Ветровые электростанции
Созданные ветряные электростанции в качестве источника энергии используют силу ветра. В результате обеспечивается выработка дешевой электроэнергии. Применение таких конструкций имеет высокую эффективность, поскольку перемещение воздушных масс идет постоянно, и этот источник энергии является возобновляемым. С течением времени использование ветровых генераторов становится все популярнее, что влечет за собой развитие данного направления. Выражается это в появлении новых разновидностей ветровых агрегатов, используемых в промышленности и для частных нужд.
Основные характеристики и принцип работы
Работа ветряных электростанций характеризуется следующими показателями:
- Мощностью. Это основной параметр ветровой электростанции. Мощность установки зависит от способности генератора вырабатывать электроэнергию при стандартной скорости ветра равной величине 12 м/с.
- Номинальным напряжением. Данная величина, которая также вырабатывается генератором, может изменяться в широких пределах. Она бывает 220 В, 12 В и 24 В.
- Мощности турбины. Данная величина зависит от диаметра турбины,
- Производительностью. Этот параметр позволяет определить количество вырабатываемой ветроустановкой электроэнергии в год.
При выработке электроэнергии важной величиной является диаметр турбины, которая должна выдержать сильные порывы ветра. Ее расчет ведется с учетом особенностей региона, поскольку в каждой местности перемещение воздушных масс обладает разной силой. При этом за базовую величину берется максимальная сила ветра.
Производителями выпускается большое разнообразие ветроустановок. При этом принцип действия у них всех одинаковый. Заключается он в следующем:
- В верхней части установки располагаются лопасти, задача которых состоит в захвате перемещающихся воздушных масс.
- При соприкосновении ветра с лопастями последние приводятся во вращение, которое передается на ротор генератора.
- Как только генератор начинает вращаться, между магнитами статора тут же происходит формирование электромагнитного поля, с последующим появлением в обмотках статора переменного электрического тока. Его создание происходит на основе физического явления электромагнитной индукции.
- На следующем этапе происходит образование постоянного тока путем прохождения его сквозь выпрямитель.
- Затем он снова преобразуется в переменной ток, частота которого составляет 50-60 Гц. Достигается это путем прохождения его через инвертор. Выработанная энергия поступает в электрические сети.
Из-за разного рельефа местности часто ветряные электростанции устанавливаются на высоких мачтах, поскольку близко к земле потоки воздуха не отличаются стабильностью, а также их сила уменьшается. При этом на высоте они дуют равномерно, что обеспечивает оптимальную эксплуатацию установки.
Разновидности по конструкции
Существует несколько видов ветрогенераторов, которые разделяются по конструкции и месторасположению. Каждая из них отличается своей особенностью и применяется с учетом конкретных условий. При этом принцип действия у всех ветряных электростанций одинаковый, основанный на использовании силы ветра.
Горизонтальные
Особенностью данного типа ветрогенераторов является расположение оси вращения в горизонтальном направлении. Это сложные устройства, отличающиеся высокой эффективностью. Такой конструкции ветрогенераторы выпускаются нескольких видов:
- С фиксированным углом наклона лопастей. Такого типа ветровые электрогенераторы можно встретить чаще всего. Их особенностью являются лопасти, расположенных с наиболее эффективным углом наклона, что позволяет их использовать при любой силе и скорости ветра.
- С регулируемым углом наклона лопастей. В таких ветровых установках есть возможность изменять расположение наклона лопастей. Это увеличивает универсальность оборудования и дает возможность подстраиваться под любую ветровую нагрузку.
- Саблевидной формой лопастей. Такие лопасти имеют особую геометрию, специально приспособленную под высокую скорость ветра.
Горизонтальные ветровые электростанции нашли наиболее широкое применение среди других типов оборудования.
Вертикальные
Это ветровые устройства, ось вращения в которых установлена вертикально. В результате у них отсутствует зависимость от направления ветра. Такие изделия имеют упрощенную конструкцию, но обладают меньшей эффективностью. Вертикальные агрегаты выпускаются следующих видов:
- С ротором Савониуса. Геометрия лопастей выполнена в виде синусоиды, что способствует формированию подъемной силой при попадании на них воздушных масс.
- Ветровая электростанция Дарье. В состав конструкции входит ряд лопастей, которые устанавливаются вдоль вертикальной оси. Они также имеют особую изогнутую форму, которая обеспечивает создание подъемной силы.
- Ветрогенераторы Фена. Лопасти устанавливаются на цилиндрической турбине и приводят ее во вращения под воздействием силы ветра.
Вертикальные ветровые электростанции также находят широкое применение в местах, где ветер может часто менять направление.
Роторные и карусельные
В роторных устройствах используются специальные узлы для улавливания ветра с дальнейшим превращением его в энергию. Оборудование имеет усложненную конструкцию, но обладает большой эффективностью. Такие ветрогенераторы могут работать в плохих погодных условиях. При этом их монтаж не вызывает сложности. Рассматривая недостатки, можно выделить небольшую высоту башни, что увеличивает риск разрушения лопастей. Также аппараты издают повышенный шум.
Высокой надежностью обладает и карусельное оборудование, принцип работы которого заключается в следующем:
- Движущийся воздух попадает через патрубок во вращающийся барабан ветрогенератора.
- При вращении барабана за счет центробежной силы вся присутствующая в воздухе пыль отбрасывается к боковым стенкам, а затем попадает в пылесборник. В результате воздух очищается и не загрязняет оборудование
Роторные и карусельные ветровые электростанции относятся к наиболее качественному оборудованию. Оно выполнено в соответствии со всеми технологическими требованиями, а почему необходимо придерживаться разработанных норм, не отклоняясь от стандарта, вы можете узнать здесь.
Типы ветровых электростанций
Важным моментом является место установки ветровых электростанций. В зависимости от этого они разделяются на виды:
- Прибрежные. Устанавливаются на некотором расстоянии от берега моря или океана. Именно в этом месте регулярно дует бриз, способствующий стабильности работы установки. Его присутствие обеспечено разностью температур между морской водой и поверхностью суши. В результате формирование ветра происходит днем и ночью, поскольку перемещение воздушных масс постоянно чередуется с морского побережья в сторону водоема, а затем в обратном направлении.
- Наземные. Установка таких ветровых электростанций ведется на возвышенных участках земли. Желательно, чтобы высота территории превышала 50 м. Очень удобными местами являются холмы. Формирование нужной площадки ведется на протяжении 7-10 дней. Основная сложность заключается в выборе местности, поскольку необходимо обеспечить подъезд строительной техники, а это связано с наличием дорог. Кроме того, длительность процедуры монтажа ветрогенераторов увеличивается за счет необходимости согласования всей документации в различных организациях.
- Шельфовые. Такие ветрогенераторы располагаются в море на расстоянии от берега в районе 60 км. К достоинству установок относится их месторасположение, когда не занимается полезная территория земли. Также они не видны с берега и при работе показывают хорошую эффективность. Их строительство ведется в местах, где присутствует небольшая глубина. Это необходимо для закладки свайного фундамента на глубину 30 м. Также под землей прокладываются подводные кабеля. Строительство шельфовых электростанций обходятся намного дороже, чем их наземные варианты. Для изготовления используются качественные материалы, поскольку в соленой водной среде они быстро покрываются коррозией. При строительстве таких сооружений специально используются самоподъемные корабли.
- Парящие. Особенностью конструкции таких ветровых электростанций является их расположение над землей. С помощью специальной оболочки, наполненной гелием, ветрогенератор поднимается на высоту несколько сотен метров. Внутри агрегатов расположены турбины мощностью до 40 кВт. Оборудование имеет множество преимуществ, но применяется редко из-за сложности его изготовления и монтажа.
- Плавающие. Это ветровые генераторы, выполненные в виде платформы с башней. Устройство опускается под воду на десятки метров, а верхняя часть возвышается над морской гладью. Для стабилизации системы внутри водоема используется специальный балласт, сделанный из гравия или любых камней. Для удержания оборудования на месте применяются якоря.
- Горные. Такое оборудование представляет собой обычные ветровые генераторы, только установленные в горах. Они характеризуются большой эффективностью, поскольку в горной местности всегда присутствуют сильные ветры.
Каждый тип ветрогенератора обладает своими особенностями и применяется в той местности, где от него можно получить максимальную отдачу.
Правила выбора
При выборе ветрогенератора нужно учитывать множество параметров оборудования:
- Мощность. Для этого необходимо рассчитать, какое количество электроэнергии необходимо для обслуживания данной территории. К полученному результату следует обязательно прибавить запас на случай возможных потерь.
- Тип оборудования. Обычно вопрос стоит перед выбором горизонтального или вертикального аппарата. В первом случае производительность агрегата будет выше, но это произойдет только при нужном направлении движения воздушных масс. Вертикальный вариант имеет меньшую эффективность, но занимает небольшое пространство и не зависит от направления ветра.
- Размер ротора. Здесь все зависит от необходимой производительности оборудования. Большого размера ротор значительно эффективнее, но требует наличия значительного пространства. Чтобы сделать правильный выбор, необходимо предварительно провести расчеты.
- Материал лопастей. Такие изделия могут изготавливаться из пластика, стали или алюминия. Металлические лопасти обладают большей прочностью, но и выше по цене. Оптимальным вариантом является пластик. По своим характеристикам он прочный и долговечный.
- Инвертор. Это прибор, в задачу которого входит преобразование переменного тока с целью зарядки аккумуляторов. Устройство может быть в составе ветрогенератора или установлено отдельно.
- Производитель. Здесь нужно выбирать надежного хорошо известного поставщика. При покупке такого дорогостоящего оборудования обязательно следует проверять гарантию и возможность его ремонтирования в сервисных центрах.
- Стоимость оборудование. Это обстоятельство также играет не последнюю роль и во многом зависит от бюджета хозяина.
Кроме перечисленных факторов обязательно нужно заранее определиться с местом установки оборудования. Здесь следует ориентироваться на территорию, насколько стабильно дуют ветры, и меняют ли они свое направление движения. Для этого необходимо выбрать возвышенность, где сила перемещения воздушных масс будет максимальной. В том случае, когда ветры дуют слабо, требуется подбирать соответствующее оборудование с высоким КПД.
Использование силы ветра как альтернативного возобновления источника энергии относится к перспективному направлению. Установленные в ряд ветрогенераторы дают хороший результат, но при изготовлении оборудования следует обращать внимание на качество его производства и ответственность работников. Об этом можно почитать здесь.
Деревянные окна
Еще недавно казалось, что деревянные окна уйдут в историю строительства, что их окончательно и навсегда вытеснили металлопластиковые конструкции. Но с развитием технологий, внедрением в производство новых материалов стало очевидным, что это утверждение совершенно не верно. Деревянные окна не только не ушли в прошлое, но и обрели второе дыхание и перспективу за занятие серьезной доли строительного рынка.
Достоинства деревянных окон
Современные деревянные оконные конструкции не имеют ничего общего с деревянными окнами ХХ века. Представленные на рынке окна - это высокотехнологичный и надежный продукт, имеющий неоспоримые достоинства.
Стабильность формы рамы
Благодаря тому что современные окна делаются на станках с программным управлением, элементы переплета рамы подгоняются идеально друг к другу; до десятой доли миллиметра выдерживаются размеры. Поэтому оптимизируются стыки, придается жесткость каркасу и соблюдается геометрическая точность в исполнении рамы.
Герметичность
Поскольку в технологии производства деревянных окон применяются стеклопакеты, уплотнительный контур в местах примыкания створок и каркаса, смыкающиеся элементы плотно прилегают друг к другу и герметизированы, то исключено образование сквозняков, выпадения конденсата на стеклах и промерзания оконной конструкции.
Функциональность
Возможности деревянных окон ограничены только функциональностью фурнитуры. В современных условиях можно заказать окна с любым типом открывания и проветривания.
Теплоизоляция
Деревянные конструкции обладают низким коэффициентом теплопроводности, поэтому сами рамы деревянных окон слабо участвуют в процессе теплообмена. Благодаря использованию уплотнителей, устраняются места возможного образования «мостиков холода»
Звукоизоляция
Дерево имеет пористую структуру, благодаря такому составу, превосходно гасятся звуковые колебания
Долговечность
Материалом для создания деревянных оконных блоков служит профилированный клееный брус. При его изготовлении удаляются все изъяны древесины: сучки, смоляные карманы, подверженные разрушению участки. В процессе производства изделия обрабатываются разными составами, которые препятствуют впитыванию влаги и биологическому воздействию насекомых, грибков, бактерий.
Стойкость к огню
Современный материал оконных рам, обработанный пропитками, не поддерживает процесс горения. Под воздействием высоких температур оконный каркас обугливается, но не распространяет пламени. Этот фактор положительно влияет на уровень пожаробезопасности всего здания.
Экологичность
Деревянные окна изготовлены из природного материала. Компоненты оконной конструкции не выделяют вредных веществ в окружающее пространство, и не наносят ущерба для здоровья человека.
Устройство деревянного окна
Любое деревянное окно, состоит из одинаковых элементов разного функционального назначения.
- Рама. Это основа, которая монтируется в оконный проем. Назначение рамы- придать жесткость конструкции. Выпускаются разных форм, в зависимости от архитектурных особенностей строения. Материалом для изготовления деревянных оконных каркасов служит трехслойный клееный брус.
- Створки. Подвижная часть окна. Навешиваются на раму. Производятся из менее массивного бруса для облегчения изделия. Излишний вес оказывает влияние на износостойкость фурнитуры и требует усиления прочности механизмов открывания-закрывания. По возможности открывания бывают:
- Не открывающегося типа. У таких окон не предусмотрены створки. Глухие окна устанавливаются в местах, где нет необходимости в проветривании и вентиляции через оконную систему: промышленные здания, подвальные помещения, складские сооружения, банные комплексы.
- Поворотные створки- створки, открывающиеся в горизонтальной плоскости. Выпускают распахивающимися во внутрь помещения и наружу. Устанавливаются во все типы строений.
- Поворотно- откидные створки. Реализована возможность открывания в горизонтальной плоскости и откидывания для проветривания в вертикальной. На сегодняшний самый популярный вид. Монтируется в жилых домах и в офисных помещениях.
- Створки откидные. Открываются только в вертикальной плоскости. Устанавливаются в помещениях с небольшими, вытянутыми по горизонтали оконными проемами: подвалы, технические помещения; а также в сложных оконных конструкциях оснащенных фармугами.
- Вращающиеся. Створки могут вращаться вокруг оси. Конструкции бывают с вертикальным и горизонтальным поворотом. Такие окна требуют качественной фурнитуры и профессионального монтажа. Достоинством вращающихся створок выступает то, что их легко и безопасно мыть. Устанавливаются такие окна на объектах коммерческой недвижимости, где предусмотрена значительная площадь остекления створок.
- Раздвижные. Открываются способом раздвигания створки относительно неподвижной части. При этом оконная створка перемещается по рейлингам размещенным в раме. Устанавливаются на верандах, террасах и при панорамном остеклении частных домов, вилл.
- Многостворчатые комбинированные окна. Сложная оконная система, совмещающая в себе несколько створок с разным типом открывания. Требует надежной, прочной и разноплановой фурнитуры, высокотехнологичного оборудования. Устанавливаются такие окна в офисных помещениях и частных коттеджах.
- Стеклопакет. Занимает до 85% площади окна. Основное назначение стеклопакета – светопропускная способность. Помимо основной задачи на стеклопакет возлагаются дополнительные и важные функции: шумо- и- звукопоглощение, теплоизоляция, повышение энергоэффективности, фильтрация ультрафиолетовых лучей. Современные стеклопакеты способны решать специфические задачи:
- Повышенной энергоэффективности. Несут на себе металлизированное напыление. Отлично пропускают солнечные лучи в помещение, но отражают выделяющуюся тепловую энергию. За счет этого эффекта удается сэкономить до 60% тепловых трат, которые происходят через оконные проемы. Подходят для низкотемпературных климатических зон.
- Солнцезащитные. Устанавливаются на южной стороне строения, изготавливаются из тонированных в массе стекол. Актуальны в южных и солнечных регионах.
- Противоударные- стеклопакеты, выпускающиеся по технологии триплекс. Триплекс- система из двух, трех и более стекол, которые склеены между собой пленкой. Выдерживает сильное механическое воздействие. Востребованы в местах, где бывают дети, в витринах и витражах, при панорамном остеклении, на первых и последних этажах жилых домов.
- Электрохромные- стекла с нанесенным на поверхность слоем жидких кристаллов. При подаче электричества, кристаллы выстраиваются определенным образом и обеспечивают прозрачность. При отсутствии напряжения на пленке кристаллов стекло становится матовым. Уровень прозрачности может регулироваться в зависимости от подаваемого напряжения. Электрохромные стеклопакеты имеют автоматическую регулировку, зависящую от количества поступающего света.
- Самоочищающиеся. Инновационные стекла, способные самоочищаться от многих видов загрязнений. Представляют собой минеральное стекло с нанесенным на внешнюю сторону фотокатализатором. При попадании на стекло воды и ультрафиолета, под действием фотокатализатора- диоксида титана, начинается фотохимическая реакция, приводящая к разложению загрязнений. Таким образом может быть удален тонкий слой пыли, растительной пыльцы, сока деревьев, масляной пленки от выхлопа авто. Самоочищающееся стекло не справится с толстым слоем грязи и высокоадгезионными составами: лаками, красками, клеями.
- С электроподогревом. Промерзание таких стекол исключено в принципе. На поверхность стекла нанесена мельчайшая сетка из металла, которая под действием электричества нагревается и передает тепло стеклу. Устанавливаются в оранжереях, зимних садах, панорамном остеклении большой площади.
- Уплотнитель. Для плотного примыкания створки к каркасу и предотвращения нежелательного попадания наружного воздуха в помещение, в профиль монтируется эластичный профиль. Профиль прокладывают с внешней стороны рамы и с наружной. В процессе эксплуатации резиновые уплотнители дубеют, трескаются и рвутся. Поэтому их делают заменимыми. Дольше служат силиконовые уплотнители. Силиконом уплотняют область между оконным штапиком и стеклом.
- Фурнитура- это набор и комбинация механизмов, которая позволяет эксплуатировать окно в соответствии с его функциональным назначением. Должна быть подобрана таким образом, чтобы могла выдерживать многократные циклы открывания- закрывания. К элементам фурнитуры относятся ручки, запорные, поворотные, блокирующие механизмы.
- Дополнительные элементы. Сюда относят внешние отливы, внутренние подоконники и обналичку. С наружной и внутренней стороны на раму и створку могут быть нанесены декоративно- защитные элементы.
Материал для деревянных окон
Деревянные оконные конструкции выпускают из разных видов древесины. Наибольшее распространение получили:
- Дуб. Окна из дуба отличает высокая прочность и долговечность. Стойка к воздействию агрессивных сред. Но наряду с этим обладает большим весом. Этот фактор нужно учитывать при подборе фурнитуры. Обладает повышенной теплопроводностью, что снижает его потребительскую оценку.
- Лиственница. Великолепный материал для производства окон. Обладает природной защитой от биологического распада, не коробится под воздействием осадков, ультрафиолета, высыхания. В процессе эксплуатации теряет природный цвет. По стоимости уступает дубу.
- Сосна. Окна из сосны- самый бюджетный вариант. Имеют небольшой вес, уступают в эстетике дубу и стойкости лиственнице, обладают низкой теплопроводностью и высокими звукоизоляционными характеристиками.
Окна из ценных экзотических пород имеют незначительное распространение в строительстве. Используются в частном элитном домостроении и офисах успешных компаний. Производятся из таких пород как:
- Махагон
- Породы красного дерева
- Эвкалипт
- Палисандр
Несмотря на то, что экзотическая древесина завезена российскую полосу из тропических стран, продукция из теплых лесов имеет высокие физические и эстетические характеристики. Главным ее недостатком выступает серьезная цена. Можно повысить эстетические показатели и снизить стоимость за счет использования в отделке оконной системы древесным шпоном ценных пород.
Технические и эксплуатационные особенности
Деревянные оконные блоки производятся из клееного бруса. Чаще всего это трехслойная конструкция. Из древесины выпиливаются планки определенной толщины- ламели и склеиваются между собой. При этом ламели накладываются одна относительной другой перпендикулярно расположенным волокнам. За счет этого брус приобретает дополнительную жесткость, стойкость к изгибам и растрескиванию. Прочность конструкции дополнительно придает клеевой состав. Клееный брус имеет влажность 11-12%, это обуславливает его стабильность при перепаде температур.
На деревообрабатывающих станках выпиливается профиль будущего окна или створки. Готовые материалы обрабатываются средствами биологической и огнезащиты. После процедуры оконный профиль теряет гигроскопичность- способность поглощать влагу.
Финишное покрытие окон должно быть равномерным и однородным по всей площади оконного блока. Покрытие наносят в несколько приемов, тщательно шлифуя каждый слой. Перед покраской на дерево наносят грунтовку, которая скрывает мелкие неровности и обеспечивает надежное сцепление декоративного покрытия с древесиной.
Конструктивные особенности окон
Окна могут иметь не только разные размеры и количество створок, но и конструкцию. От конструктивных особенностей зависит эстетичность, долговечность, тепло- и звукоизоляция. Наряду с классическим типом окна выпускаются конструкции, которые пришли из разных стран. Название оконные системы получили соответствующие.
Финские окна
Имеют широкую раму, до 210 мм. В раму монтируются две створки: внутренняя и внешняя. Каждая створка оборудована стеклопакетом. Благодаря соединяющему створки механизму, могут открываться совместно. Финское окно обладает низким коэффициентом теплопроводности и высокими показателями звукоизоляции за счет воздушных камер в стеклопакетах и между створками. Отличительной особенностью является отсутствие возможности откидывания на проветривание. Финские окна подойдут для регионов с суровым климатом.
Шведские окна
Оконная коробка у них уже, чем у финских- до 120 мм. Они менее энергоэффективны. Но имеют меньший вес и реализована возможность синхронного откидывания створок на проветривание.
Английские окна
В классическом варианте представляют собой раму с вертикально сдвижной створкой и одинарным остеклением. В России английские окна были модифицированы, получили стеклопакет и приобрели герметичность и прекрасные характеристики шумопоглощения и теплоизоляции. Устанавливаются в оконных проемах с многофункциональными подоконниками и стилизованных строениях.
Французские окна
Оконные блоки с мелкой расстекловкой, предназначенные для установки в высокие оконные проемы до пола. Применимы для остекления балконов, веранд, террас частных коттеджей, музейно- исторических зданий. Часто во французской оконной системе предусматриваются двери. Окна данной конструкции не обладают достаточной энергоэффективностью. В холодных регионах рекомендуется совмещать с приборами напольного скрытого отопления.
Дерево-алюминиевые
Окна привычного профиля. Но для защиты древесины от внешних воздействий производители придумали обшивать поверхность снаружи алюминиевым профилем. Существуют конструкции, где вместо алюминиевых накладок применяется внешний контур остекления из алюминия, а внутренний из дерева.
Алюмо-деревянные
Представляют собой оконный блок, полностью выполненный из алюминия. Внутренняя часть обшита деревянными накладками, как правило, из ценных пород древесины.
На что обращать внимание при выборе деревянного окна
На потребительские свойства: эстетику, долговечность, звуко- и теплоизоляционные характеристики деревянных окон влияют не только выбор древесины, но и конструктивные и технологические нюансы в большей степени. Важно чтобы:
- Элементы рам и створок снизу должны иметь защиту из алюминиевого профиля.
- Оконный штапик по всему периметру имел наплывы
- Древесные элементы имели переплетение «ласточкин хвост». Это соединение придает оконному блоку необходимую жесткость
- Материал не имел дефектов: сучков, смоляных карманов, трещин, сколов.
- Для фиксации элементов деревянной конструкции применялись шкантовые соединения.
- При изготовлении окон производитель не использовал деревянный профиль из сердцевины. Сердцевина дерева более рыхлая и недолговечна.
- Применялась фирменная фурнитура. На элементах фурнитуры выбиваются название компании производителя.
Все перечисленные моменты необходимо просмотреть до установки окон. Надежнее всего фиксировать критерии качества в договоре. Ответственные компании всегда предоставляют образцы элементов продукции и идут на встречу разумной инициативе покупателя.
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.