По мнению экспертов консалтинговой компании Gartner, к концу нынешнего года половина крупных промышленных компаний будет использовать цифровых двойников, что повысит эффективность производства как минимум на 10 процентов.
Также ожидается, что уже к 2024 году рынок Digital Twins достигнет 16 миллиардов долларов. Особенно, прогнозируют аналитики, цифровые двойники интересны предприятиям нефтегазового и обрабатывающего сектора, а также компаниям, которые производят высокотехнологичную продукцию, например, авиационным и космическим холдингам.
И то, что Трубная металлургическая компания (ТМК) всерьез занялась созданием цифровых двойников производства, подтверждает верность этих выводов: компания одновременно представляет и нефтегазовый, и обрабатывающий сектор, поскольку трубы - хоть и кусок металла, но высокого передела. Об их высокой технологичности свидетельствуют уникальные характеристики изделий из специальных сталей: коррозионная стойкость, прочность, жаро- и хладостойкость и т.д. Трубы не только десятки лет без устали работают на больших глубинах под землей и водой, но и входят в состав наиболее ответственных систем воздушных судов. Ну а эффект от применения цифровых близнецов со временем ожидается просто космический.
![]()
Цифровые решения разрабатываются в Научно-техническом центре ТМК в "Сколково". Фото: Пресс-служба ТМК.
Объем инвестиций увеличивается
Поэтапной цифровизацией в ТМК занялись довольно давно, в начале "нулевых", поэтому все основные процессы - отношения с клиентами, снабжение, учет, производство - уже в той или иной степени оцифрованы. Для этого компания опирается на продукты мировых лидеров - таких компаний, как SAP, PSI, Siemens и других разработчиков. Но многие ИТ-решения, в том числе цифровые двойники, - доморощенные, это результат кооперации и мозгового штурма сотрудников R&D центров компании - Научно-технического центра (НТЦ) в Сколково и Российского научно-исследовательского института трубной промышленности (РусНИТИ) - и специалистов производственных подразделений.
"ТМК еще на заре создания компании определила для себя цифровой вектор как одно из основных направлений модернизации производства. Сегодня потребность в IT-решениях еще больше возросла - на фоне роста конкуренции именно цифровая трансформация стала главным фактором повышения гибкости и эффективности бизнеса, - уверен замгендиректора ТМК по научно-техническому развитию и техническим продажам Сергей Чикалов. - Поэтому мы наращиваем инвестиции на этом направлении и мобилизуем собственные ресурсы для развития информационных технологий. По сути, мы стремимся к созданию цифрового двойника компании за счет внедрения IT-решений в ключевые административные и производственные процессы".
"Цифровой двойник производства" обеспечивает стабильность качества премиальной продукции
В компании считают, что оцифровать в принципе можно практически любой процесс. "Но мы анализируем, какие производственные процессы и технологические операции требуют оцифровки в первую очередь, действуем точечно, что позволяет достичь наибольшего экономического эффекта, - рассказывает руководитель НТЦ ТМК Игорь Пышминцев. - При этом одним из важных аспектов является создание так называемого ядра - комплекса физико-математических моделей в связке с технологиями машинного обучения и алгоритмов искусственного интеллекта".
В компании отмечают, что алгоритмы, основанные на использовании нейронных сетей, позволяют разрабатывать рекомендательные системы принятия решений и прогнозировать поведение тех или иных объектов. Благодаря технологиям машинного обучения, в том числе такому инструменту, как "решающие деревья", можно выявлять в производственных данных скрытые закономерности, оперативно разрабатывать алгоритмы искусственного интеллекта и обеспечить их применение в производстве.
Все эти решения применяются при создании цифровых двойников - центр компетенций ТМК по этому направлению создан в НТЦ в Сколково. Именно здесь разработаны двойник резьбового соединения и трубопрокатного стана. Новые резьбовые соединения, которые позволяют трубной колонне сохранить целостность и герметичность в экстремальных условиях добычи углеводородов, разрабатываются и испытываются изначально в виртуальной среде, а затем уже создаются опытные образцы в металле.
Радуют и результаты
Совершенствуется в виртуальной среде и технология производства продукции. Благодаря цифровому моделированию при отладке новых производственных технологий не нужно занимать ресурс предприятий - сначала проходит обкатка в цифре, потом уже готовая технология внедряется на предприятии. "В условиях постоянно изменяющейся конъюнктуры рынка это дает ТМК конкурентное преимущество и возможности в кратчайшие сроки оптимизировать действующую технологию и проработать рациональные решения при освоении новых видов трубной продукции", - добавляет Игорь Пышминцев.
Уже работают цифровые двойники прокатных станов Северского и Волжского трубных заводов, создаются двойники станов других предприятий компании. За эту работу инженеры-исследователи ТМК в 2020 году получили премию правительства РФ в области науки и техники для молодых ученых.
Благодаря внедрению цифровых близнецов прокатных станов СТЗ и ВТЗ компании уже удалось сэкономить около 500 миллионов рублей. В том числе благодаря точности нарезания заготовок и снижению количества брака из-за дефектов оправок (экономия металла до 6 кг с тонны), а также предупреждению и снижению времени простоев оборудования на 1-2%, что очень существенно в условиях непрерывного производства.
Кроме того, внедрение проекта "Цифровой двойник производства" позволяет обеспечить стабильность качества выпускаемой премиальной продукции и повысить долю экспортно-ориентированной продукции.
Северский завод задает тон
Сейчас на Северском трубном заводе реализуется пилотный проект, в котором помимо НТЦ компании участвует несколько стартапов Сколково. Речь идет о комплексном цифровом двойнике стана горячей прокатки бесшовных стальных труб. Совместными усилиями здесь создается система, призванная улучшить качество продукции, сократить простои и получить цифровые "подсказки" для принятия решений на производстве. Внедряемые на предприятии технологии относятся уже к новому этапу промышленной революции - Индустрии 5.0, где значительную роль будет играть социальная составляющая.
Почему для обкатки креативных цифровых решений был выбран именно СТЗ? Предприятие, расположенное в Свердловской области, является одним из старейших металлургических заводов в России, но идет в ногу со временем - сегодня это один из самых высокотехнологичных трубных заводов в мире. Благодаря пуску в 2014 году нового трубопрокатного агрегата со станом FQM здесь достигнут высокий уровень автоматизации и созданы все предпосылки для цифровой трансформации и переходу на новый технологический уровень. Первый прототип цифрового двойника появился на заводе еще в 2018 году. И сейчас, как сообщили в ТМК, эта технология получила дальнейшее развитие, включающее систему сбора и обработки данных, системы компьютерного зрения, систему управления гибридными моделями производства с рекомендательной системой принятия решений.
Для их внедрения и были привлечены четыре основных разработчика - резиденты Сколково.
Компьютер видит все
В этой кооперации разрабатываются и внедряются сразу несколько интересных решений. Сколковский институт науки и технологий (Сколтех) выступил партнером по внедрению системы прогнозирования развития технологических ситуаций, приводящих к простоям производственного участка. В ее основе лежит отечественное программное обеспечение, на базе которого применяются алгоритмы машинного обучения для обработки операционных данных, получаемых с производственного оборудования. Благодаря анализу поступающих данных система способна давать рекомендации по управлению производством для предупреждения простоев.
Вторым элементом "цифрового двойника" на СТЗ является система компьютерного зрения, с помощью которого компьютер определяет дефекты изделий, инструментов и оборудования. Разработка стартапа "Системы компьютерного зрения" позволяет при температуре до 1000 градусов и в постоянном движении определять дефекты размером менее миллиметра. Также компания собирается внедрить на заводе уникальную систему дополненной реальности.
В рамках проекта создается платформа для принятия производственных решений на основе прескриптивной аналитики. Система управления производственными активами, разработанная компанией "Сайберфизикс", позволяет оптимизировать технологический процесс и повысить производительность благодаря применению гибридного моделирования.
Для работы с данными, которые генерируют все эти решения, стартап "Сигнум" внедряет на предприятии систему сбора, хранения и визуализации Big Data о работе агрегатов.
Далее - везде
Весной этого года с комплексным проектом создания цифровых двойников на СТЗ ознакомили руководителей Инновационного центра Сколково, представителей некоторых ФОИВ и бизнес-компаний. В презентации приняли участие не только специалисты ТМК, но и резиденты Сколково, чьи технологии и разработки применяются в этом пилотном проекте.
Как отметили в ТМК, реализация проекта позволит повысить качество продукции, нарастить выпуск ориентированных на экспорт трубных решений, снизить затраты на разработку новых видов продуктов, а также повысить эффективность использования ресурсов и скорость принятия решений за счет использования сквозных цифровых технологий. Экономический эффект от реализации проекта оценивается в 100 млн рублей в год.
В дальнейшем планируется масштабировать технологии на других заводах в контуре ТМК. И это не предел - комплексные "цифровые двойники" на базе этих уникальных решений в будущем могут быть созданы на других заводах страны. Так, уже подтвержден интерес к внедрению подобных решений в группе Синара, на КАМАЗе, в РЖД, "Газпроме" и др.
Источник: rg.ru
![]()
