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.
Государственный настрой
По мнению игроков строительного рынка, государственные органы должны стимулировать бизнес к использованию энергоэффективных решений.
Российские власти за последние несколько лет утвердили ряд законодательных и нормативных документов, направленных на повышение энергоэффективности и энергосбережения, в том числе в строительной сфере и ЖКХ. В частности, уже вступили в силу требования энергетической эффективности к новым зданиям.
Положительная тенденция
По словам директора по маркетингу и коммуникациям компании PAROC Таисии Селедковой, энергоэффективные технологии, как любые инновации, внедряются не сразу. «С одной стороны, чтобы подобные новшества стали массовыми или обязательными, нужны соответствующие изменения законодательного и нормативного характера. Например, Закон «Об энергосбережении» действует в России уже 10 лет. Но тренд на применение энергоэффективных технологий начал усиливаться только сейчас, в том числе из-за запуска программ реновации. Эту тенденцию отмечают и производители теплоизоляционных материалов, поскольку данные продукты выполняют сразу несколько ключевых функций: обеспечивают высокую звукоизоляцию, гарантируют высокую пожаробезопасность и долговечность», – отмечает специалист.
Руководитель направления «Энергоэффективность зданий» корпорации ТЕХНОНИКОЛЬ Станислав Щеглов считает, что когда речь заходит об энергоэффективном строительстве, очень важно разделять его на сегменты. Строительство жилья, административных или производственных зданий – каждая из этих сфер имеет свои особенности и методы решения вопросов повышения энергоэффективности. «То, что является эффективным в одном сегменте, может вовсе не работать в другом. В целом же по набору представленных технологий энергосбережения в строительстве ситуация в России находится на достойном уровне. Развивается нормативная база – вступил в силу Приказ Минстроя РФ №1550/пр от 17 ноября 2017 года. Согласно нормативу, все проектируемые, возводимые и вводящиеся в эксплуатацию здания уже сейчас должны демонстрировать снижение потребления тепловой энергии на отопление и вентиляцию на 20%. При строительстве жилья эффективно и надежно себя зарекомендовали системы теплоизоляции внешних стен, кровли, перекрытий первого этажа, фундаментов и полов по грунту. Помимо этого, серьезно развит рынок энергосберегающих окон», – отмечает он.
Продакт-менеджер компании SP Glass Вячеслав Ганцев добавляет, что в западных странах энергоэффективные технологии уже давно задействованы в стекольной индустрии. Развивать их помогают как сам рынок, так и различные государственные меры поддержки такого производства. «В России энергоэффективные технологии в стекольной индустрии пока только начинают развиваться. В частности, сейчас вступают в силу новые требования к теплопередаче светопрозрачных конструкций – на них должны ориентироваться производители стекла и стеклопакетов, а также строители. Отмечу, что наш завод Pilkington Glass (входит в холдинг в SP Glass) с 2014 года выпускает стекла по технологии Double Silver. Они обладают отличными энергосберегающими и солнцезащитными свойствами и востребованы заказчиками», – подчеркнул специалист.
Необходима поддержка
Между тем производители строительной продукции единодушно уверены, что поддержка государства может ускорить внедрение энергоэффективных решений в отрасли.
Директор по продажам компании H+H Сергей Терехов отмечает, что со стороны государства стимуляцией энергосберегающих технологий сегодня пока что является рост тарифов на коммунальные услуги. Данная не самая приятная тенденция заставляет потенциальных застройщиков и эксплуатирующие организации задумываться над применением новых материалов, способствующих сохранению в помещениях, где присутствует человек, тепла в осенне-весенний период, а прохлады, соответственно, летом.
Государство как регулятор рынка, считает Таисия Селедкова, должно не только устанавливать «правила игры», но и способствовать внедрению новых технологий. «Сейчас такие механизмы доступны – это и налоговые льготы, специальные госпрограммы, в рамках которых ответственные застройщики могут получать кредиты по более низким ставкам. Можно проработать и механизм субсидирования строительства таких энергоэффективных объектов. Вариантов много, выбрать подходящий поможет реальная практика», – полагает она.
С этими доводами согласен и Станислав Щеглов. По его словам, государство – главный бенефициар программы энергосбережения, поэтому оно должно помогать активистам экономически. Кроме снижения налогов, можно было бы задействовать льготные тарифы на поставку энергии для владельцев энергоэффективных зданий, преференции и поддержку предприятий, производящих энергосберегающую продукцию, и др.
Мнение
Сергей Терехов, директор по продажам компании H+H:
– Как показывает наша практика, все больше потенциальных владельцев загородной недвижимости, а также часть застройщиков многоэтажных жилых домов понимает, что важен не только бюджет строительства, но и затраты на эксплуатацию дома в будущем. Понятие энергоэффективности становится вполне практическим. Пример тому – трехкратное увеличение продаж блока H+H Severin D300 (300 кг/куб. м), единственным производителем которого в СЗФО является компания H+H. Это самый теплый блок как в нашем ассортименте, так и на всем региональном рынке. Стены из данного материала без какого-либо утепления сохраняют больше тепла, чем из газобетона более высоких марок по плотности и других каменных материалов (разница может доходить до 30%), в то время как прочности этих блоков достаточно для возведения полноценного двухэтажного дома с железобетонным перекрытием.
Таисия Селедкова: «Российские стройматериалы стали полностью конкурентоспособны»
Большинство российских производителей строительных материалов в настоящее время активно внедряет в свою деятельность новые технологии и улучшает качество выпускаемой продукции. В этом уверена директор по маркетингу и коммуникациям ООО «Парок» Таисия Селедкова. В интервью «Строительному Еженедельнику» она рассказала о сформировавшихся тенденциях в отечественной строительной отрасли и новых направлениях работы компании PAROC, являющейся крупнейшим мировым производителем теплоизоляционных материалов.
– На Ваш взгляд, активно ли новые технологии применяются в настоящее время в строительстве и в производстве строительных материалов в России?
– Безусловно, активно. Внедрение новых технологий происходило постепенно в течение 20-25 последних лет – и сейчас многие российские строительные материалы обладают хорошими качествами, стали конкурентоспособны, востребованы на рынке.
Изначально помогли перенастроить отечественную строительную отрасль зарубежные игроки рынка, которые в 1990-х годах пришли в Россию. Среди них была и компания PAROC, крупнейший мировой производитель теплоизоляционных материалов. В России не только появились новые технологии, но за последние два десятилетия изменилась и сама культура производства.
Можно констатировать, что к сегодняшнему дню поменялась практически вся строительная отрасль. И она в технологическом плане продолжает активно развиваться. Например, сейчас уже многие проектировщики, девелоперы начинают задействовать в своей работе BIM-моделирование. В ближайшие год-два оно уже будет обязательным для всех бюджетных заказов и госэкспертизы. Хочется верить, что вслед за этим BIM-моделирование будет применяться повсеместно, ведь оно снижает трудозатраты и повышает контроль качества того или иного проекта.
– Необходима ли поддержка государства производителям инновационных строительных материалов? В чем она должна выражаться?
– Поддержка необходима. Причем работать она должна в различных формах. Во-первых, если материалы действительно инновационные, то государство могло бы предоставить определенные субсидии, налоговые льготы его производителям. Это даст стимул для работы компаний в данном направлении, апробации инновационной продукции на рынке.
Во-вторых, что тоже очень важно, помощь государства может выражаться и в своевременной коррекции законодательной и нормативной базы. Зачастую компаниям приходиться ориентироваться на устаревшие СНиПы и ГОСТы, которые ограничивают использование современных технологий. Как участники профессионального сообщества, мы помогаем обновлять данные стандарты, но считаем, что государственные органы должны этим заниматься более активно.
– А насколько широкое распространение получили в отрасли стандарты энергоэффективности?
– В принципе, к энергоэффективным можно отнести множество современных строительных материалов. Но если говорить в целом об отрасли строительства и ЖКХ, то внедрение стандартов энергоэффективности только начинается. Еще есть куда расти. Российские власти это понимают. Поэтому была создана «дорожная карта» по повышению энергоэффективности, утверждена стратегия, в соответствии с которой все жилые дома к 2030 году должны быть доведены до серьезного уровня энергосбережения.
На мой взгляд, также многое зависит от того, как в данном направлении работают органы власти на местах. Уже сейчас есть регионы-первопроходцы в реализации программ повышения энергоэффективности и улучшения качества капитального ремонта, в том числе за счет применения современных утеплителей кровли и фасадов.
– Какие новые технологии задействуют в своей работе производители теплоизоляционных материалов и, в частности, компания PAROC?
– Технологически само производство теплоизоляционных материалов за последние годы существенно не менялось, оно по себе достаточно консервативно. Тем не менее, многие игроки рынка пытаются задействовать в производстве новые возможности, которые улучшают характеристики продукции.
У компании PAROC есть свое ноу-хау в волокнообразовании каменной ваты. Добавлю, что у нас самый современный завод. Наши материалы соответствуют всем европейским и российским стандартам качества и экологической безопасности.
– Какой объем продукции вы производите в настоящее время в России?
– Наш завод был открыт в Тверской области в 2013 году. Его производственная мощность предполагает выпуск 50 тыс. т продукции в год. В настоящее время мы загружены практически на 100%. Видим востребованность всей линейки наших продуктов, как строительной, так и технической изоляции.
– И кто является приобретателем ваших материалов?
– Основная наша специализация b2b, т. е. работа для бизнеса. Заказчиками нашей строительной изоляции являются в первую очередь застройщики. Материал они задействуют при возведении жилых домов, коммерческих, социальных, спортивных объектов. Наш продукт использовался при реконструкции стадиона «Лужники» и строительстве нового стадиона на Крестовском острове в Санкт-Петербурге.
Техническую изоляцию приобретают компании нефтехимической отрасли, судовую – судостроители. В частности, наш изоляционный материал применялся при строительстве атомного ледокола «Арктика».
Сейчас компания начала более активно работать и с частным потребителем. Наша изоляция задействуется в индивидуальном домостроении. Из новинок – материал PAROC Sonus Plus, предназначенный для звукоизоляции внутренних перегородок, PAROC Smart Sauna – он с одной стороны покрыт алюминиевой фольгой и предназначен для теплоизоляции саун и бань.
– Какие перспективные направления деятельности Вы можете выделить?
– Сейчас мы очень плотно начинаем развивать производство ламельной изоляции. Хотим стать лидерами в выпуске данного материала. Ламель обладает множеством положительных потребительских характеристик, подходит для любых типов зданий, очень легко монтируется и позволяет решать многие архитектурные задачи. В частности, ламель можно задействовать в реновации жилых многоквартирных домов, тем более что она имеет отличные энергоэффективные свойства.