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.
H+H выходит на новые сегменты рынка
В июне 2019 года компания H+H отмечает свое десятилетие. О том, с какими достижениями ведущий производитель автоклавного газобетона на Северо-Западе России встречает юбилейный год, рассказывает директор по продажам H+H Сергей Терехов.
– Что компания H+H приготовила в качестве подарка своим клиентам?
– Мы готовим несколько интересных новинок. Планируем выйти на новые для себя сегменты рынка – и по ряду направлений станем первопроходцами, поскольку будем формировать их практически с «нуля». Мы заинтересованы в продажах не только газобетона, но и других сопутствующих товаров, которые будем предлагать нашим клиентам.
С другой стороны, можно сказать, что сам рынок подготовил нам подарок. Этот строительный сезон уникален по нескольким причинам. Во-первых, строительная отрасль готовится к переходу на «новые рельсы». По этой причине часть застройщиков стремится завершить свои объекты до 1 июля, что вызвало рост спроса на стеновые материалы.
Во-вторых, один из крупных игроков на нашем рынке перезапускает свою производственную линию. Так что у нас есть отличные возможности закрыть этот сезон с максимальными продажами, о чем говорят и результаты первых 5 месяцев года. Продажи H+H выросли на 40% в сравнении с тем же периодом 2018 года. Фактически мы вышли на уровень 2015 года, что в нынешней ситуации строительного рынка можно оценить как очень серьезный задел.
– Как развивается региональный рынок газобетона?
– Мы видим пусть небольшой, но все-таки рост в 4%. Это вселяет осторожный оптимизм. Объемы продаж стабильны. Доля проникновения газобетона на строительный рынок растет. Этот материал все больше ценится за удобство, доступность, скорость строительства, экологичность, надежность и долговечность. К этому «послужному списку» газобетона сейчас добавились и его энергосберегающие свойства.
– Газобетон в тренде энергоффективности?
– Более чем. Мы это видим по 40%-ному росту продаж блока H+H Severin D300, который является самым энергоэффективным блоком на региональном рынке. Компания H+H – единственный производитель в СЗФО, который выпускает газобетон такой плотности. Стены из этого материала без какого либо утепления сохраняют больше тепла (в ряде случаев на 30%), чем стены из газобетона более высоких марок плотности или из других каменных материалов.
Поведение потребителей становится все более рациональным. Люди не только хотят знать, из каких материалов построен их дом, но и понимать, сколько они будут платить за его содержание в будущем. В первую очередь это касается расходов на отопление и обогрев. Это сильный аргумент. У нас были случаи, когда, сделав соответствующие расчеты, заказчики меняли продукт на более энергосберегающий уже на этапе реализации проекта.
Сегодня H+H Severin D300 востребован не только в малоэтажном домостроении, у нас много заказов и в многоэтажном строительстве. Да, это может быть монолитная конструкция, но наружные стены при этом будут выполнены из блоков D300.
В ближайшие 3–5 лет тренд на использование газобетона именно как энергоэффективного материала будет только возрастать. На рынке появятся блоки еще более низкой плотности, такие эксперименты уже идут.
– Как меняются требования потребителей к строительным материалам и как игроки рынка подстраиваются под них?
– Потребитель становится более образованным и грамотным. Сегодня он подходит к выбору продукта для строительства очень осознанно, со своим сформировавшимся мнением. От профессионализма компании, которая продает ему продукт или услугу, зависит его дальнейший выбор. Либо потребитель в силу своей осведомленности покупает то, зачем он пришел, либо он, получив доступные разъяснения, делает переход в сторону более качественного продукта.
Грамотный клиент – это очень хорошо для конкурентного рынка, ведь в этом случае цена уже не является определяющим фактором. Грамотный потребитель помимо приемлемой цены хочет получить качественный продукт и отличный сервис. В этом направлении и работает H+H. Например, у нас очень качественная техническая поддержка. Мы бесплатно консультируем наших клиентов по вопросам любой сложности.
– За счет чего H+H удается выдерживать конкуренцию с другими производителями?
– Во-первых, это четкая и понятная ценовая политика для всех наших потребителей. Мы много сделали и делаем, чтобы разъяснить нашим клиентам, в чем преимущества газобетона H+H.
Во-вторых, для нас стратегически важно прямое взаимодействие с конечным потребителем. Без разницы, работаем ли мы с клиентом через дилера или он обратился к нам сам. С конечным потребителем объекта мы всегда работаем напрямую, он получает полное техническое сопровождение.
В-третьих, это сервис в доставке. Мы полностью ушли от возможных «самовывозов», что существенно сократило вторичные рекламации из-за некачественной доставки. Сегодня мы плотно работаем с транспортными компаниями, которые доставляют продукцию H+H. Они знают, как грузить и разгружать продукт, как его везти, как крепить.
И главное. Несмотря ни на какие изменения рынка, H+H Россия сохраняет высокое качество своей продукции.
– Насколько важны для современного производителя инновации?
– Строительный процесс становится все более быстрым. Застройщики хотят строить быстро, чисто и качественно. Это стимулирует спрос на новые технологии и продукты. В нашем случае рынок оценил блоки с уменьшенной толщиной для возведения перегородок, которые позволяют значительно увеличить площадь будущего здания, не меняя при этом границ застройки. Спрос на такой продукт толщиной всего 75 мм и высотой 250 мм вырос в три раза. Мы единственный производитель в регионе, который выпускает такой тонкий блок.
Другой пример – всесезонный клей LimFix, при применении которого скорость кладки увеличивается на 30% и нет никаких мокрых процессов. Для использования LimFix нужен качественный продукт с идеальной геометрией, так как только в этом случае строительный процесс будет по-настоящему быстрым. Все это важно для застройщиков, это то, что требует рынок. В этом случае мы даем и идеальную геометрию блока, и качественный сопутствующий продукт, тот самый LimFix.
– Строительная отрасль на пороге цифровизации. Что делает в этом направлении H+H?
– В этом году мы перешли на электронный документооборот со всеми поставщиками. Мы работаем над тем, чтобы перевести всю бизнес-работу в формат CRM. Это будет касаться взаимодействия с клиентами, планирования, закупок и расходов сырья, отгрузок. Процесс идет.
– Что сегодня можно построить из газобетона? Знатоки говорят, что из этого материала получаются отличные бани и мангалы.
– Сложнее сказать, чего нельзя построить из газобетона. Этот материал применяется как для гражданских целей (жилые дома, бизнес-центры, общественные и промышленные здания), так и при строительстве военных объектов, а также таких уникальных сооружений, как «Лахта Центр», «Зенит-Арена».
Газобетон позволяет строить быстро, легко и относительно недорого. Так как данный материал является несгораемым и при воздействии на него огня не выделяет абсолютно никаких вредных веществ, это делает его популярным для устройства мангалов, инсталляций для барбекю. Востребован газобетон и для возведения бань и саун. Причина все та же – материал не горит, в отличие от дерева, и довольно хорошо сохраняет тепло внутри помещения бани.
– С какими мифами о газобетоне при всей его популярности еще приходится сталкиваться?
– Чаще всего природа образования мифов связана с отсутствием знаний о материале, его свойствах и возможностях применения. Всех желающих узнать больше о качествах газобетона приглашаем зайти на наш сайт HplusH.ru, где в разделе «Полезная информация» есть все ответы на все вопросы.
От классики до новаций
На рынке теплоизоляции востребованы как ставшие уже традиционными материалы, так и совсем новые разработки. А область применения
данной продукции постоянно растет.
Ассортимент теплоизоляционных материалов, применяемых как в массовом, так и индивидуальном строительстве, постоянно пополняется все новыми видами. При этом остаются популярными классические продукты на основе каменной ваты и из экструзионного пенополистирола. Сами технологии производства теплоизоляционных материалов продолжают совершенствоваться, становясь более автоматизированными, менее ресурсоемкими и более «зелеными».
Критерии выбора
По словам игроков рынка, при выборе той или иной теплоизоляции многое зависит от области ее применения, а также имеющегося бюджета. Некоторые застройщики склонны иметь дело с более универсальным материалом, другие отдают предпочтение специализированным.
Как отмечает директор по маркетингу и коммуникациям компании PAROC Таисия Селедкова, при выборе теплоизоляционных материалов стоит обращать внимание на качество, экологичность, надежность и долговечность. «Качественная продукция не может стоить дешево. Хотя в первую очередь любая теплоизоляция должна обладать низкой теплопроводностью, чтобы затраты на обогрев помещения и его охлаждение были минимальными», – отмечает она.
По мнению заместителя генерального директора по коммерческим вопросам ООО «ПЕНОПЛЭКС СПб» Кирилла Иванова, при очевидном первом критерии выбора теплоизоляции (как можно меньшей теплопроводности) второй – это влагостойкость. В частности, утеплитель из экструзионного пенополистирола отличается высокой эффективностью, поскольку его теплопроводность не превышает 0,034 Вт/м•К и является одной из самых низких среди теплоизоляционных материалов, а водопоглощение нулевое.
Кроме того, он эффективен при утеплении любой строительной конструкции и незаменим для условий повышенной влажности, в которых находится нижняя часть зданий: цоколь, фундамент, отмостка, подземные помещения.
Новые возможности
Новые теплоизоляционные материалы могут иметь как химическую основу, так и природную, к примеру, базальт или опилки. Сфера их применения также достаточно объемна.
По словам руководителя инженерно-технического центра ТЕХНОНИКОЛЬ Алексея Арабова, всё большее применение находят теплоизоляционные материалы из пенополиизоцианурата. В коттеджном строительстве набирает популярность система надстропильного утепления, когда, например, плиты PIR укладываются сплошным слоем поверх стропил. При такой конструкции стропила становятся элементом декора мансарды, а способ укладки утеплителя позволяет создать сплошной слой теплоизоляции, исключая образование мостиков холода.
«Кроме того, в настоящее время продолжает развиваться и совершенствоваться производство сэндвич-панелей. Благодаря синергии с производителями теплоизоляционных материалов на рынке появляются энергоэффективные решения, которые активно применяются не только в промышленном, но и жилом секторе. У таких продуктов много преимуществ – высокая прочность, пожаробезопасность, химическая стойкость. Так, например, мы начали выпускать плиты теплоизоляции с сердечником из XPS, облицованные прочным слоем ЦПС. Это позволяет использовать материал в качестве основания в том числе и под наплавление битумно-полимерных мембран огневым способом», – рассказывает Алексей Арабов.
По словам Таисии Селедковой, сейчас на профессиональном строительном рынке новые теплоизоляционные материалы активно применяются в фасадных системах разного типа. «Причем речь идет не только о строительстве новых, но и о реконструкции старых объектов. Фасадный рынок развивается очень динамично, и PAROC стремится быть одним из его трендсеттеров. Мы запустили в прошлом году производство ламелей. Такая изоляция получила широкое распространение в странах Скандинавии, в том числе при реконструкции фасадов зданий, и стала одним из ключевых элементов строительства по популярной скандинавской технологии. По нашему мнению, ламели могут стать одним из основных материалов при реновации старого жилищного фонда в России», – считает эксперт.
Ассортимент теплоизоляционных материалов, применяемых как в массовом, так и индивидуальном строительстве, постоянно пополняется все новыми видами. При этом остаются популярными классические продукты на основе каменной ваты и из экструзионного пенополистирола. Сами технологии производства теплоизоляционных материалов продолжают совершенствоваться, становясь более автоматизированными, менее ресурсоемкими и более «зелеными».
Мнение
Андрей Паньков, директор по строительству компании «Строительный трест»:
– Наша компания строит жилые дома из кирпича, и при возведении таких домов утеплителя требуется значительно меньше, чем, например, в монолитном строительстве или при монтаже навесных вентилируемых фасадов. Поэтому основную часть теплоизоляционных материалов мы используем при прокладке инженерных коммуникаций или вентиляционных каналов.
Традиционно особые требования применяются при теплоизоляции кровель жилых домов. Согласно действующим нормам, на них можно укладывать листовое пеностекло – надежнейший изолятор. На сегодняшний день это единственный абсолютно негорючий материал – он выдерживает температуру до 1000 °C. Пеностекло может поставляться на строительную площадку либо в виде листов, либо в виде щебня.
Кирилл Иванов, заместитель генерального директора по коммерческим вопросам ООО «ПЕНОПЛЭКС СПб»:
– Из-за низкой теплопроводности экструзионного пенополистирола требуется меньше, чем других утеплителей. В этом состоит его основное экономическое и техническое преимущество. Другим важным экономическим преимуществом можно назвать долговечность, оцениваемую в 50 лет, и эти два качества стоят десятков других. Спрос на экструзионный пенополистирол медленно, но растет, материал всё чаще закладывают в проекты благодаря его преимуществам и оптимальному соотношению цены и качества.