¬аше окно в мир —јѕ–
 
Ќовости —татьи јвторы —обыти€ ¬акансии Ёнциклопеди€ –екламодател€м
—татьи

21 июн€ 2021

—видетели Ѕольшого ѕазла: BIM в новом технологическом укладе

јркадий  азанцев, —ергей ƒубинский

јркадий  азанцев Ц технический менеджер крупной российской компании, имеет опыт работы в отрасл€х: транспортное машиностроение и логистика, промышленное строительство, коммерческое судостроение, √ќ«. »меет два высших технических образовани€, общий стаж работы в промышленности более 25 лет.
—ергей ƒубинский Ц технический эксперт, специалист по математическому моделированию, к.т.н., ¬сероссийский научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта; общий стаж работы более 30 лет.
Ђ≈сли € дверь, то что есть ключ?ї ©

ћедитаци€ инноватора

ѕредисловие

¬ мировой железнодорожной отрасли идЄт гонка. ¬едущие индустриальные державы как будто в одночасье озаботились преобразованием старейшей логистической системы, сделавшей капитализм промышленным феноменом. —труктура и объЄм иностранных публикаций показывают, что в транспортную науку сейчас вливают большие деньги. Ќа повестку дн€ став€тс€ проблемы увеличени€ скорости поездов (причЄм в разы), полного преобразовани€ систем св€зи и управлени€, о Ђцифровом двойникеї скоро будут говорить из каждого утюгаЕ „то происходит? Ќам, инженерам, важно не только фиксировать, но и понимать причины мировой Ђдвижухиї, поскольку озабоченное начальство даЄт только форму, но наполнение формы содержанием Ц исключительно в нашей компетенции. ≈сли мы ошибЄмс€, то ошибка, растиражированна€ от ћурманска до ¬ладивостока, приведЄт к очень чувствительным последстви€м. —ледовательно, это не соревнование Ђкто прибежит первымї, решени€ должны быть не быстрыми, но правильными.

ѕроблема заключаетс€ в том, что стратегические решени€, определ€ющие ключевые направлени€ инженерных разработок, не лежат в области инженерных дисциплин.

ј это значит, что дл€ понимани€ логики прин€ти€ решений необходимо вернутьс€ к тезисам предыдущей статьи ( орпоративна€ вселенна€: BIM в технологических укладах), где читатель познакомилс€ с определени€ми: ключевые факторы вли€ни€, технологический уклад, производственна€ и учЄтна€ функции информационной системы.

ћонах подходит к Ѕольшому ѕазлу

BIM в новом технологическом укладе

¬ упом€нутой в предыдущей статье методике проведени€ исследований хоз€йственного механизма, помимо двух компонентов Ц работы с организационно-распор€дительными документами и проведени€ интервью с ключевыми специалистами Ц имеетс€ ещЄ и третий компонент. Ёто статистика.  аждый из компонентов триады, в соответствии с рекомендаци€ми ё.¬. ярЄменко1, даЄт свою специфическую информацию дл€ анализа. ѕоэтому изучение статистической информации €вл€етс€ необходимым.

1 ќ методе исследований ёри€ ¬асильевича ярЄменко, директора »Ќѕ –јЌ, см. Ќаблюдение за наблюдающим: о методе isicad-а.

ќднако запрашивать новые данные дл€ исследовани€ в большой компании всегда сложно Ц никто не стремитс€ помогать другому, если это не касаетс€ его производственных проблем. ѕоэтому дл€ исследовани€ необходимо использовать уже существующие доступные данные, сведЄнные в некую систему.

Ќаибольшую ценность дл€ исследовател€ представл€ет статистика, собираема€ о работе техноструктуры контрольными органами компании2, поэтому дл€ статистического анализа были использованы материалы корпоративной —истемы управлени€ рисками. —истема интересна тем, что в ней активно участвуют сами подразделени€, ежеквартально занос€ информацию по рискам де€тельности, риск-факторам/причинам, компенсирующим меропри€ти€м и, что важно, Ц величинам фактических и прогнозируемых убытков от воздействи€ рисков на производственную де€тельность. ƒл€ проведени€ анализа в выборку были вз€ты ключевые подразделени€ бизнес-процесса компании, дл€ сглаживани€ трендов была использована годова€ статистика.

2 ќ причинах такого вывода читайте в статье ¬ поисках альтернативы: от функционально-ориентированного управлени€ к концепции бизнес-безопасности.

»зучение статистики показало, что наши коллеги постарались от души: при подсчЄте общего числа риск-факторов по ключевым подразделени€м оказалось, что размерность задачи управлени€ превышает 300 позиций, что €вл€етс€ чрезмерным дл€ эффективного прин€ти€ управленческих решений. «начит, надо сокращать размерность.

“огда, с целью повышени€ эффективности дальнейшего анализа, было введено пон€тие Ђключевого фактора вли€ни€ї, вз€тое из Ђћатричного метода разработки продукцииї3.

3 ѕодробно о матричном методе: Ќовые модели продуктового проектировани€: матричный метод.

 лючевой фактор вли€ни€ Ц это объективно существующее долговременное €вление, оказывающее систематическое существенное вли€ние на доходы и расходы компании в рамках действующей бизнес-модели компании; к особенност€м фактора относитс€ оценка его вли€ни€ через систему объективно измер€емых показателей (непр€мое измерение).

 ак видно из предшествующей статьи, всЄ многообразие причин реализации рисков удалось свести к четырЄм факторам, интересующим бизнес (см. табл. 1).

“аблица 1.  лючевые факторы вли€ни€

ID фактора  ¬‘1  ¬‘2  ¬‘3  ¬‘4
Ќаименование фактора

ЌеудовлетворЄнность коммерческой диспетчеризации как недополученна€ прибыль

ЌеудовлетворЄнность клиентов как выставление денежных претензий Ќевыполнение технических и прочих нормативов эксплуатации инфраструктуры и работы подвижного состава, повлекшее убытки —лучайное событие, повлекшее ущерб


“еперь необходимо осуществить оценку текущей конфигурации ключевых факторов вли€ни€ на инфраструктуру. Ёто позволит пон€ть приоритетные направлени€ разработки проекта цифровой трансформации, целенаправленно воздействующей на те факторы, которые сейчас нанос€т наибольший ущерб компании. «начит, речь далее пойдЄт про Ђсв€тоеї Ц про деньги. ”бытки по рискам, соотнесЄнные с ключевыми факторами вли€ни€, были аккуратно подсчитаныЕ

ћонах находит ключ

–езультаты подсчЄта показали, что в сегодн€шней конфигурации доминируют факторы  ¬‘1 и  ¬‘2, св€занные с коммерческими, а не технологическими ( ¬‘3) рисками.

¬ доминирующих Ђкоммерческихї факторах вли€ни€ подразделени€ми отмечены р€д причин, которые можно назвать технологическими. Ќо если бы технологические риски в  ¬‘1 и  ¬‘2 играли существенную роль (плоха€ работа техники и нарушени€ технологической дисциплины), то это должно было отразитьс€ на значении  ¬‘3 (ЂЌевыполнение технических и прочих нормативов эксплуатации инфраструктуры и работы подвижного составаї). ќднако обща€ сумма убытков по причине технологических эксцессов (Ђневыполнение нормативовї) оказалась относительно невелика. Ёто означает, что техника в целом работает исправно, технологические циклы не нарушены, техническа€ и делова€ культура технического персонала в целом соответствует требовани€м, хоз€йственный механизм исправенЕ Ќо тогда это может означать только одно: проблемы имеютс€ в типовых технологических процессах Ц они вышли на потолок своих возможностей.

ѕоскольку Ђслабым звеномї €вл€ютс€ не отдельные элементы технологического уклада (т€га, груз, сеть, св€зь), а слабым звеном €вл€етс€ типовой технологический процесс, определ€ющий общую эффективность комплекса используемых технологий, то можно сказать, что доминирующий технологический уклад компании не успевает за современным спросом и становитс€ всЄ более устаревшим.

ѕоскольку технологические уклады железнодорожных перевозок ведущих индустриальных держав мира наход€тс€ на одном техническом уровне, то, по всей видимости, к тем же выводам, раньше или позже, пришли наши коллеги за рубежом. ¬ этом причина активного поиска и внедрени€ инноваций в железнодорожный транспорт по всему миру, о котором говорилось в начале этой статьи Ц отрасли необходимо кардинально мен€ть уклад.

Ќадо сказать, что устаревший технологический уклад не €вл€етс€ безобидной фигурой речи.  ак опухоль плодит метастазы, так и устаревший уклад начинает создавать существенные проблемы в слаженной работе хоз€йственного механизма компании: так доминирование устаревшего технологического уклада влечЄт за собой проблему инвестиций, поскольку стройка строит тот уклад, который прикажут. ѕоскольку эффективность устаревшего уклада понижена относительно требований рынка, то инвестиционный сектор компании начинает работать с большой перегрузкой. ѕерегрузка инвестиционного сектора компании вызывает одновременно дефицит инвестиций, что можно по€снить на примере.


ѕример. Ќеобходимо построить завод, дающий 30% прибыли. ќднако имеетс€ устаревша€ технологи€, котора€ может дать только 3%. «начит, необходимо построить 10 заводов вместо одного. Ќайти инвестиции на 10 заводов намного сложнее, чем на один, Ц возникает дефицит инвестиций4.

4 Ёта проблема известна ещЄ по временам позднего ———–: Ђпередовыеї отрасли машиностроени€, представленные в √оскомитете по науке и технике, несмотр€ на масштабные инвестиции в строительство новых заводов, перестали приносить прибыль, и прибыль обеспечивалась нефтегазовым сектором. “огда грешили на перекос директивных цен по отрасл€м, что и послужило одной из причин отказа от плановой экономики. ќднако сейчас, в разгар капитализма, пон€тно, что устаревание технологического уклада имеет общий механизм, несущий угрозу индустриальной системе, вне зависимости от выбора социалистического или капиталистического пути развити€ (по материалам книги ќ.¬. √ригорьева ЂЁпоха ростаї).


”старевший уклад создаЄт проблему Ђцикла и тактаї. ѕоскольку пропускна€ способность логистической сети ограничена, то стремление удержать интервалы между проводкой грузов по железнодорожному пути (такт), привод€т к неуправл€емому росту общего времени оказани€ услуги по перевозке груза (цикл). “огда часть клиентов, которым нужно побыстрее, выбирают другие виды транспорта, пусть и более дорогие. Ёто разгружает железную дорогу до приемлемого уровн€, но ведЄт к снижению общей доли перевозок среди альтернативных видов транспорта, что отмечаетс€ во всЄм мире ( ¬‘1).

—ледует сказать, что проблемой устаревших технологических укладов также €вл€етс€ подавление инноваций: нова€ технологи€, встраива€сь в устаревший уклад, частично тер€ет свою эффективность (как было показано в предыдущей статье), а значит точечное внедрение какой-либо Ђсупертехнологииї в устаревший уклад не даст того эффекта, на который рассчитывают.

»нвестиционный выбор (замещать существующие технологии или их дополн€ть?) в случае устаревшего технологического уклада всегда склон€етс€ в сторону замещени€. “аким образом, перед компанией встаЄт вопрос о формировании нового инновационного уклада вместо модернизации существующего.

—ледовательно, система управлени€ жизненным циклом объектов инфраструктуры с использованием технологий информационного моделировани€ (“»ћ) должна разрабатыватьс€ как составна€ часть нового, инновационного уклада.

ѕоследние два абзаца сформировали Ђключї, отбросив ложные направлени€. ¬ отличие от других отраслей, BIM-технологи€ не интересна компании-перевозчику сама по себе, еЄ не стоит рассматривать как отдельный проект, еЄ малополезно встраивать в существующий устаревший уклад, также нет смысла тратить много усилий на учЄтную функцию информационной системы. “олько интегрированна€ в программу проекта нового техуклада, включЄнна€ в производственную функцию BIM-технологи€ создаст новую эффективность и новую прибыль. » изменит тем самым текущую конфигурацию факторов на более экономически приемлемую.

Ѕольшой ѕазл изменилс€. “еперь он превратилс€ в ѕазл Ќового “ехуклада.  акие элементы он содержит?

ѕеред нами множество дверей. ќдни из них ведут в никуда, за другими лежат огромные богатства, многократный рост прибыли. Ќаступает врем€ Ђфронтираї5, врем€ подбора технологий.

5 Frontier (англ.) Ц граница. ¬ данном контексте примен€етс€ как обращение к передовым научно-техническим разработкам, Ќ»– и Ќ»ќ –.

ќдна из концепций конфигурации будущего техуклада предполагает, что он будет основыватьс€ на безлюдных технологи€х, что подразумевает высокую степень автономности инженерных систем6.

6 ƒл€ нового технологического уклада важно не содержание инфраструктуры, а рост еЄ производительности. –ост производительности (отдачи) подразумевает, что все элементы должны работать максимально напр€жЄнно, увеличива€ пропускную способность. Ёто могут обеспечить только автоматически вычисл€емые алгоритмы/модели, а не человек-диспетчер Ц вот ключ к обоснованию автономности.

BIM в новом технологическом укладе

–ис. 1. ѕроизводственна€ функци€ Ц целевое состо€ние

ѕервым шагом к Ђумной инфраструктуреї €вл€етс€ самодиагностика.  ак это может работать совместно с BIM-технологией Ц описано в следующей главе.

ћонах открывает дверь

“ехнологи€ BIM, как и люба€ инноваци€, представл€ет из себ€ недоработанную идею. BIM-модель прекрасно Ђработаетї на стадии проектировани€, но недоработанность идеи заметна уже на стадии строительства и в полной мере про€вл€етс€ на стадии эксплуатации.

Ќапример, BIM-модель моста не колеблетс€ от ветра, не входит в резонанс, не деформируетс€ при движении поезда, не проседает на грунте при оттаивании вечной мерзлоты, и т.п.  лассическа€ BIM-модель не повреждаетс€ и не разрушаетс€ со временем, в своей первоначальной концепции Ц она вечна. ј это значит, что модель противоречит реальности, где тот же мост на этапе эксплуатации нагружаетс€, деформируетс€, повреждаетс€, разрушаетс€ и ремонтируетс€. ¬ концепции BIM есть фактор пространства, но отсутствует важнейший фактор физического мира Ц врем€7.

7 ¬ данном случае авторы делают акцент не на возможности визуализации BIM-сборки по част€м, что воспринимаетс€ как учЄт фактора времени при планировании строительства, а на изменении первоначальных проектных характеристик элементов модели при воздействии на неЄ реальных эксплуатационных нагрузок (деформаций, повреждений, износа) с целью определени€ остаточного ресурса.

«начит, если цифровой двойник, построенный по технологии BIM, не может напр€мую сопр€гатьс€ с реальным физическим объектом, остаЄтс€ только одно решение Ц построить интерфейс перехода, который мы называем Ђфизическим двойникомї реального объекта Ц грамотно выделив из бесконечного многообрази€ свойств эксплуатируемого объекта физические процессы, вли€ющие на его безопасность и долговечность, а значит Ц и на функциональность.

‘изический двойник железнодорожного моста
Ђ÷ифровизаци€ Ц это то, что можно зашить в контроллерыї ©


 онцепци€ физического двойника (‘ƒ) объекта инфраструктуры основываетс€ на Ђпринципе эталонаї: сверке эталонного поведени€8 объекта при текущем сочетании нагрузок с показани€ми датчиков. ≈сли расхождение превышает допустимую погрешность Ц значит, на физическом объекте возник какой-то дефект, неучтЄнный ‘ƒ, требуетс€ срочное обследование.

8 ¬ данной статье Ђэталонї Ц это релевантна€ физическому объекту деформируема€ модель, построенна€ по информации, вз€той с BIM-модели объекта (о требовани€х к качеству BIM-модели можно прочесть в статье ѕарадигма —»ћѕлекс: формирование инженерной модели основных фондов);
под Ђэталонным поведениемї понимаетс€ Ђкартаї откликов характерных точек объекта на все типы возможных значимых нагрузок, построенна€ в разумной уверенности бездефектности несущих конструкций. ƒалее, на практике, при расчЄте текущего напр€жЄнно-деформированного состо€ни€ объекта, используетс€ принцип суперпозиции.

  основным динамическим нагрузкам на железнодорожный мост относ€т ветровую нагрузку и нагрузку от прохождени€ поезда. ¬ физический двойник записываетс€ информаци€ о ветровых воздействи€х (аэродинамические коэффициенты, спектры и числа —трухал€) при различных направлени€х и параметрах ветра, в том числе с учЄтом движущегос€ по мосту поезда. ≈сли мы имеем статистически точные метеоданные дл€ этого участка местности, то дело только за подход€щим аэродинамическим расчЄтным пакетом и квалификацией расчЄтчиков. — набором подвижных нагрузок от поезда дело обстоит несколько сложнее...

BIM в новом технологическом укладе

–ис. 2. ‘изический двойник моста. ѕазл складываетс€...

ƒл€ правильного расчЄта эталонных значений отклика, помимо параметров моста и верхнего строени€ пути, физическому двойнику необходимо иметь точную информацию при прохождении поезда по мосту: момент входа и выхода, скорость, длина, массы вагонов и т. п. —ледовательно, мы должны говорить о взаимодействии цифровых двойников (÷ƒ) поезда и моста (а в более общем случае Ц объекта инфраструктуры). ≈сли мост располагаетс€ в необжитых районах, например,  райнего —евера, то ÷ƒ моста должен работать автономно, име€ на физическом объекте собственный необслуживаемый источник питани€ типа €дерной батареи, и св€зыватьс€ с ÷ƒ поезда напр€мую. ≈сли мост располагаетс€ в районах с развитой инфраструктурой, то обмен данными может происходить через технологическую операционную систему9 (см. рис. 1).

9 ƒл€ упрощени€ обмена данными обща€ информаци€ о типах поездов и локомотивов может находитьс€ в обновл€емой базе ‘ƒ объекта.

–асчЄт эталонных значений отклика в технически сложной конструкции в режиме реального времени требует серьЄзных вычислительных мощностей. √де же их вз€ть за ѕол€рным кругом? ‘ƒ должен быть не только технически эффективным, но и относительно дешЄвым. –ешение было найдено с помощью специального математического приЄма: расчЄтна€ модель моста ЂсвЄрнутаї в суперэлемент, снизив размерность задачи до уровн€ ЂрасчЄт на местеї. –езультаты суперэлементного расчЄта примен€ютс€ к картам полей напр€жений и деформаций полноразмерных элементов конструкции, вычисленных дл€ Ђединичныхї нагрузок. Ёто позвол€ет заранее вы€вить локальные концентраторы напр€жений10.

10 ƒетальное описание метода более уместно в Ђ¬ј овскомї журнале (стать€ готовитс€).

“акой двухуровневый подход к построению расчЄтной модели конструкции даЄт значительные преимущества:

  • низкое энергопотребление (мощных вычислений нет, большинство требуемой информации зашито в блоках пам€ти);
  • отсутствие сложных, дорогих и чувствительных к услови€м работы электронных компонентов (суперэлементна€ расчЄтна€ модель занимает несколько дес€тков мегабайт и может быть рассчитана на процессоре уровн€ современного смартфона);
  • полна€ импортонезависимость (импортные расчЄтные пакеты, если и использовались расчЄтчиками, остались за пределами ‘ƒ, а значит, дл€ функционировани€ системы на объекте не требуетс€ покупки и обновлени€ лицензий);
  • 100% защита интеллектуальной собственности (в блоках пам€ти Ц матрицы с цифрами, характерными дл€ условий работы конкретного объекта инфраструктуры; даже если их скопировать Ц их невозможно применить к другому объекту).

ѕодведЄм итоги. ‘изический двойник железнодорожного моста Ц это программно-аппаратный комплекс, включающий в себ€:

  • редуцированную массово-жЄсткостную расчетную модель конструкции на базе метода суперэлементов (на основе BIM-модели);
  • набор ветровых нагрузок дл€ различных направлений и характеристик ветра (в том числе при наличии движущегос€ поезда);
  • набор подвижных нагрузок от поезда;
  • набор иных нагрузок (ледовых, гидродинамических на опоры, просадок грунта и т. д.);
  • расчетный модуль дл€ оперативной оценки перемещений точек мониторинга при актуальных внешних воздействи€х;
  • модуль сверки и идентификации замеренных и расчетных (прогнозируемых) перемещений, скоростей, либо ускорений точек мониторинга;
  • базу данных напр€женно-деформированных состо€ний элементов конструкции при различных вариантах нагружени€;
  • алгоритмы оценки и прогноза повреждаемости элементов конструкции;
  • модуль оценки ресурса проблемных участков конструкции.

—пециалисты, кому практически интересна тема физических двойников объектов промышленной инфраструктуры, их интеграци€ и взаимодействие в технологической операционной системе, могут написать на адрес 352217@rambler.ru. ѕредставьтесь, укажите место работы, вам ответ€т.

ѕослесловие

 аждое новое поколение по-новому работает с информацией. » помимо эффективности инноваций, о которой так люб€т рассуждать экономисты, этот фактор зачастую начинает работать сам по себе: наше поколение просто отказалось сто€ть за кульманом и выбрало разработку 2D-чертежей на компьютерах (хот€ производительность труда от этого далеко не всегда выросла). “о же самое происходит с поколением, идущим нам на смену, Ц оно уже сейчас отказываетс€ от черчени€ в пользу 3D-моделировани€ (это прекрасно видно по направлению развити€ софта). —ледовательно, технологи€ BIM будет повсеместно развиватьс€. Ќо в силу вышеуказанного фактора в разных странах и у разных народов эффективность использовани€ BIM будет весьма разной, и в этом интересное свойство любой инновации, в отличие от технологий Ђплатої или давно отработанных и устаревающих.

ј эффективность использовани€ инноваций всегда, через эффективность национальной экономики, вли€ет на мировой рейтинг державЕ ѕоэтому наше служение компании есть форма служени€ –одине.



¬акансии:

јктуальное обсуждение

RSS-лента комментариев

ƒавид Ћевин
ƒавид Ћевин
ќт редактора: √овор€т, в истории CAD уже было четыре революции. Ќа горизонте є 5?
ѕроект ЂЌародное —јѕ–-интервьюї

—лучайна€ стать€:

isicad Top 10

—амые попул€рные материалы

   ‘орумы isicad:

isicad-2010 isicad-2008
isicad-2006 isicad-2004

ќ проекте

ѕриглашаем публиковать на сайте isicad.ru новости и пресс-релизы о новых решени€х и продуктах, о проводимых меропри€ти€х и другую информацию. јдрес дл€ корреспонденции - info@isicad.ru

ѕроект isicad нацелен на

  • укрепление контактов между разработчиками, поставщиками и потребител€ми промышленных решений в област€х PLM и ERP...
ѕодробнее

»нформаци€ дл€ рекламодателей


¬се права защищены. © 2004-2021 √руппа компаний «Ћ≈ƒј—»

ѕерепечатка материалов сайта допускаетс€ с согласи€ редакции, ссылка на isicad.ru об€зательна.
¬ы можете обратитьс€ к нам по адресу info@isicad.ru.