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.
А если невозможное – возможно?
Распространение цифровых процессов, постоянно ускоряющееся изменение облика городов, слияние общественной и личной жизни, повышение комфорта и качества жизни – основные запросы для современного здания.
Возможно ли не только идти в ногу со временем, но и опережать его? В компании Schüco уверенно отвечают – да!
Перспектива – в инновациях
Поскольку в компании оценивают свою продукцию и услуги с учетом уровня инновационности, Schüco активно участвует в реализации жилых и офисных зданий, ориентированных на будущее. Требования к эффективным зданиям рассматриваются в комплексе, что делает возможным разрабатывать решения с уникальным и инновационным дизайном.
Инновация в Schüco начинается с идеи. Ассортимент услуг, предлагаемых специалистами компании, охватывает все этапы строительного процесса, гарантируя на каждом из них высокое качество.
«Сегодня заказчики, а следовательно, и архитекторы хотят видеть в проектах больше света, – отмечает генеральный директор российского представительства Schüco International Штеффен Ретиг. – Большой формат остекления, меньшая видимая ширина профиля помогают преобразовать архитектуру города, представить объект как единый организм, гармонично вписывающийся в окружающий ландшафт».
Все новинки, будь то утонченный профиль (Schüco FWS 35 PD), ручка с минималистичной геометрией (для окон серии PD) или встроенная в фасад раздвижная система (Schüco ASE 80 TC), сразу представляются компанией на профильных выставках и предлагаются к продаже.
Так, на последней выставке BAU-2019 были представлены: элементный фасад с непрозрачными поверхностями (платформа Schüco AF UDC 80), панорамными дизайнерскими встраиваемыми оконными элементами (Schüco AWS 75 PD), панорамными дизайнерскими вентиляционными створками (Schüco AWS VV PD) и скрытой текстильной солнцезащитой; концепция элементного фасада со встроенной раздвижной дверью Schüco ASE 80 TC, системой вентиляции с функцией очистки воздуха Schüco VentoLife и звукопоглощающими фасадными элементами Schüco PNC; стоечно-ригельный фасад с дверью и сенсорным дисплеем Schüco DoorControlSystem, встраиваемым оконным элементом с RWA, широкими солнцезащитными ламелями ALB и стеклами с изменением прозрачности; оболочка с объединенными в единую сеть компонентами управления фасадом контрольными устройствами Schüco BSC; элементные фасады со структурным остеклением и мехатронными элементами открывания; а также различные оконные и дверные системы.
Специальный и системный баланс
Широта линейки продукции, а также имеющиеся в Schüco разработки и технологии позволяют воплотить самые смелые архитектурные идеи, даже если они требуют создания уникальных продуктов.
Стандартные (или базовые) решения позволяют заказчику вписаться в экономическую составляющую проекта, соблюсти требования технических нормативов. Они изготавливаются по проверенным временем и практикой технологиям, соответствуют сертификатам и обеспечивают предсказуемый результат.
Если же проект подразумевает какие-либо технологические или архитектурные особенности, то профессионалами проектного бюро компании разрабатывается специальное решение (уникальные по геометрии профили, комбинации фурнитуры, ламели и т. д.).
При этом используются технологии информационного моделирования, 3-D печать и тщательное тестирование. Специальные решения проходят этапы согласования по геометрии, функциональности, возможностям производства и эксплуатации.
Все это, по мнению специалистов компании, способствует развитию производства, ведь если использованное единично инновационное решение окажется удачным, то со временем оно становится востребованным и превращается в новинку, выпускаемую серийно.
«Умный» профиль
С использованием продукции Schüco построено достаточно много зданий и сооружений, имеющих сертификацию систем LEED и BREAM. Есть ряд объектов, вырабатывающих больше энергии, чем потребляют (так называемые пассивные дома). Поэтому в компании тема энергоэффективности – уже не будущее и не настоящее, а, можно сказать, недалекое прошлое.
Сегодня в Schüco работают в векторе развития автоматизации и интеллектуализации своей продукции.
Оконные и дверные профили, производимые компанией по технологии Green, свободно интегрируются в систему «умный дом» или функционируют в автономном режиме.
Полностью укомплектованные необходимыми приводами и датчиками автоматизированные системы остекления Schüco могут, к примеру, учитывая уровень углекислого газа в помещении, температурные и погодные факторы, внешние воздействия и скорость ветра, соблюдать или корректировать график проветривания, менять степень солнцезащиты, а также работать под управлением пользователей, в том числе удаленно.
При этом сложная автоматика, которая, используя мехатронную фурнитуру, формирует и меняет индивидуальный сценарий в каждом помещении, скрыта в профиль и не влияет на эстетику восприятия.
Обучающийся сервис
При инновационности и сложности продукция Schüco легка в эксплуатации. В отдельных компонентах систем производитель добился максимального качества и срока службы – до пятидесяти лет – и всегда готов проконсультировать потребителя по всем вопросам, предоставляет через своих партнеров-переработчиков сервисное обслуживание.
В Билефельде (Германия) находится главный обучающий центр для сотрудников Schüco.
Полученные знания они передают через успешно работающие площадки в Солнечногорске и Химках. Здесь ежегодно повышают свой уровень компетентности по установке, наладке и обслуживанию систем десятки сервисных специалистов компаний-партнеров.
Ознакомиться с новинками, а также с технологиями сборки и обслуживания продукции компании можно и на проводимых Schüco по всей России семинарах.
Повышая профессионализм персонала, компания держит курс на дальнейшее улучшение качества работы клиентской структуры «архитектор – заказчик – партнер Schüco», что максимально отвечает реалиям рынка и заставляет невозможное становиться возможным.
Цитаты
Генеральный директор Schüco в России Штеффен Ретиг:
– Мы в России с 1997 года. За эти годы наша компания создала по всей стране сеть представительств. Благодаря современной складской и дистрибьюторской логистике мы обеспечиваем своевременную доставку систем оконных и дверных профилей, фасадов, комплектующих и фурнитуры нашим переработчикам со складов в Солнечногорске и Гатчине.
Компания постоянно развивается и двигается вперед. Но главное, что все это мы делаем не ради себя, а ради наших партнеров: архитекторов, производителей, инвесторов и частных заказчиков. Именно от них идет стимул к обеспечению с помощью нашей продукции большей свободы дизайна, к созданию технологических и инновационных решений, позволяющих работать на более высоком уровне.
Старший архитектурно-строительный специалист Schüco Екатерина Троц:
– У нас есть очень удобная по использованию в BIM-проектировании база семейств наших решений и узлов. Архитекторы, работающие с нами, хорошо знакомы с данной платформой на сайте. Данные базы свободно интегрируются в модели. Кроме этого, наши специалисты могут создавать семейства под индивидуальные запросы заказчиков. Базы, созданные в разных странах, в том числе и линейка digital-продуктов, представленная на BAU-2019, интегрируются между собой. Это очень удобно, ведь при малейшем изменении проекта мы можем выгрузить семейство, внести необходимые правки на любой стадии реализации и загрузить обратно с привязкой к стоимости, к конкретному подрядчику и, например, к планируемому сроку проведения технического обслуживания.
Матвей Пироженко: «Продукция Peikko востребована «от Москвы до самых до окраин»
Финская семейная компания Peikko, основанная в 1965 году в Лахти, работает в России уже 12 лет. И, несмотря на непростую рыночную ситуацию, ей удается не только сохранить свои позиции, но и активно развиваться. О новом заводе компании в Санкт-Петербурге и его продукции «Строительному Еженедельнику» рассказал генеральный директор ООО «Пейкко» Матвей Пироженко.
– Матвей Евгеньевич, расскажите, пожалуйста, о новом российском производстве компании.
– Peikko – известный в Финляндии и Скандинавии, а теперь и в России, производитель металлоконструкций для железобетонного строительства (это панели, колонны, элементы фундаментов, дорожные ограждающие конструкции и пр.).
В прошлом году был запущен новый современный завод в Северной столице России. Нами было приобретено промышленное здание площадью более 7,5 тыс. кв. м, а также закуплено высокопроизводительное европейское оборудование. Общий объем инвестиций в проект превысил 420 млн рублей.
На нашем российском предприятии выпускается полный спектр продукции, который холдинг Peikko имеет в своем продуктовом портфолио. Используемое оборудование, стандарты качества как производства, так и самих изготавливаемых изделий полностью отвечают европейским стандартам и требованиям. Это совершенно необходимо, поскольку значительная часть продукции нами экспортируется.
Трудовой коллектив компании в прошлом году увеличился с 40 человек до 100, а в будущем году должен дорасти до 150.
– Вы планируете расширять производство, ставить новые линии?
– В настоящее время установленное оборудование работает в две смены, то есть загружено примерно на 70%. Мы рассчитываем в 2020 году перейти на трехсменную работу, с полным задействованием имеющейся техники.
Впрочем, поскольку объемы поставок у нас неуклонно растут, не исключено, что через несколько лет существующих мощностей нам будет не хватать. И тогда, видимо, встанет вопрос и о запуске нового производства. Скорее всего, в целях оптимизации логистических схем оно будет расположено в Московской области.
– Продукция компании настолько востребована?
– Несмотря на непростые общеэкономические условия и определенную стагнацию, наблюдающуюся на рынке железобетонных изделий, «Пейкко» удается ежегодно увеличивать объемы поставок продукции, в том числе и в последнее время, когда, в общем, мало кто может похвастать заметным ростом.
У нас более 250 российских клиентов, географически расположенных, как поется в известной песне, «от Москвы до самых до окраин»: от Калининграда до Владивостока. Кроме того, сегодня наша продукция экспортируется в пять стран: Финляндию, Швецию, Норвегию, Белоруссию и Казахстан.
Полная локализация производства в России – а мы работаем с качественным сырьем отечественного производства (сталь европейских марок) – в сочетании с жесткими международными требованиями к качеству позволяют нам предложить покупателям в других странах весьма привлекательные условия как по характеристикам выпускаемых изделий, так и по цене. А близость производственной базы к Финляндии и Скандинавии обеспечивает сравнительно невысокие затраты на логистику.
– Какая продукция российского завода идет на экспорт?
– Мы поставляем за рубеж практически всю производимую предприятием номенклатуру. Из наиболее востребованных в Финляндии и Скандинавии продуктов могу выделить комплекты для устройства фундаментов ветрогенераторов электроэнергии. Тема «зеленой энергии» сейчас очень актуальна в Европе, и наша продукция в этой области пользуется повышенным спросом. Это связано с тем, что Peikko предлагает полный комплекс проектирования, производства и затем шеф-монтажа элементов фундаментов «ветряков».
Отмечу, что в последнее время это направление начинает развиваться и в России. Существует уже несколько ветропарков, и заявлено еще около десятка проектов в этой сфере. Соответственно, мы можем быть уверены в перспективности работы в этом сегменте, и в ООО «Пейкко» есть специальное подразделение, работающее в этой сфере.