Зачем цифровым двойникам производства стандарты?
В погоне за цифровизацией и её плодами в виде повышения эффективности и увеличения прибыли современный бизнес стремится внедрить как можно больше современных технологий.
Как отмечает коммерческий директор ИТ-компании BIA Technologies Александр Воловик, компании цифровизируют процессы, чтобы решить проблему нехватки кадров, поднять уровень конкурентоспособности и суметь удовлетворить внутренний спрос потребителей.
Таким образом, с увеличением масштабов производства растёт и объём операций, которые становится всё сложнее контролировать без применения информационных технологий. Скорость принятия решений становится приоритетом для предприятия на этом этапе. Одним из ключевых средств, которое появляется в арсенале систем бизнеса, являются цифровые двойники (ЦД).
По словам г-на Воловика, создание виртуальных клонов позволяет компаниям проверять различные гипотезы без дорогостоящих длительных экспериментов на реальном объекте и принимать решения на основе анализа всех факторов, а не наугад.
Однако, несмотря на развитие цифровых технологий на предприятиях, важно помнить, что внедрение виртуальных двойников, как и любых других технологических решений, невозможно без чёткого соблюдения стандартов.
Эксперты помогли разобраться, зачем нужны стандарты для цифровых двойников предприятия, какие задачи они решают и с какими вызовами сталкиваются компании при их внедрении.
Что такое цифровой двойник?
Прежде чем перейти к обсуждению стандартизации цифровых двойников (ЦД), давайте углубимся в сам продукт.
Мы уже неоднократно рассматривали ЦД как результат работы разработчиков, как явление и «инструмент» в производстве. Однако с течением времени, по мере развития технологии и её распространения в различных отраслях, взгляды и понимание ЦД как среди экспертов, так и среди тех, кто активно пользуется этими «клонами», меняются.
Так, директор научно-технического центра «ТопС Бизнес Интегратор» Алексей Шишаев подтвердил расхождение в понятиях, говоря о том, что многие считают ЦД производства красивой трёхмерной моделью цеха. Однако, хотя такую картинку действительно можно нарисовать в дополнение к цифровому двойнику для визуализации операций или создания какой-либо инфографики, сущностной частью таких двойников является в первую очередь имитационная математическая модель.
«Клон позволяет смоделировать все процессы и рассчитать такие параметры, как геолокация, площадь, количество и размер стеллажей, необходимое оборудование и человеческие ресурсы», — отмечает Александр Воловик.
Виртуальные копии предприятий состоят из нескольких ключевых компонентов:
- Детальные 3D-модели оборудования и производственных линий, которые позволяют визуализировать весь комплекс.
- Система датчиков и сенсоров, собирающих сведения о работе оборудования в режиме реального времени.
- Программное обеспечение для анализа данных и моделирования различных сценариев работы производства.
- Интерфейсы для взаимодействия с цифровым двойником, позволяющие операторам и менеджерам получать нужную информацию и управлять процессами.
«Важность ЦД для предприятия трудно переоценить. Он позволяет выявлять узкие места в операциях, оптимизировать загрузку оборудования, прогнозировать сбои и планировать техническое обслуживание», — поделился мнением основатель компании «Юнисофт» Алексей Оносов.
«Технология ЦД способствует снижению производственных расходов за счёт сокращения затрат на оплату труда и материалы, а также эффективного планирования сменно-суточных заданий и повышения эффективности работы специалистов.
Стоит также отметить, что на экономику предприятия серьёзное влияние оказывают износ оборудования и степень автоматизации технологических процессов. И здесь цифровой двойник играет одну из ключевых ролей. Технология ЦД помогает правильно эксплуатировать всю производственную систему, добиваться её наибольшей эффективности и результативности», — рассказал руководитель технического отдела по работе с ключевыми клиентами АО «Моделирование и цифровые двойники» (АО «МЦД») Сергей Бутяга.
Менеджер по развитию программного продукта NAUKA, кандидат технических наук Дарья Смирнова, в свою очередь, указывает на то, что для качественного применения ЦД необходимо корректно выстроить информационные связи, позволяющие своевременно получать информацию, которая может повлиять на параметры состояния модели. Вместе с тем данные об обновлённых значениях свойств модели должны беспрепятственно передаваться во внешние системы.
В России есть ряд крупных компаний, которые уже пользуются двойниками. Например, ПАО «Газпром нефть» реализует проекты по созданию цифровых двойников для месторождений, а АО «ВНИИАЭС» (входит в ГК «Росатом») в 2021 году начало работы по созданию первого в мире двойника атомной станции малой мощности с реакторной установкой РИТМ-200Н. Также эту технологию в производственных операциях применяют компании «Сибур» и «Лукойл».
Зачем нужны стандарты?
В этом году российские власти намерены активно обсуждать проекты национальных стандартов в области ЦД предприятий, что говорит о росте внимания со стороны государства к этой технологии как к самостоятельной и ответственной части промышленной среды.
Как отмечает Сергей Бутяга, стандарт — это фундамент любого производства, а стандартизация планирования — главный принцип, который сопутствует организации любого процесса. Спикер считает, что без разработки единого стандарта по обмену информацией для, например, дискретного машиностроения невозможно эффективное внедрение технологии ЦД.
«Само наличие цифрового двойника предприятия подразумевает наличие стандарта, по которому он создан, даже если этот стандарт формально не числится в статусе документа по стандартизации. Невозможно написать модель без формализации языка, на которой она пишется», — объясняет г-н Шишаев.
Кроме того, без чётких стандартов цифровые двойники станут хаотичной и неэффективной системой, не способной интегрироваться с другими элементами производства. Поэтому, отмечает эксперт, на каждом предприятии так или иначе решается задача разработки правил описания ЦД.
Однако локальных стандартов в этой области становится недостаточно.
«Необходимость в определении стандартов обуславливается стремительным развитием цифровизации промышленности. Это уже не прихоть, а насущные меры для оптимизации производства, минимизации издержек и поддержания конкурентоспособности.
В области разработки и интеграции ИТ-решений давно сформировалась потребность в установлении единых стандартов для разрабатываемых решений, чтобы устранить возникающие противоречия на уровне совместимости протоколов и форматов данных, а также на уровне различных архитектур», — считает руководитель по развитию автоматизированных систем компании «САТЕЛ» Станислав Котляров.
Если говорить о разработке национального стандарта, то создание унифицированных требований к цифровым двойникам поможет решать задачи межзаводской кооперации и очень серьёзно её упростит.
Генеральный директор Zapusk Group Алексей Равинский выделил ряд преимуществ стандартизации ЦД:
1. Совместимость.
Разношёрстные системы и компоненты способны работать вместе без сбоев. Внедрять цифровые двойники в текущие производственные процессы и IT-инфраструктуру становится легче.
2. Упрощённый обмен данными.
ЦД позволяют разным отделам и специалистам работать вместе над одной моделью. Это ускоряет принятие решений.
3. Снижение затрат.
Стандарты минимизируют необходимость в индивидуальных решениях и доработках, что сокращает время и ресурсы на внедрение двойников;
4. Повышение надёжности.
Риски ошибок снижаются, повышая стабильность работы технологии.
5. Масштабируемость.
Можно легко расширять и адаптировать решения для новых задач или производственных площадок без необходимости кардинальных изменений.
6. Упрощение сотрудничества.
Единые стандарты облегчают взаимодействие между компаниями, отраслями и даже странами, что важно для глобальных проектов и цепочек поставок.
«Стандарт — это язык, понятный и для производства, и для тех, кто им управляет. Чем более он распространён и единообразен, тем более простым становится управление», — заявил Сергей Бутяга.
Разработка единого стандарта
Примечательно, что с 2022 года в России действует национальный стандарт ГОСТ Р 57700\37, определяющий понятие «Цифровой двойник изделия» как физической сущности. Однако как таковой нормативной документации конкретно для ЦД производства в стране нет, по словам Дарьи Смирновой.
Об этом упоминает и Сергей Бутяга. По его мнению, в России необходимо на государственном уровне ввести и узаконить единый российский стандарт на цифровой обмен данными, конечно, с учётом индивидуальных особенностей (информационных атрибутов) каждого вида производства.
«Это позволит чётко понимать различный контекст информации — например, бизнес- или технологический контекст, и передавать её с любого предприятия на любой бизнес-уровень или уровень власти (регулирующим органам)», — отмечает эксперт.
Для этого необходим единый технический язык, принятый на уровне законодательства и при этом согласованный и проработанный со всеми центрами компетенции с учётом специфики отраслей.
«В мировом сообществе функционирует Международная электротехническая комиссия (IEC, МЭК) или ISO (Международная организация на стандартизации). Такие же организации необходимо создать и у нас.
В России пока есть только разнородный набор ГОСТов, принятых в каждой отрасли. Но ГОСТ не является техническим языком, через него нельзя обмениваться информацией. Назначение ГОСТа — это регулирующее правовое обеспечение, а наша задача — создать техническую возможность обмена информации с цифровыми двойниками», — объяснил свою точку зрения Сергей Бутяга.
Вместе с тем г-н Котляров отмечает, что в рамках Перспективного плана стандартизации в области передовых производственных технологий на 2025–2030 годы, утверждённого Минпромторгом, власти планируют разработать ГОСТы для ЦД.
Это будет более 80 стандартов, охватывающих умные и цифровые фабрики, КФС и IIoT, подтверждая вышесказанное, говорит Алексей Равинский.
В стране также планируют внедрить стандарты для оценки качества и эффективности цифровых двойников, сообщил г-н Оносов. Это позволит предприятиям объективно оценивать результаты применения технологий и сравнивать различные решения. Эксперт добавил, что ведомства уже занимаются разработкой нормативов для интеграции технологий ИИ и машинного обучения в системы ЦД, что позволит расширить их возможности по анализу данных и оптимизации процессов.
Глава компании Zapusk Group рассказал, что в России уже действует один из ключевых документов в области стандартизации ЦД — ГОСТ Р 57700.37-2021, который устанавливает базовые требования для виртуальных копий изделий. Стандарт определяет общую архитектуру киберфизических систем (КФС), их компоненты, взаимодействие между физическими и цифровыми элементами и функциональные характеристики, которые должны создавать условия для эффективности и безопасности работы.
«Это основной стандарт для разработок, таких как ПНСТ 928–2024, посвящённый цифровым двойникам авиационных газотурбинных двигателей. Он введён в действие с 1 января 2025 года и рассчитан на три года, после чего может быть переведён в статус национального стандарта», — сообщил Алексей Равинский.
Генеральный директор Cooper.pro и председатель Совета Торгово-промышленной палаты РФ по развитию системы закупок Дмитрий Сытин, в свою очередь, выделил ключевые государственные инициативы в рамках национального проекта «Цифровая экономика». В частности, он упомянул программы, направленные на поддержку внедрения ИТ-технологий в промышленности, включая создание для них экосистемы.
Кроме того, эксперт заявил о том, что Россия участвует в разработке международных стандартов через такие организации, как ISO и IEC.
«Это сотрудничество способствует гармонизации национальных стандартов с мировыми, что важно для интеграции российских предприятий в глобальную экономику», — отметил г-н Сытин.
Спикер считает, что эти стандарты помогут сформировать единый подход к внедрению цифровых двойников и их широкому распространению в стране.
Правительство ждёт большая работа совместно с экспертами отрасли, поскольку, как говорит Сергей Бутяга, для создания единого государственного стандарта необходимо провести масштабные экономические расчёты.
«Если собрать сведения с производства и оформить их в цифровые ДНК, предприятиям придётся изменить свои подходы, особенно для получения экономического эффекта — например, при замене материалов уже применяемых в эксплуатации изделий, либо при внесении изменения в конструкцию изделия.
Предприятия же в виде ДНК получат сильный инструмент, который содержит информацию об изготовлении изделия. С помощью этих данных компании узнают о режимах эксплуатации, характерных нагрузках, нарушениях и правовом законодательстве. Главное — они будут владеть данными от собственных изделий. В свою очередь, потребители получат подтверждение качества и гарантию соблюдения прав», — считает эксперт.
Вызовы стандартизации
Хотя введение государственных норм для цифровых двойников является необходимым шагом, создание стандартов сопровождается трудностями.
Одним из ключевых вызовов, с которыми сталкиваются участники рынка, эксперты назвали проблему согласования их интересов.
«Производители оборудования, разработчики ПО, интеграторы и конечные пользователи — каждая из этих групп имеет своё видение того, как должны выглядеть стандарты. Достижение консенсуса потребует длительных переговоров и компромиссов», — считает г-н Оносов.
О похожей проблеме говорит и Сергей Бутяга. Эксперт считает, что в процессе создания стандартов будет сложно примирить между собой конкурирующие организации.
«Каждая компания стремится стать единым вендором, который будет поставлять государству свою интеллектуальную продукцию. Чтобы конкуренты нашли общий язык, необходимо создать сообщество. Такой единый комитет будет разрабатывать и распространять технические рекомендации и спецификации, касающиеся обмена данными на всех этапах производства и в процессе эксплуатации. Это позволит включать в состав каждого изделия информацию о технологиях изготовления», — рассуждает эксперт.
Но это не единственная трудность, которая возникнет на пути создания стандартов. Ещё наиболее сложный процесс — обеспечение совместимости действующих систем. По словам Алексея Равинского, ряд предприятий используют устаревшее оборудование или ПО, которое не поддерживает современные протоколы обмена данными и форматы, необходимые для работы цифровых двойников. Этот аспект потребует дорогостоящей модернизации инфраструктуры или внедрения дополнительных переходных решений.
Кроме того, ЦД генерируют огромное количество информации, которую необходимо эффективно собирать, хранить, анализировать и защищать. Поэтому недостаточная подготовка в области ИТ-инфраструктуры и аналитических инструментов также будет препятствием для полноценного использования потенциала этих технологий.
Ещё один серьёзный вызов — это угроза безопасности данных, считает генеральный директор Zapusk Group.
«При взаимодействии физических объектов с их цифровыми представлениями возрастает риск кибератак, что требует внедрения надёжных механизмов защиты информации. В частности, это актуально для предприятий из критически важных отраслей промышленности», — отметил эксперт.
Не менее важный аспект — экономические ограничения. Инвестиции в разработку и внедрение ЦД могут быть значительными, особенно для МСП. Компаниям необходимо найти баланс между затратами и ожидаемой выгодой, а также рассмотреть различные модели финансирования проектов цифровой трансформации.
Председатель Совета Торгово-промышленной палаты РФ по развитию системы закупок Дмитрий Сытин указал на возможное сопротивление к изменениям со стороны сотрудников предприятий. По его мнению, неготовность использовать новые нормативы способна стать серьёзным препятствием для успешного внедрения новых технологий.
Алексей Шишаев и вовсе делит потенциальные вызовы на две категории: одна касается предприятий, уже внедривших технологию цифрового двойника, а другая — тех, которые ещё этого не сделали.
«Первые рискуют столкнуться с необходимостью адаптировать свои внутренние стандарты в соответствии с национальными. Это повлечёт за собой модификацию уже существующих автоматизированных систем на предприятии. Однако в большей степени это вопрос финансовых и трудовых затрат, поскольку у такого предприятия уже есть опыт внедрения этой технологии, поэтому для них наиболее острые сложности перехода к новому технологическому укладу остались в прошлом», — объясняет эксперт.
Г-н Шишаев считает, что избежать массовой перестройки внутри компаний получится, если обобщить наилучшие практики работы с цифровыми двойниками производства с опорой на накопленный в России опыт. Таким образом, чтобы разработать стандарты качественно и с учётом особенностей текущих практик по разработке ЦД, важно привлечь к обсуждению предприятия, которые уже работают с виртуальными копиями, убеждён эксперт.
«Стандартизация — это процесс коллегиальный, в котором всегда приглашают участвовать широкий круг заинтересованных предприятий всех отраслей промышленности», — подчеркнул директор научно-технического центра «ТопС Бизнес Интегратор».
При этом для предприятий, которые ещё не внедрили у себя цифровые двойники, новые стандарты станут методической основой, что позволит не тратить силы на разработку требований к ним с нуля, а опереться на общепринятые. Для этой категории пользователей сложностями станут переход на новый технологический уклад и весь тот комплекс проблем, который всегда возникает при внедрении новых решений в достаточно консервативную производственную культуру.
