Цифровые двойники PlantSight — ключ к контролю над данными промышленных объектов

Раньше для передачи проекта от подрядчиков владельцу­оператору использовался большой тягач с прицепом и вилочные погрузчики, которые перемещали ящики с документами по проектированию и строительству в архивный отдел предприятия. Большую часть этих документов впоследствии никогда не использовали, потому что было трудно найти нужную информацию, а то, что все­таки находилось, чаще всего оказывалось неактуальным. Перенесемся в 2010 год. Грузовик для документации стал меньше, так как большая часть данных уже перенесена в цифровой формат, однако было по­прежнему сложно ориентироваться в различных форматах и инструментах создания данных для поиска необходимой информации.

В 2020 году мы наблюдали появление новых инструментов, таких как PlantSight от компании Bentley Systems. Они используют передовые технологии для сбора, контроля и обслуживания множества типов данных, которые представляют собой современный операционный актив. PlantSight помогает инженерам и операторам предприятий быстро находить информацию, необходимую им для эффективной работы предприятия или реализации проекта, — от схем технологического процесса до 3D­моделей предприятия, от проектных до фактических данных и от настольных компьютеров до облачных технологий.

Итак, что такое PlantSight

PlantSight объединяет 1D­, 2D­ и 3D­данные в единую визуальную копию актива. Ниже на снимке экрана показано, как виртуальный запорный клапан совмещен с моделью реальности. Кодовые метки являются связующим звеном между различными типами данных и обеспечивают их целостность. Этот просмотр предоставляется пользователям через веб­браузер, что упрощает доступ из офиса или с планшета, подключенного к сети, на самом предприятии.

После создания Цифрового двойника физического объекта в PlantSight его можно использовать в различных целях. Доступ к облаку означает, что проверенные данные доступны всем авторизованным инженерам и операторам, независимо от их физического местонахождения. Это оптимизирует совместную работу как на местах, так и с внешними экспертами для оценки и выработки стратегии решения проблем. Неограниченная вычислительная мощность облака в сочетании с аналитикой и искусственным интеллектом может использоваться для профилактического обслуживания или анализа экономических альтернатив для эффективной работы.

Цифровой двойник может обновляться в режиме реального времени данными с датчиков, находящихся на предприятии, через промышленный Интернет вещей (IIoT). Технологии моделирования, такие как САПР и модели реальности, можно комбинировать для создания моделей дополненной и виртуальной реальности в целях обучения рабочих, моделирования реакции и разработки сценариев для переоборудования или восстановления.

Все начинается с Цифрового двойника. По сути, Цифровой двойник — это просто цифровая копия физического актива. Однако на деле все сложнее, поскольку для полного дублирования цифровая версия должна включать в себя все процессы и системы физической версии. На промышленном объекте первой версией Цифрового двойника часто является модель предприятия из САПР. Однако операторы быстро осознают, что им требуются специалисты по применению системы САПР, создавшие модель, чтобы поддерживать ее актуальность. Это ограничивает полезность модели и в конечном счете приводит к тому, что она устаревает и больше не используется. Операторы также понимают, что модели САПР недостаточно: она должна иметь возможность направлять инженера к операционным данным о конкретных элементах критически важного оборудования, к руководствам по техническому обслуживанию и, возможно, к рабочим данным, чтобы дать знать о неизбежной неисправности. В идеале модель также предлагает корректирующие действия.

Чтобы быть действительно полезным, Цифровой двойник начинает с использования 1D­, 2D­ и 3D­данных, затем добавляет руководства по обслуживанию и другие важные документы и дополняет всё данными, полученными от датчиков и физических наблюдений, чтобы поддерживать актуальность. Объединяя все это, мы создаем универсальный портал в активе, позволяющий инженерам визуализировать компоненты, проверять состояние, выполнять анализ и генерировать типы аналитических данных, которые в конечном счете снижают риски и оптимизируют производительность. Операторы видят реальное преимущество Цифрового двойника, когда они анализируют срок службы актива, используя согласованные данные на протяжении всего жизненного цикла — от проектирования до эксплуатации. Все это позволяет принимать взвешенные решения, основанные на фактах, а не на предположениях. Именно для этого создан PlantSight.

Создание PlantSight Engine

Bentley Systems и Siemens Digital Factory, на протяжении нескольких десятилетий создавая решения для проектирования и эксплуатации предприятий, увидели огромный потенциал для улучшений во всех звеньях цепочки: от концептуального проектирования и 3D­моделирования до  эксплуатации и технического обслуживания. Bentley и Siemens совместно создали концепцию открытого облачного решения, объединяющего источники данных и обеспечивающего определенные рабочие процессы на базе облачных сервисов для создания и использования Цифрового двойника актива в PlantSight на протяжении всего его жизненного цикла.

При проектировании партнеры обеспечили чрезвычайную гибкость PlantSight, используя технологию Bentley iTwin в качестве схемы структурных элементов для добавления данных, управления ими и контроля изменений, а также предоставления их инженерам:

• iTwins от компании Bentley — это хранилища данных (также называемые iModels), которые могут представлять собой чертежи, спецификации, документы, модели САПР или аналитические модели, модели реальности, каналы промышленного Интернета вещей, корпоративные данные и данные управления активами — по сути, любые данные, которые можно описать;
• сервисы iTwin — это облачные сервисы, которые дают пользователям возможность создавать, визуализировать и анализировать iTwins. Bentley быстро добавляет новые сервисы, при этом один из уже существующих сервисов iTwin позволяет визуализировать и отслеживать изменения, включая изменения реальных условий, на основе данных с датчиков и дронов;
• 2D/3D­визуализация сервиса iTwin занимает центральное место в PlantSight, поскольку это визуальный интерфейс, который связывает воедино данные, созданные с помощью множества зачастую несовместимых инструментов. Сервис iTwin объединяет (или комбинирует) хранилища разных типов и преобразует данные в стандартизированный открытый формат, подходящий для визуализации и анализа. С помощью веб­браузера полученную информацию можно визуализировать в 2D­ или 3D­формате. Кроме того, вы можете управлять и работать с ней. Сервис iTwin использует сервис ProjectWise Bridge, который поддерживает системы интеллектуального проектирования, такие как SmartPlant 3D, PDMS, E3D и OpenPlant, а также типы файлов RVT, .DWG, .DGN и .IFC;
• iModelHub — это сервис iTwin, который хранит историю изменений для каждого двойника iTwin. Иными словами, это записи данных использования каждого двойника iTwin. Например: в сложном проекте много проектировщиков и сервис позволяет узнать, кто и когда внес изменения в определенную систему. Проектировщики могут перемещаться по временной шкале назад и вперед, давать названия важным версиям, находить различия между точками на временной шкале и создавать отчеты.

Кроме того, PlantSight использует лучшие практики для облачных решений, как и все остальные уже зарекомендовавшие себя продукты Bentley и Siemens: передовую кибербезопасность и контроль доступа, управление изменениями и отслеживание данных.

PlantSight воплощает в себе убежденность его создателей в том, что открытая архитектура имеет решающее значение, поскольку все заводские проекты и операции полагаются сегодня на десятки IT­решений от поставщиков. Каждый сложный заводской проект использует наборы решений множества IT­поставщиков. Открытая архитектура PlantSight означает, что инженеры могут разработать Цифровой двойник на основе чертежей, созданных с помощью инструментов одного поставщика, 3D­моделей от другого и моделей реальности от третьего, а также ссылок на данные из любого количества корпоративных и операционных систем.

При этом пользовательский интерфейс является простым, наглядным и удобным как для опытных, так и для начинающих пользователей.

В долгосрочной перспективе PlantSight обеспечит бесперебойную установку, позволяя внедрять любые IT­решения, которые будут со временем появляться. PlantSight — это цифровая платформа, открытая для любых инженерных приложений, хранилищ и файловых систем, а также форматов файлов и схем, которые могут понадобиться проектировщикам и операторам как сегодня, так и в будущем.

Компании Bentley и Siemens понимают невозможность самостоятельного создания всех мостов как для имеющихся в продаже, так и для собственных инструментов. Поэтому они создали открытую единую среду данных (CDE) с сервисами iTwin, включая iModel.js, представляющую собой библиотеку с открытым исходным кодом, которая позволяет любому специалисту, владеющему практическими знаниями, подключать свои данные к Цифровому двойнику. Компания Bentley считает, что создание библиотеки с открытым исходным кодом будет способствовать инновациям и расширит возможности использования Цифровых двойников далеко за пределами того, что может реализовать Bentley.

Первые пользователи, с которыми мы общались, уже применяют Bentley iModel и сервисы iTwin для передачи своих данных инженерам и операторам. Для них PlantSight создает визуальный интерфейс, который они намерены использовать в проектах, чтобы поместить в контекст множество разрозненных данных и сделать их легкодоступными.

Почему Bentley + Siemens

Компании Bentley Systems и Siemens AG объединили свои технологические средства, экспертные знания и уникальные возможности для создания PlantSight. Siemens привносит в PlantSight свой опыт разработки программного обеспечения, предоставляя возможность подключения к Интернету вещей и аналитике через свои платформы MindSphere и XHQ с поддержкой программного решения COMOS для проектирования и автоматизации производства в формате 1D/2D. Bentley добавляет свой широкий набор технологий для 3D­моделирования и сбора данных о реальности, платформу для повышения производительности и надежности активов AssetWise, сервисы iTwin и платформу с открытым исходным кодом iModel.js, чтобы сформировать технологическую базу PlantSight.

Компании будут выводить на рынок другие совместные продукты, идеей каждого из которых будет поиск решения конкретных отраслевых проблем. С помощью PlantSight Bentley и Siemens предполагается решить вопрос срока службы многих действующих заводов, составляющий от 50 до 100 лет, и проблему, касающуюся того, что немногие из них владеют согласованными, надежными и легкодоступными данными об активе. Как только данные будут представлены в виде Цифрового двойника PlantSight, планируется их использование для повышения производительности, надежности и окупаемости инвестиций. Каким образом? Путем применения PlantSight для цифрового моделирования физических, производственных или инженерных изменений, связанных с надежностью, перед внедрением их в операционный актив.

Обе компании неоднократно заявляли, что PlantSight и другие их совместные решения не будут зависеть от конкретной платформы. Это означает, что данные не будут ограничены экосистемой Bentley или Siemens и что инженеры смогут использовать САПР, управление активами, промышленный Интернет вещей или другие инструменты по своему выбору.

Создание Цифрового двойника PlantSight

Большинство инженеров обычно начинают создавать свой Цифровой двойник PlantSight с центральным драйвером для большинства нефтеперерабатывающих и химических заводов: схемы процесса и схемы трубопроводов и КИПиА. Даже в более старых активах схема трубопроводов и КИПиА обычно актуальна и поэтому является хорошей отправной точкой для Цифрового двойника. Затем они добавляют больше данных, их дополнительные типы и рабочие процессы. PlantSight не требует 3D­модели — для многих целей достаточно 2D­схемы. Но это не лучшее применение PlantSight.

PlantSight — это визуальный интерфейс для Цифрового двойника, поэтому 3D­модель повышает практическую значимость двойника для неспециалистов. 3D­модели помогают инженерам быстро находить физические объекты в людных местах, например, путем наложения рабочих параметров или инструкций по обслуживанию с использованием инструментов дополненной реальности.

Если доступна модель из САПР, PlantSight может читать все основные форматы с помощью мостов iModel или создавать 3D­копии на основе лазерного сканирования или фотограмметрической обработки для обновления старых данных САПР или создания 3D­модели с нуля. PlantSight, в рамках которого лежит комбинация различных методов, можно использовать для создания двойника отдельной единицы оборудования или сложного действующего предприятия — совершенно нового или существующего уже несколько десятилетий.

Какие данные можно включить в PlantSight? Вы можете использовать инженерные модели, модели реальности и схемы из OpenPlant, Siemens COMOS, SmartPlant 3D, AVEVA E3D или большинства других наборов инструментов. Кроме того, вы можете применять модели активов из AssetWise, XHQ, SAP, IBM или любого архиватора данных, компьютеризированной системы управления техническим обслуживанием (CMMS) или системы управления активами предприятия (EAM). Как видно из приведенного ниже примера, это может быть панорамная фотография объекта с указанием системных данных поверх нее. Но речь здесь не о том, что можно использовать, а что нет. Дело в том, что микросервисы iTwin позволяют создать контейнер практически для любого типа данных.

Как только PlantSight получает данные в формате 1D/2D/3D, он объединяет их и связывает с промышленным Интернетом вещей или другими данными, используя метки элемента в качестве механизма связи. Затем данные визуализируются и публикуются для инженеров. Цифровой двойник обновляется только тогда, когда обновляются активы, чтобы отразить текущую ситуацию на площадке. Теперь каждый инженер может просматривать модель, анализировать данные, подключаться к ERP или другим внешним источникам и принимать обоснованные решения по конкретной проблеме.

PlantSight — это специализированный сервис iTwin для перерабатывающей промышленности. Стандартные сервисы iTwin компании Bentley могут использоваться для инфраструктурных проектов любого типа: дорог, мостов, железных дорог, зданий и даже городов. Ранние пользователи пробуют применять сервисы iTwin во множестве различных проектов. Один из подрядчиков применяет его для мониторинга строительства в рамках крупного проекта, отслеживая ход работ с помощью дронов. В этом случае Цифровой двойник является моделью реальности, которая комбинируется с другими данными для контроля строительства и визуализации изменений с течением времени посредством сервисов iTwin. Этот процесс также создает цифровую запись, которая позволит будущим работникам точно знать, где, например, находятся подземные коммуникации, или просматривать последовательность установки критически важного оборудования. Позволяя создать Цифровой двойник актива, этот процесс влияет и на дальнейшую работу предприятия.

Как только основа Цифрового двойника готова, приходит время подумать о том, как им управлять. Помните, что главная задача двойника — помощь в управлении физическим активом, поэтому обновление по мере изменений имеет решающее значение. Команде, создающей двойник PlantSight, необходимо принимать во внимание, к каким данным нужно обращаться, чтобы подключать, анализировать и визуализировать их. PlantSight не заменяет системы управления активами или технического обслуживания, поэтому доступ к данным в режиме реального времени скорее всего не нужен. Полезным может оказаться внедрение данных, близких к реальному времени, таких как результаты анализа параметров процесса или отчеты о проверках.

Использование двойника PlantSight

То, как инженеры и операторы предприятий будут взаимодействовать с PlantSight, с какими типами проблем они могут столкнуться и как на них следует реагировать, критически важно при разработке любой спецификации PlantSight — и все они будут разными.

Давайте представим инженеров, работающих со стареющим активом, цель которого — поддержание приемлемого уровня производства с минимальными изменениями на предприятии. В этом случае вполне достаточно минимальной модели, если она позволяет операторам планировать остановку производства и отслеживать проблемы технического обслуживания, такие как утечки и коррозия.

Однако, если взять предприятие, которое вот­вот подвергнется значительной модернизации, вам потребуется добавить данные, необходимые для совместной работы команд инженеров и проектировщиков, например спецификации. Вам также необходимо будет упростить планирование и визуализацию для внутренних и внешних заинтересованных сторон, поэтому вам могут понадобиться данные ГИС или план земельного участка.

Также возможна ситуация, когда завод работает нормально, но нуждается в постоянном мониторинге из­за колебаний цен на ресурсы. Вероятно, вы захотите сосредоточить внимание своего Цифрового двойника PlantSight на проверках на основе рисков и стратегиях обеспечения надежности. Вам понадобятся данные для ваших инструментов управления производительностью активов и прогнозного проектирования.

Какой бы ни была отправная точка, Цифровой двойник PlantSight скорее всего будет создан для конкретной цели — например для устранения проблем с урожайностью, — но будет развиваться для решения многих других вопросов. PlantSight является гибким и динамичным, поэтому вы всегда можете дополнять или изменять его, но вам нужно выбрать точку, с которой вы начнете. Подумайте, какие рабочие процессы наиболее важны для вас в данный момент:

• устранение неполадок на предприятии;
• сокращение времени инженерно­технической разработки;
• привлечение большего числа экспертов и ускорение проектирования и других процессов проверки;
• упрощение создания заявок на выполнение работ;
• повышение эффективности обучения операторов;
• скорение анализа основных причин;
• совместное решение проблем с поставщиками и подрядчиками;
• сокращение инцидентов, связанных с ОТОСБ, за счет лучшего планирования и подготовки.

Затем соберите данные, необходимые для решения этой конкретной проблемы. Слишком быстрое внедрение масштабных изменений может оказаться сложным процессом. Начните с малого, удостоверьтесь в успехе и двигайтесь дальше.

Как начать

Возможно, самый важный аспект создания Цифровых двойников не является технологическим, а кроется в стратегии компании. Какой уровень цифровизации вас устроит? Какие отношения вы хотите строить со своими подрядчиками, клиентами и сотрудниками? Крупные инжиниринговые фирмы уже масштабно внедряют цифровые технологии и ищут новые способы их применения, чтобы сделать свои проекты более успешными, снизить риски и обеспечить соблюдение сроков. Они также ищут новые бизнес­возможности и рассматривают PlantSight как способ оставаться полезными для своих клиентов по завершении проекта. Это достигается за счет создания двойника PlantSight для операций и, в зависимости от сценария, его поддержки от имени оператора завода. Владельцы видят в Цифровых двойниках способ более эффективно управлять своими активами, снижать риски, управлять портфелем старых и новых, неэффективных и уникальных активов, чтобы применять передовой опыт на каждом из них.

Поэтому вполне вероятно, что первым и наиболее важным шагом к созданию Цифрового двойника является формирование корпоративной культуры, при которой ценятся данные, их создание и поддержание, а не перекладывание бумажек. Собирайте данные, исключайте ненужные и контролируйте те, которые потребуются вам в дальнейшем. Укрепляйте уверенность в том, что имеющиеся у вас данные точны и доступны. Только тогда вы сможете убедить людей полагаться на эти данные в повседневной работе, возможно, с использованием PlantSight в качестве интерфейса.

Как только эксплуатационная команда начнет использовать PlantSight, начинайте искать новые варианты его применения. Какими видами анализа вы пользуетесь в настоящее время, что можете делать в будущем и какие данные вам для этого нужны? Первый созданный вами двойник PlantSight скорее всего будет развиваться по мере того, как вы будете обнаруживать другие варианты его использования. Будьте открыты ко всему новому.

Где доказательства

Наибольший интерес вызывает применение PlantSight для удаленной работы. PlantSight позволяет нескольким пользователям получать доступ к одним и тем же данным одновременно. Все, что им нужно, — это браузер, возможность подключения к облаку и правильные учетные данные для доступа. Каждый может посмотреть Цифровой двойник, не выезжая на объект. Рабочие видят, масштабируют, делают пометки и иным образом взаимодействуют с Цифровым двойником для совместного принятия решений. Постоянный доступ к актуальным данным имеет решающее значение в мире, где предприятие часто находится далеко от лиц, ответственных за принятие решений. PlantSight объединяет завод и офис новым эффективным способом.

Кроме того, PlantSight можно использовать для моделирования возможных альтернативных решений проблемы: впишется ли новое оборудование в выделенную для него площадь? Можно ли установить его на место, не убирая ничего другого? При подключении к CMMS инженеры могут опробовать альтернативные сценарии технического обслуживания. Моделирование задач снижает риски, экономит деньги и время, а также защищает человеческую жизнь и сами активы.

Однако вернемся к начальному примеру — сдаче проекта. Как при традиционной единовременной, так и при постепенной, поэтапной сдаче, оператору и подрядчикам необходимо передать и проверить сотни или тысячи документов по разным дисциплинам, каждый из которых создается с помощью своего набора инструментов. Проекты, которые выбирают цифровой, ориентированный на данные подход для сдачи и эксплуатации, имеют преимущество: они позволяют избежать ошибок и потерь, которые кажутся нормой для бумажных процессов.

Если подрядчик и оператор сходятся во мнении о том, что Цифровой двойник более целесообразен, им необходимо работать вместе, чтобы определить параметры этого «двойника для сдачи проекта». Они должны спроектировать двойник так, чтобы он соответствовал процессу технического обслуживания и эксплуатации предприятия, а затем интегрировать его в цифровую среду оператора. Это может означать подключение PlantSight к данным промышленного Интернета вещей, ERP­системе оператора, CMMS для процедур технического обслуживания и рабочих заданий, инструментам моделирования производственного процесса для пусковых испытаний и обучения, а также для создания библиотеки возможных сценариев для эксплуатации.

Передача Цифрового двойника PlantSight вместо бумажных документов:

• создает уверенность в том, что оператор будет иметь данные, необходимые для решения как повседневных, так и исключительных проблем с первого дня;
• эти данные будут доступны с одного портала с простой навигацией без необходимости использовать разные платформы и форматы;
• данные будут соответствовать контексту, а это означает, что каждая единица оборудования будет знать, где она находится в физической структуре предприятия и к какой системе она подключается; любые другие данные доступны по щелчку мыши;
• по мере обновления исходных данных PlantSight также будет обновляться, а это означает, что данные будут такими же актуальными, как и данные, полученные при последней синхронизации.

Таким образом, PlantSight представляет собой полноценный Цифровой двойник реальности, который позволяет операторам предприятий работать более уверенно.  

Эта статья была подготовлена Schnitger Corporation по запросу Bentley Systems, Inc. Представленные здесь мнения и анализ принадлежат Schnitger Corporation. Для получения дополнительной информации или комментариев зайдите на сайт schnitgercorp.com