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.
Новинки от Doka представлены на выставке bauma CTT
Мировой лидер в производстве опалубочных решений – компания Doka – прекрасно известна на российском строительном рынке: в нашей стране представительство компании работает уже более 20 лет. Но лидер тем и отличается, что никогда не останавливается на достигнутом. На выставке bauma CTT, которая прошла с 4 по 7 июня в Москве, компания представила новую стальную рамную опалубку ReForma Standard plus.
Продукт предназначен для возведения железобетонных вертикальных монолитных конструкций – стен, колонн и шахт. Он ориентирован на сектор жилищного и коммерческого строительства и призван удовлетворить потребность рынка в быстроте и простоте сборки, надежности, долговечности и высокой экономической эффективности. Новая опалубка Doka обладает высокой несущей способностью до 90 кH/кв. м (в соответствии с ГОСТ 34329-2017), имеет профиль из высококачественной стали толщиной 3 мм и окрашенную с торцов фанеру с пленкой плотностью 220 г/кв. м. Требуемое число анкеров на высоту до 3,3 м составляет 2 шт., что является экономически выверенным решением.
«Производство будет организовано полностью по австрийским технологиям и стандартам качества. В то же время ReForma Standard plus – это новый продукт, созданный по оригинальным австрийским технологиям и доработанный с учетом эксплуатации в российских условиях», – рассказывает генеральный директор ООО «Дока Рус» Борис Ухов.
Быстрота и простота сборки ReForma Standard plus обеспечиваются благодаря наличию эллиптической вваренной втулки, использованию клинового замка и универсальности крепления компонентов. В частности, торцевые отверстия в раме позволяют формировать внешние углы, торцы и колонны, а подпорный раскос надежно крепится с помощью универсальной головки.
Благодаря углублению для распалубливания происходит быстрый демонтаж, а распалубочный угол ReForma Standard plus позволяет легко и безопасно переставлять опалубку шахт. Широкая линейка размеров щитов, начиная от 300 мм до 1350 и 2400 мм, обеспечивает быстроту сборки и универсальность применения. В совокупности все перечисленные характеристики новой опалубки Doka позволят обеспечить высокую экономическую эффективность и производительность на строительных площадках.
Новая опалубка впервые за всю 150-летнюю историю концерна будет производиться за пределами Австрии. Новое предприятие откроется летом этого года в особой экономической зоне (ОЭЗ) «Липецк». Выбор был не случайным: именно российский рынок сегодня динамично развивается и является одним из самых требовательных к качеству, долговечности и технологичности опалубки.
«Общий объем инвестиций в завод опалубки Doka в Липецке уже составил около 9 млн евро, – говорит генеральный директор ООО «Дока Липецк» Андрей Гусев. – Сотрудники проходят обучение в Австрии, у нас организованы тренинги. Таким образом, за новой опалубкой ReForma Standard plus, которая будет производиться на нашем заводе, стоит многолетний инженерный опыт мирового лидера рынка».
Завод, который разместится на территории в 6 га, будет оснащен оборудованием, аналогичным оборудованию на производстве Doka в Австрии. На предприятии будут созданы мощности для серийного производства до 70 тыс. кв. м стальной рамной опалубки в год.
«Первая серийная партия новой опалубки сойдет с полностью автоматизированного конвейера в середине лета, а в сентябре этого года мы дадим официальный старт продаж ReForma Standard plus, – отмечает Борис Ухов. – На выставке bauma CTT мы представили новинку широкой публике, получили высокую оценку и первые предзаказы, а совсем скоро мы увидим ReForma Standard plus в работе на многих строительных площадках России».
Среди прочих продуктов и образцов Doka, представленных на bauma CTT Russia, – щитовая опалубка перекрытий Dokadek, рамная опалубка Framax Xlife, деревянные опалубочные балки и стойки для перекрытий Doka, опорные леса Staxo и пр. На площадке Национальной сборной Worldskills по бетонным строительным работам во время выставки проходили тренировки на легкой опалубке Doka Frami.
Справка
Австрийский концерн Umdasch GmbH, которому принадлежит торговая марка Doka, основан в 1868 году, самому бренду недавно исполнилось 60 лет. В мире работает 160 филиалов, обеспечивая массовый экспорт продукции. Ежегодные объемы производства головного предприятия Doka в Австрии составляют 4 млн кв. м фанеры, 1 млн стоек перекрытия, 10 млн пог. м балок, 180 тыс. панелей рамной опалубки, 250 тыс. рам опорных лесов. Стеновые системы Doka представлены рамной и балочной опалубкой, круговой и фасадной, опалубкой для колонн и контрфорсами. Компания производит опалубку для перекрытий, подъемно-переставные системы, в том числе самодвижущиеся, опорные леса, а также защитные экраны, подмости и прочие системы безопасности.
В формате «эконом»
В настоящее время на рынке наиболее востребованы бюджетные универсальные сухие строительные смеси (ССС). Однако некоторые из них являются контрафактом и существенно проигрывают по качеству оригинальной продукции.
Ассортимент сухих строительных смесей постоянно растет. Производители продукции ориентируются как на застройщиков, так и на частных лиц, занимающихся ремонтом. Тенденции последних лет свидетельствуют, что большинство потребителей ориентируется на недорогие варианты.
Коррекция под рынок
Технический директор ООО «Полипласт Северо-Запад» Владимир Голубев рассказывает, что основные сырьевые компоненты, входящие в состав сухих строительных смесей, принципиально не меняются. К ним все так же относятся: минеральные и органоминеральные вяжущие вещества, заполнители, наполнители и функциональные добавки. При этом, отмечает он, роль последних в составах ССС в последние годы, безусловно, возросла.
«Новые направления в производстве любых строительных материалов диктуются тенденциями современного рынка, не исключение и ССС. В настоящее время большим спросом пользуются универсальные и относительно бюджетные товары, постепенно вытесняющие по объемам продаж аналоги из среднего и премиального ценовых сегментов», – отмечает Владимир Голубев.
Руководитель направления «Стройматериалы» компании «Леруа Мерлен» Алексей Шамов поясняет, что модифицирующие европейские добавки, которые используют производители, за последние годы выросли в цене. Однако существенно поднять цены на свою продукцию предприятия не могут из-за конкуренции. «Поэтому производители довольно часто стали переходить на модифицирующие добавки российского и китайского производства, вместо, например, немецкого или финского. Не могу сказать, что это ухудшило качество смесей – брендовые компании, которые следят за качеством своей продукции, удерживают средний уровень качества смесей. Но иногда от покупателей слышим, что тот или иной продукт «уже не тот». Многие производители стараются удешевить изготовление смесей, при этом не потеряв в качестве. Иногда это получается, иногда – нет», – признает специалист.
В целом же за последние годы количество видов ССС значительно увеличилось. По мнению генерального директора архитектурно-строительного бюро «Люксер» Николая Овчарова, и сама технология работы с сухими смесями за последние 30 лет существенно изменилась. «Что мы имели в конце 1980-х? Цемент, строительный гипс и шпатлевку. Собственно, всё. Причем шпатлевка чаще всего была уже в консистенции пасты, готовой к применению, так что назвать ее сухой смесью можно только условно. Даже клей для плитки в те времена готовили самостоятельно, смешивая цемент с клеем ПВА в определенных пропорциях. Для этой нехитрой, на первый взгляд, операции требовался серьезный профессионализм, так как качество и клея, и цемента было крайне нестабильно и пропорции приходилось определять "на глазок"», – вспоминает он.
Сейчас, говорит Николай Овчаров, совершенствование сухих смесей идет по нескольким направлениям: ускорение процесса нанесения, ускорение процесса высыхания смеси после нанесения, уменьшение расхода смеси. Для достижения этих целей используются разные технологии. Например, выравнивание стен проходит в несколько этапов: сначала с помощью цементной смеси или гипсовой штукатурки, затем грубой шпатлевкой и только после этого финишной шпатлевкой до зеркально-гладкой поверхности. Каждая смесь имеет свои особенности при нанесении, свою продолжительность высыхания. Другим важным аспектом работы с сухими смесями является широкое применение производителями различных синтетических добавок, которые не всегда совместимы друг с другом.
Избежать контрафакта
По словам специалистов, так как многие приобретатели ССС (будь то застройщики или физические лица) в силу сложившихся экономических причин стараются приобретать наиболее дешевые материалы, у них есть все шансы нарваться на контрафактную продукцию, которая не соответствует заявленным стандартам.
По мнению Владимира Голубева, самым эффективным способом борьбы с контрафактом были и остаются меры по ужесточению действующего законодательства в отношении физических и юридических лиц, нарушающих авторские права.
Как отмечает Алексей Шамов, среди сухих смесей больших брендов контрафакт встречается, но довольно редко. Среди менее модифицированных смесей, таких как цементно-песчаные смеси, стяжки, где необходимо выдерживать марочную прочность, встречаются и смеси без сертификатов. Иногда смесь, которая оказалась контрафактной, рассыпается, из-за этого приходится демонтировать конструкцию, заново проводить работы, а это затраты и физические, и денежные, и временные.
«В «Леруа Мерлен» за последние годы очень ужесточилась политика листинга любого товара, сбора документов и сертификации, которые необходимы для каждого продукта. Ни один товар не попадает на полку без проверки всех документов, необходимых по законодательству для продажи этого товара, включая сертификаты, ГОСТы. Более того, мы плотно работаем с нашими производителями и аудируем уровень производства на предмет соблюдения технологий. Так мы понимаем, что именно производит наш поставщик, какие материалы использует, и тем самым контролируем качество продукта», – резюмирует Алексей Шамов.
Мнение
Владимир Голубев, технический директор ООО «Полипласт Северо-Запад»:
– Вступившее в силу в конце прошлого года Постановление Правительства РФ № 717, в котором строительные смеси и растворы включены в перечень продукции, подлежащей обязательному декларированию, безусловно, улучшает ситуацию. Однако в текущих условиях рыночной экономики основополагающим фактором для потребителя остается конечная стоимость товара. Добросовестные производители всеми силами стараются защитить свой бренд и высокое качество, что сделать особенно сложно, так как в момент приобретения потребитель зачастую просто не в состоянии проверить качество продукции.
Фото: Никита Крючков