Именно благодаря цифровым технологиям стало возможно создание виртуальных аналогов, или другими словами, компьютерных моделей деталей, изделий, установок и даже целых предприятий. Такие математические модели достоверно описывают состояние конкретных объектов и всех элементов, принадлежащих ему. Стандартный цифровой двойник может включать геометрическую модель объекта, набор расчетных данных, информацию о технологических процессах изготовления и сборки деталей, данные об испытаниях объекта, систему управления жизненным циклом изделия и т. д.
Цифровые двойники в промышленной сфере уже не редкость. Они помогают крупным предприятиям прогнозировать поведение объектов и впоследствии принимать наиболее эффективные управленческие решения. По прогнозам некоторых экспертов, уже в следующем году порядка 50 % промышленных предприятий-лидеров отрасли будут пользоваться цифровыми двойниками, вследствие чего их эффективность вырастет на 10 %.
Для нефтегазовой отрасли актуальна, например, разработка точных трехмерных моделей месторождения в целях эффективного определения мест для бурения скважин. Что касается цифровых двойников именно на НПЗ, здесь они отвечают, прежде всего, за мониторинг состояния оборудования, уменьшение количества и сроков ремонтных работ, снижение затрат, а также оптимизацию производства.
Создание математических моделей в настоящее время является одним из наиболее востребованных направлений работы RRT Global. Причем компания имеет большой опыт в разработке аналогов и для пилотных установок, и для крупнотоннажных предприятий.
В сфере нефтепереработки и нефтехимии цифровая модель – это инструмент, без которого не обходится не только расчет новых установок или внедрение дополнительных блоков в технологическую схему производства, но и модернизация действующих предприятий, перерасчет технологической схемы и оборудования на повышенную производительность.
Во время реального эксперимента невозможно воссоздание и изучение всех сценариев работы установки, поэтому здесь модель позволяет произвести более полное изучение объектов, учесть влияние множества различных параметров и выявить наиболее «узкие» места исследуемой технологической схемы. Результатом работы с моделью в базовом варианте, как правило, является выбор оптимальных режимных параметров работы установки, а также рекомендации по организации химико-технологического процесса или внедрению конкретных изменений в оборудовании. Разрабатываемые таким образом решения в конечном итоге позволяют значительно снизить операционные расходы и/или повысить выход и качество продукции.
Экономические показатели эффективности производства чрезвычайно важны, и здесь нельзя обойти стороной аспект наличия у производственного персонала и руководства качественной информации о действующем технологическом процессе, а также возможности быстро и эффективно ее обрабатывать. Модели, интегрированные в производство и учитывающие все нюансы конкретного оборудования, обладают функцией «поддержки принятия решения» и позволяют производить «what-if»-анализ и оптимизацию процесса в режиме реального времени. Интерактивная, удобная и понятная визуализация процесса – обязательный элемент для производств, идущих в ногу со временем, т.к. эффективная обработка всей имеющейся информации влияет на скорость принятия решений, а следовательно, и прибыль компании.
В своей работе по созданию виртуальных двойников RRT Global придерживается нескольких важных правил. И первое из них – комплексный подход: он подразумевает сопоставление внутренних и внешних связей между всеми элементами разрабатываемой модели. Также для компании важна возможность исследования и верификации в условиях пилотных испытаний. И, наконец, третье правило – это системная проработка всех производственных вопросов.
Поскольку такой ответственный подход компании сочетается с глубокими познаниями специалистов в области нефтепереработки и нефтехимии, заказчик может быть уверен в том, что разработанные решения помогут его предприятию выйти на качественно новый уровень. Сделать это можно благодаря разным типам моделей цифровых двойников. Они могут отличаться в зависимости от направления производства, целей предприятия и прочих показателей. Для нефтеперерабатывающей отрасли используются физико-химические, механические, статистические и др. модели.
Например, механические открывают возможность моделирования механических свойств какого-либо оборудования с учетом времени, механической нагрузки, технологических параметров и т. д. Все это позволяет прогнозировать механические неисправности. Другие типы моделей могут базироваться на методах продвинутой аналитики и статистических данных или же на основополагающих законах физики и химии. При этом разные модели могут интегрироваться в одном цифровом двойнике и выполнять одновременно множество функций.
Создание виртуального прототипа командой RRT Global для современной установки на нефтеперерабатывающем производстве требует выполнения определенных сложных шагов. Сначала вся имеющаяся техническая документация установки (регламент, технологические схемы, паспорта на оборудование, режимные листы и т.д.) изучается специалистами. После этого разрабатывается математическое описание каждого блока установки с применением вышеупомянутых подходов. Для корректной работы виртуальный двойник должен содержать максимальное количество данных: характеристики деталей и инженерных систем, сведения об их сроках службы и проведенных ремонтных работах, информацию о параметрах сырья, о потреблении энергии и т. д.
В некоторых случаях, при достаточной полноте исходных данных, появляется возможность предсказания поведения установки в заданном временном промежутке при изменении одного или ряда параметров. Такой подход применяется как для моделирования одного узла производства, так и для всего нефтеперерабатывающего завода. Конечно же, стоит учитывать, что глубина построения цифровой модели влияет на сроки реализации проекта. Как правило, на выстраивание компьютерного аналога уходит не меньше трех месяцев. Во многих случаях на это требуется от 9 месяцев и больше.
RRT Global в процессе моделирования решает несколько больших задач. Во-первых, специалисты компании анализируют аппаратурное оформление технологической схемы, т. е. оценивают определенную последовательность всего оборудования, обеспечивающего ход технологических процессов. Во-вторых, проводится формализация данных о процессе и формирование закономерностей функционирования системы. Кроме того, производится расчет выхода продуктов, потребления сырья и энергоресурсов отдельных технических блоков и комплекса в целом. Полученная в итоге информация дает заказчику не только глубокое представление о работе производства, но и возможность выбора наиболее эффективных путей оптимизации.
