Задачи управления промышленными объектами через создание Цифрового двойника предприятия

Ирина Чиковская, советник директора ООО «Бюро ЕСГ»

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 двойников¹ предприятий и их реализацию в виде набора цифровых информационных моделей.

В последние годы эта тема становится все более востребованной и острой. Среди причин 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»);
• 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. Всем известно, что большинство предприятий построено в прошлом веке, а потому не соответствуют современным требованиям. Следовательно, чтобы вывести их в список лидеров мирового технологического процесса и наилучших доступных технологий, необходима модернизация производств. Это задача стратегического уровня. Политическая и экономическая обстановка, связанная с санкциями, пандемией и рядом других причин, только обострила эту необходимость.

Что же способно помочь в решении задачи цифровизации строительной отрасли в промышленном кластере? И почему именно о нем стоит говорить?

Промышленное предприятие проходит полный жизненный цикл от появления идеи до демонтажа, сохраняя интерес своего заказчика — управленца, что позволяет оценить преимущества применения технологий информационного моделирования

На первый взгляд, в России есть все предпосылки для активного 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 общемировых тенденций; 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 сегодня направлены на рынок жилищного строительства и госзаказ объектов социальной направленности. Однако, если говорить о полном жизненном цикле объектов капитального строительства, даже рынок жилищного строительства не выдает ожидаемых результатов. Связано это в первую очередь с разрывом интересов игроков: инвестор (заказчик), как правило, не участвует в последующей эксплуатации произведенной продукции, будь то жилые дома, школы, поликлиники или административные здания. Как следствие, управляющие компании или комитеты городских структур, которым в дальнейшем предстоит эксплуатация этих объектов, или имеют слабое представление о BIM и собственной вовлеченности в процесс цифровизации, или не имеют его вовсе.

Тем не менее 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. 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 за счет создания Цифрового двойника промышленного объекта.

Современный мир предлагает для решения таких задач множество технологий, концепций и инструментов: PLM/PDM, BigData (Большие данные), IIoT (Промышленный Интернет вещей)², Cloud Computing (Облачные вычисления), GIS (Геоинформационные системы), BIM/openBIM и др. 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. Да, решались, но сегодня главный фактор — время.

Несколько лет назад шли постоянные обсуждения, касающиеся 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 настоящие баталии на тему отсутствия интеграции при применении программного обеспечения разных вендоров, то сегодня 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)³.

Так что же препятствует появлению Цифрового двойника предприятия и его участию в вопросах модернизации, а в дальнейшем, возможно, и в задачах управления активами?

Ответ простой — нежелание заказчика 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»), выстраивая тем самым интегральную цепочку нового типа, включающую «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. Несмотря на то что в приведенном примере есть упоминание о «цифровом заводе», выполненная работа все же относится к управлению производственными процессами, а не промышленными объектами недвижимости.

А вот другой пример. Как сообщается на сайте компании «Газпром нефть» 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 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 руб. в год.

Итак, процесс создания Цифровых двойников предприятий в Российской Федерации уже начался, и хочется верить, что эта технология с каждым годом будет всё более востребованной и совершенной. Тем не менее, исходя из реальной ситуации, сложившейся в отношении Цифровых двойников, понятно, что пока это либо попытка перевести привычный процесс проектирования на новый уровень, либо подтягивание моделей зданий без информационной части к своим системам автоматизации, либо моделирование без учета всех последующих задач использования цифровых информационных моделей: эксплуатации, модернизации, управления активами и пр.

Из множества примеров, касающихся появления 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 вплоть до момента его ликвидации следует очередной 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 созданы именно с целью обеспечения наименее рискового прохождения объекта капитального строительства по всему жизненному циклу, для чего просто необходимо правильно организовать работу. Этому нашим предприятиям еще предстоит учиться!

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

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» выполнены и продолжают выполняться работы по созданию Цифровых двойников как ruна основе лазерного сканирования, так и с применением проектной, рабочей и исполнительной документации. ООО «Бюро ЕСГ» принимает активное участие в разработке требований заказчиков к цифровым информационным моделям для различных отраслей промышленности⁴, 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» участвует 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 Промышленный Интернет вещей (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).

³ 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.

⁴ 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, которые уже успешно применяются и продолжают развиваться.