Цифровые технологии позволяют значительно увеличить эффективность всех промышленных процессов. Российский бизнес (по крайней мере самый передовой) вопреки традиции не выпал из глобального тренда, запустив процесс цифровой трансформации. Яркий пример этого — нефтегаз. Одно из самых перспективных оптимизационных направлений, предоставляемых «Индустрией 4.0», — создание цифровых двойников отдельных установок или даже целых производственных комплексов.
Дублирование по-новому
Эксперты во всём мире прогнозируют окончательное пришествие цифровой эпохи уже в ближайшем будущем. «Цифровая революция проникает во все сферы жизни и в каждую отрасль экономики. Многие вещи сегодня воспринимаются как должное, хотя пять-десять лет назад их просто не существовало», — отмечает директор группы по природным ресурсам и сырьевым товарам Fitch Ratings Дмитрий Маринченко. Пожалуй, к таким вещам можно уже отнести и технологию создания «цифровых двойников», или, как их называют c легкой руки авторов идеи — инженеров НАСА, «цифровых близнецов» (digital twins).
Впервые это понятие появилось в 2003 году после публикации статьи профессора и помощника директора Центра управления жизненным циклом и инновациями в Технологическом институте Флориды Майкла Гривса «Цифровые близнецы: превосходство в производстве на основе виртуального прототипа завода». Объяснения ему даются разные. Например, по мнению доктора философских наук, вице-президента по исследованиям программного обеспечения GE Global Research Center Колина Дж. Пэрриса, слова которого приводит Sciencepop, цифровые близнецы — это гибридная модель (одновременно физическая и цифровая), которая создается специально для определенных целей бизнеса, например, предсказать неудачи, снизить затраты на обслуживание, предотвратить незапланированные отключения. Впрочем, так как речь идет о науке, в разных источниках описания технологии отличаются друг от друга непринципиально и, по сути, являются развитием с учетом возможностей «Индустрии 4.0» методов цифрового проектирования, которые в архитектуре, например, используются уже не один десяток лет и называются BIM (building information modeling, информационным моделированием здания). Смысл в создании трехмерной модели, связанной с информационной базой данных, в которой каждому элементу можно присвоить дополнительные атрибуты. Изменение одного из параметров проекта влечет за собой автоматическое изменение остальных связанных с ним параметров и объектов. При этом информационная модель существует и после возведения здания, позволяет управлять всем его жизненным циклом вплоть до сноса.
Четвертая промышленная революция придала технологии новую глубину. Концепция digital twin подразумевает соединение физического и цифрового мира через взаимодействие оборудования и аналитического программного обеспечения, полностью выполняя главный принцип «Индустрии 4.0»: переход к использованию киберфизических систем. Если проще, в рамках технологии digital twin для физического объекта, единицы оборудования или целого процесса, создается математическая модель, которая в дальнейшем используется для анализа поведения объекта. Более того, цифровая модель постоянно обновляется, чтобы максимально полно соответствовать текущему рабочему режиму реальной установки. Это дает возможность выявить непредусмотренные изменения в процессах, оптимизировать режимы работы оборудования, предотвращать поломки и аварии, что в итоге позволяет существенно повысить надежность и эффективность эксплуатации.
Такие возможности заставили обратить пристальное внимание на технологию практически все ведущие компании мира, что в итоге вывело digital twin в десятку главных стратегических технологических трендов 2017 года (по данным Gartner).
Старший консультант VYGON Consulting Дарья Козлова отмечает, что нефтегазовая отрасль всегда была одной из передовых в плане внедрения технологий и сегодня «дополнительными стимулами этому служат сохраняющиеся невысокие цены на нефть, увеличение конкуренции со стороны электромобилей и возобновляемых источников энергии». Поэтому место для «цифровых близнецов» в нефтегазе также нашлось.
Оцифрованная нефть
Аналитик VYGON Consulting Яна Фешина отмечает, что сейчас практически все большие компании используют отдельные цифровые технологии: роботов, дроны, дополненную реальность и визуализацию. При этом IT-корпорации прогнозируют, что в скором времени центр прибыли в нефтегазовом секторе сместится к ним в связи с повышением зависимости рентабельности «нефтянки» от анализа больших данных.
«Конечно, прибыль компании в первую очередь зависит от того, сколько нефти мы добудем, сколько нефтепродуктов произведем и продадим. Но в немалой степени она также зависит от качества и скорости принимаемых решений. А это уже вопрос доступности качественной информации и способности ее эффективно обрабатывать. Поэтому вполне можно представить, что нефтяная компания в ближайшем будущем де-факто будет IT-компанией, работающей с информацией о нефти и нефтепродуктах».
С помощью графических процессоров визуализации сейсмических данных в компании Chevron создаются точные трехмерные модели месторождений, которые позволяют эффективнее определять места для бурения скважин. Продукты Shell, созданные на основе машинного обучения для проведения сейсмической разведки, становятся эффективными инструментами автоматического обнаружения и классификации геологических структур на сухопутных и морских нефтегазовых месторождениях. Активно внедряются системы «Интеллектуальное месторождение», представляющие собой сплав IIoT, big data и AI. «Например, технологии позволили Shell повысить общий коэффициент извлечения нефти на 10%, газа — на 5% и ввести в разработку скважины, многие из которых были нерентабельными из-за большой удаленности», — говорит Яна Фешина.
Задача систем, которые внедряются на НПЗ, — это прежде всего мониторинг состояния оборудования, сокращение сроков и количества ремонтов и простоев, затрат, а также оптимизация производства на основе использования технологий «Индустрии 4.0» в управлении заводом. И основа для внедрения оптимизационных схем нового поколения — как раз технология цифровых двойников, освоением которой активно занялась российская «Газпром нефть».