учета электроэнергии за последний год?
– АО «Ленэлектро» является одним из ведущих производителей этой техники. Номенклатурный ряд нашей продукции достаточно широк, чтобы удовлетворить пожелания самых разных заказчиков, в том числе и весьма требовательных.
Последний год был самым плодотворным для нашей компании по организации производства новой продукции. В частности, нами поставлены на производство два типа однотарифных счетчиков с жидкокристаллическими индикаторами (ЖКИ). Кроме того, в линейке многотарифных однофазных счетчиков появились изделия с дополнительными функциями – оптопорт, электронные пломбы, подсветка ЖКИ и прочее. Также мы начали выпускать серийно многотарифные трехфазные счетчики активной и активно-реактивной энергии в двух типах корпусов классов точности 1,0 и 0,5.
Вячеслав Ганцев: «Double Silver: эволюция стекла в России»
Мультифункциональные стекла с нанопокрытием, произведенные по технологии Double Silver заводом Pilkington Glass Russia (входит в холдинг SP Glass), всё активнее используются в остеклении коммерческих и жилых объектов. Об уникальности этого продукта «Строительному Еженедельнику» рассказал продакт-менеджер компании SP Glass Вячеслав Ганцев.
– Когда началось производство стекол по технологии Double Silver?
– В 2006 году известная британская компания Pilkington запустила завод по изготовлению прозрачного флоат-стекла в России, в Раменском районе Московской области. В 2012 году он вошел в состав ГК SP Glass, инвесторами которой стали «РОСНАНО», NSG Group, Glasswall и Европейский банк реконструкции и развития. В 2014 году на предприятии мы начали производство стекла с нанопокрытием. Для этих целей была приобретена и установлена вакуумно-магнетронная установка, позволяющая наносить на стекло многослойное покрытие на молекулярном уровне. По такой технологии изготавливается современное стекло с энергоэффективными свойствами.
Энергоэффективность является основой рационального строительства и дальнейшей эксплуатации зданий, именно поэтому было принято решение о выпуске многофункционального стекла. Сейчас наши инновационные стекла востребованы по всему миру. Более 40% от всего объема продукции завода идет на экспорт.
– В чем преимущества такого стекла?
– Стекла, изготовленные по технологии Double Silver, имеют уникальные по сочетанию свойств качества. Два слоя серебра в составе мультифункционального покрытия позволяют стеклу обрести и высокое светопропускание, и отличную защиту от солнца, и выдающиеся теплосберегающие свойства. Соответственно, как в летний, так и в зимний период такие стекла создают комфортные условия для нахождения в помещениях, будь это офис или квартира.
Отмечу, что до использования технологии Double Silver на рынке России уже использовались мультифункциональные стекла, но их светопропускающие свойства были несколько ниже, что было особенно заметно в помещениях, не выходящих на солнечную сторону. Стекла с покрытием Double Silver такого недостатка не имеют. По сути, данная технология стала новым витком в развитии российского рынка стекла с магнетронными напылениями.
– Каков объем производства стекла с покрытием Double Silver?
– В настоящее время стекла, произведенные по технологии Double Silver, мы реализуем под торговыми марками Suncool, Lifeglass. Приблизительный объем изготовления составляет около 10 млн кв. м продукции в год. Производственная линия загружена на 100%. Мы уходим от простых видов продукции к более технологичным.
Кстати, в этом году у нас вышло новое стекло. Его уже сертифицировали в Европе. На российский рынок пока поставок нет, но скоро оно появится и у нас.
– В целом, растет ли в России спрос на энергоэффективное остекление?
– Безусловно. Оно все активнее задействуется как в коммерческих, так и жилых объектах. Очень позитивно, что и производители оконной продукции в настоящее время все чаще используют многофункциональные стекла. С учетом того, что требования к энергоэффективности зданий ужесточаются, полагаю, что продукция, которую мы выпускаем, вытеснит с рынка России обычные низкоэмиссионные стекла.
На фото: Бизнес-центр Fort Tower в Санкт-Петербурге (стекло Pilkington Suncool 66/33 Pro T)