Зачем промышленные предприятия заводят цифровые двойники?

Цифровой двойник как новая реальность

Изначально понятие цифрового двойника пришло из машиностроения. Производители стали создавать цифровые двойники дорогостоящего оборудования для моделирования поведения изделия в различных ситуациях, при эксплуатационных нагрузках, ускорения процесса проектирования. С их помощью они также выбирали варианты, снижали стоимость испытаний и накапливали информацию об эксплуатационных свойствах изделия.

Цифровой двойник предполагал оцифровку всей информации о производстве техники, ее эксплуатационных характеристиках, накапливаемых дефектах. Данные помогали при проектировании, моделировании поведения изделия в различных условиях еще до выпуска реальной продукции.

Сейчас спектр использования технологии цифрового двойника практически безграничен — от строительства и эксплуатации жилых объектов до реализации крупных проектов в области нефтехимии и газопереработки.

С достаточно большим отставанием, примерно десятилетним, технологии трехмерного проектирования, информационного моделирования и цифровых двойников пришли в отрасль промышленного и гражданского строительства. Новаторами были крупные строительные компании США и Великобритании. На основе их опыта появились первые национальные стандарты информационного моделирования в строительстве.

Если возвращаться к общему определению цифрового моделирования, то его можно обозначить следующим образом: это онлайн-прототип реального объекта, серии объектов или процессов, который постоянно дополняется новой информацией. Как следствие — формируется база данных, на основе которой можно контролировать и анализировать существующие процессы и моделировать новые.

В России комплексной интеграцией таких решений занимается Softline — один из лидеров рынка цифровой трансформации с десятками филиалов по всему миру и более 6 тысячами партнеров. За сервисы в области информационного моделирования, управления жизненным циклом информации о продукте/объекте, работу с интернетом вещей и умными девайсами в компании отвечает Департамент инфраструктурных решений. Как поясняет руководитель направления «Индустрия 4.0» Илья Хитров, в случае со строительством цифровой двойник позволяет увидеть ошибки и исправить недочеты еще на этапе разработки и согласования проектной документации. Например, на одном из проектов Softline недочеты обнаружили во время демонстрации заказчику информационной модели строительного объекта, проектная документация по которому была уже ранее утверждена.

— Когда у тебя сложный промышленный проект, цифровой двойник позволяет не только облегчить работу с документацией и чертежами, но и быстрее принимать проектные решения, согласовывать изменения и вводить объект в эксплуатацию, моделировать ход стройки, — пояснил Илья Хитров.

Эксперт: оцифровывать лучше с нуля

По словам Ильи Хитрова, технологии информационного моделирования зданий (с англ. building informationmodeling — BIM) в России часто применяются в вертикально интегрированных промышленных холдингах и их проектных и строительных подрядчиках. Особенно они востребованы для нефтегазовых, нефтехимических и горнорудных предприятий. Помимо этого, они активно используются в крупных проектных и строительных компаниях, занимающихся гражданским и инфраструктурным строительством.

— Для таких компаний очень важно накапливать информацию о зданиях и сооружениях, использовать ее повторно на следующих проектах, а также в процессе эксплуатации, — комментирует руководитель направления «Индустрия 4.0» Softline

Эксперт констатирует, что самое сложное — не внедрить IT-систему, а оцифровать исходные данные, описать рабочие процессы, интегрировать новые технологии в производственную деятельность. Когда качественная, соответствующая требованиям информационная модель здания/сооружения создана, на этапе строительства эта работа становится менее трудоемкой и более эффективной. Как правило, заказчики Softline идут по пути внедрения BIM-технологий последовательно по шагам: начиная с концептуального проектирования с последующим переходом к детальному, далее переходя к управлению стройкой и вводом в эксплуатацию, заканчивая процесс непосредственно эксплуатацией, реконструкцией и даже сносом. С каждым шагом цифровой двойник насыщается, в него добавляется все больше информации.

Суммарный экономический эффект от применения технологий информационного моделирования и цифровых двойников объектов строительства сложно оценить — он зависит от множества факторов и от методики оценки. При этом эксперты сходятся в том, что эффект накапливается и становится максимально заметен на стадиях строительства и эксплуатации строительных объектов.

По опыту заказчиков, на стадии проектирования возврат инвестиций составляет 8—14% в течение двух лет, на стадии строительства он составляет уже 30—40% за 1-2 года за счет сокращения ошибок строительства и ускорения ввода в эксплуатацию. За несколько лет эксплуатации возврат инвестиций уже составляет сотни процентов. Это происходит за счет снижения рисков при возведении и эксплуатации объектов, управления производственными процессами, использования уже оцифрованных данных при реализации других типовых проектов. Кроме того, влияет ускорение принятия более информированных проектных решений, информационная поддержка строительства и служб эксплуатации.

Как обезопасить данные компании?

Поставщиками BIM и других технологий для создания цифрового двойника объекта выступают преимущественно иностранные разработчики, хотя российский рынок сейчас также активно развивается. Softline сотрудничает с лидирующими производителями ПО, среди которых: Bentley, Autodesk, Siemens, АСКОН и другие. Сейчас интегратор в процессе переговоров еще с двумя российскими разработчиками, партнерство с которыми планируется анонсировать до конца года.

Илья Хитров отмечает, что решения по цифровым двойникам не коробочные и обычно требуют специфичной для заказчиков программной доработки, чем и занимается Softline, полностью закрывая задачи клиента собственными силами или с привлечением команд партнеров. Наиболее близки к коробочным решениям облачные продукты, в них настроено большинство базовых функций и типовых процессов. Но выбор такого решения, как правило, значит, что оцифрованные данные предприятий будут храниться за рубежом. Для российских, особенно государственных, компаний-заказчиков подобные решения должны приниматься с оценкой рисков потенциального использования персональных данных третьими лицами, их потерей в случае блокировки доступа и потенциального несоответствия федеральному законодательству.

В качестве альтернативы Softline предлагает использовать коммерчески лицензированные технологии с возможностью локального внедрения или прорабатывать индивидуальные решения с частным облаком, что может занять больше времени, но устранит риски, связанные с размещением данных за рубежом. Российские разработчики ПО сейчас активно создают альтернативные импортозамещающие решения. В 2021 году у заказчиков уже появились возможности использовать отечественные облака и размещать информацию в собственном Центре хранения и обработки данных.

Пока технологические и функциональные возможности таких решений «из коробки» отстают от западных. IT-интегратор в любом случае индивидуально рассматривает все запросы заказчика, консультирует его по внедрению продукта, вплоть до обучения сотрудников предприятия, и предлагает оптимальное решение по облачной или локальной разработке. И это с возможностью сотрудничества практически с любым крупным или небольшим разработчиком IT-решений и доступом к масштабированию команды в любой точке России.

Как следствие — начав сотрудничество с Softline, компании возвращаются к интегратору за реализацией других проектов. Так произошло, например, с одним из крупнейших в мире золотодобывающих предприятий. Интеграция 10 программных продуктов Bentley Systems дала возможность комплексно проектировать новые объекты с применением информационной модели. Стартовал первый строительный пилот с применением 4D-моделирования, а в планах — интегрировать BIM с производственными системами и создать цифровой двойник фабрики.

Много не значит дорого

На вопрос о том, как много времени и инвестиций требуется для внедрения технологии информационного моделирования зданий, руководитель направления «Индустрия 4.0» Softline Илья Хитров уточняет:

— Все зависит от размера компании, ее деятельности и размеров первых строительных проектов. Для крупного промышленного предприятия полного цикла, где только решили заняться цифровизацией, создание цифрового двойника — проект на несколько лет и со стоимостью от нескольких десятков до нескольких сотен миллионов рублей. Для небольших предприятий стоимость может варьироваться от нескольких единиц до нескольких десятков миллионов рублей. В общую стоимость владения системой входят ПО, консалтинговые услуги, обучение сотрудников компании, стоимость оборудования и собственных человеческих ресурсов, которые также необходимо задействовать, а также стоимость поддержки. Как правило, такие объемы вложений в BIM-технологии соответствуют устоявшемуся принципу инвестиций в IT: 2—5% от годовой прибыли наряду с другими необходимыми IT-проектами.

На первый взгляд весьма значительные цифры на деле не просто окупаются, но и приносят дополнительную экономию. Например, в открытых источниках можно найти историю с европейским нефтеперерабатывающим предприятием Schneider Electric, цифровой двойник которого практически за месяц позволил предсказать сбой компрессора. Только благодаря этому случаю компания не потеряла 3,2 млн долларов.

Также известны примеры российских горнорудных и нефтегазовых компаний, на складах которых хранятся неиспользованные металлоконструкции и оборудование на миллионы долларов, оставшиеся после реализации строительных проектов и реконструкций. Руководители предприятий признаются, что при сокращении проектных ошибок, ускорении строительства и более эффективном управлении активами таких лишних затрат можно было бы избежать.