Четвертая промышленная революция, в основе которой лежит глобальная «интернетизация» оборудования, еще несколько лет назад была излюбленной темой футуристов. Сегодня Industry 4.0 стремительно приобретает реальные очертания. На практике это означает, что уже через 10–15 лет промышленные компании, не сумевшие освоить новые технологии, вынуждены будут уходить с рынка. Industry 4.0 — характерный пример того, как количество переходит в качество. Развитие вычислительных мощностей и интернета повлекло за собой лавинообразное увеличение объемов используемой информации.

В свою очередь, big data открыли новые возможности для управления, прогнозирования и аналитики. Понимание преимуществ, которые дает работа с информацией, привело к поискам более эффективных технологий получения, передачи, хранения и обработки данных. В результате сегодня уже четко видны основные тренды приближающейся промышленной революции: это облачные решения и максимальное использование интернета вещей. В то же время эксперты единодушно отмечают, что именно эти технологии несут в себе и определенные риски. Причем их масштаб компании, стремящиеся к лидерству любой ценой, зачастую недооценивают.

Нефтепереработка — отрасль достаточно консервативная, основные технологические процессы здесь разработаны сто лет назад. Новых значительных научных открытий в области физики переработки нефти в ближайшее время не предвидится. С точки зрения химии можно ждать прорыва в вопросах катализа, но произойдет ли он завтра или через 20 лет — неизвестно. Поэтому основной способ увеличения маржинальности продукции для любого НПЗ — поиск оптимальных режимов технологических процессов, повышение производительности труда и эффективности управления, энергоэффективность, быстрая реакция на рыночную конъюнктуру. Именно эти задачи способны решать информационные технологии, на которые делается ставка в индустрии будущего. И первые шаги по пути создания новой цепочки добавленной стоимости — за счет автоматизации, а не непосредственного труда рабочих, — лидеры мировой нефтянки уже делают.

Архитектурные сложности

На Западе серьезная автоматизация нефтеперерабатывающих производств с внедрением АСУТП (автоматизированных систем управления технологическими процессами) и переводом части функционала в автопилот запустилась в начале 1990-х. За это время появилась масса систем автоматизации самого разного уровня — от управления технологическим процессом, мониторинга и диагностики оборудования до управления цепочками поставок, календарного планирования, аналитических систем и так далее. Самые продвинутые заводы сегодня — безлюдные, удаленно управляемые, со сроком межремонтного пробега около 10 лет. Их уже можно было бы считать заводами будущего, если бы не одно но: на практике инвестиции в каждый новый виток автоматизации требуют все больше средств и становятся все менее эффективными. Причина кроется в существующей архитектуре промышленных систем автоматизации.

Сегодня рынок промышленной автоматизации — рынок поставщиков. Каждый из них предлагает клиентам свои программные продукты с закрытой архитектурой. В то же время системы разных вендоров плохо интегрируются друг с другом, многие системы, даже одного вендора, несовместимы друг с другом и работают параллельно. Сложности с интеграцией приводят к тому, что компании приходится «подсаживаться» на решения одного производителя и, соответственно, оказываться в ситуации сниженной конкуренции и высоких цен.

«Несовместимость некоторых современных систем автоматизации ведет к разрыву в обработке данных, — объясняет начальник управления промышленной автоматизации „Газпром нефти“ Юрий Новик. — Например, система способна обеспечить оптимальный режим установки на пределе возможностей, но не совмещается с другой системой, которая отвечает за диагностику и безопасную работу этой установки. В итоге мы получаем ситуацию, когда оптимизация не учитывает важные параметры, от которых будет зависеть не сиюминутная эффективность, а общая работоспособность оборудования. И таких разрывов много».

В обычной жизни каждый из нас ежедневно сталкивается с теми широчайшими возможностями, которые дает открытая архитектура программного обеспечения или отдельного аппарата: мы можем без труда воткнуть в компьютер любое периферийное устройство с USB-портом или скачать на телефон очередное приложение. Открытая архитектура промышленных систем автоматизации даст примерно те же преимущества — легкую интеграцию новых компонентов, их взаимозаменяемость (а значит, здоровую конкуренцию и более низкую цену), возможность модернизировать отдельные модули с минимальным ущербом для всего технологического процесса. Мало того, наличие мультивендорной платформы для систем автоматизации полностью перевернет рынок, превратив его в рынок потребителя.

Первой работу над созданием новой архитектуры систем промышленной автоматики начала компания Exxon Mobil. Остальным представителям отрасли остается либо ждать появления готового решения, либо заняться разработкой собственного.

«Российские предприятия сегодня значительно отстают от зарубежных по степени автоматизации, — констатирует Юрий Новик. — Поэтому для нас создание собственной мультивендорной платформы — это реальная возможность сделать существенный скачок и выйти на уровень лучших из лучших. В противном случае мы всегда будем в роли догоняющих».

Работа в этом направлении на национальном уровне важна еще и тем, что любые новые разработки в парадигме Industry 4.0 тесно связаны с использованием интернета вещей и облачных решений. А здесь уже остро встает вопрос не только коммерческого успеха, но и безопасности бизнеса.

Центр управления эффективностью операций

Одна из тенденций, характерных для цифрового производства или производства будущего, — возможность совместной работы специалистов разного профиля для выработки оптимального решения сложных задач. В «Газпром нефти» уже реализовано несколько проектов, объединяющих разные функции. В частности, в Научно-техническом центре компании работает Центр сопровождения бурения, обеспечивающий всестороннюю экспертизу при строительстве высокотехнологичных скважин.

В свою очередь в блоке логистики, переработки и сбыта создается Центр управления эффективностью операций — программа, задача которой — интегрировать информацию из различных систем, работающих на НПЗ, от видеокамер до системы KPI, и затем предоставлять эту информацию пользователю в удобном для него виде. Помимо информационной функции, Центр управления позволяет одновременно задействовать большое количество людей для обсуждения происходящего на отдельной установке или производстве в целом.

Всегда на связи

Основная движущая сила четвертой промышленной революции — активное использование возможностей интернета вещей. В общем случае это означает построение сети, которая объединяет физические предметы, оснащенные встроенными технологиями для взаимодействия друг с другом или с внешней средой. В промышленности этот принцип уже давно используется при построении АСУТП, но постоянно развивающиеся возможности для передачи, хранения и обработки данных выводят промышленный интернет вещей на глобально другой уровень.

Можно выделить два направления, в которых сетевые технологии, по мнению экспертов, уже через несколько лет станут ключевым элементом. Во-первых, сервисное обслуживание оборудования. Уже сегодня при покупке сложной техники, например такой, как автомобиль, важным преимуществом становится простота управления и обслуживания. За услугу удаленного управления или диагностики потребитель готов платить, и стоимость подобного сервиса в общей цене постоянно возрастает.

«В будущем любой завод, в том числе и НПЗ, будет похож на лего, — считает Юрий Новик. — Оборудование будет приходить в виде коробки, включающей в себя как железо, так и необходимое ПО для его диагностики и обслуживания. Причем оборудование, к которому не приложены подобные системы, окажется никому не нужным».

В этой схеме покупатель будет платить не столько за саму технику, сколько за ее дальнейшее обслуживание. В то же время производитель будет заинтересован в снижении собственных затрат на ремонт. Минимизировать их можно только за счет тщательной и своевременной диагностики. Здесь-то на первый план и выходит промышленный интернет, обеспечивающий постоянную передачу информации о состоянии оборудования и условиях его эксплуатации в сервисный центр.

Будущая архитектура автоматизации и IT-решений

Другое направление развития промышленного интернета — создание сетей, обеспечивающих обмен данными между различными производственными системами в реальном времени. Собственно, построение той самой новой открытой архитектуры для промышленных систем управления, о которой говорилось выше, подразумевает в том числе использование интернета для передачи информации как внутри производства, так и для выхода во внешнюю среду.

Возможности, которые дает промышленный интернет, видятся поистине безграничными: когда все системы, начиная от той, что следит за работоспособностью клапанов на НПЗ, и заканчивая той, что вычисляет спрос на эти клапаны и определяет время их выпуска и отправки потребителю на заводе производителя, связаны друг с другом, все участники процесса могут добиться идеальной эффективности на своих производствах. Однако на деле за этой на первый взгляд красивой картинкой прячутся существенные риски.

В первую очередь очевидно, что, отдавая производителю на откуп большую часть управления оборудованием, покупатель перестает быть полноправным хозяином своей техники. Для любого производства эта ситуация неприятна, а в нефтяной отрасли такая зависимость — уже вопрос национальной безопасности. Здесь же возникает и еще один существенный риск: полноценно использовать все преимущества интернета вещей, в том числе и промышленного, невозможно без обращения к облачным сервисам. За облаками будущее, но вопрос в том, кто будет этим будущим владеть.

Опасный сервис

О том, как удобны облачные сервисы, каждый из нас знает не понаслышке. Хранение музыки, фотографий, видео, работа с различными приложениями и программами — в большинстве случаев мы используем для этого облака. В случае промышленной автоматизации обращение к облачным решениям позволяет выйти на качественно новый уровень использования данных.

«Если мы хотим добиться максимальной автоматизации производства, то придется иметь дело с гигантскими объемами данных, — констатирует Юрий Новик. — Для их хранения и обработки понадобятся значительные вычислительные мощности. Их строительство — это огромные инвестиции. И здесь нужно понимать, насколько такие инвестиции оправданы».

Выход кажется очевидным: данные можно хранить и обрабатывать в облаке. Мало того, в облаке могут находиться и сами системы, которые будут заниматься сбором и обработкой информации, потребитель же платит только за пользование этими системами или отдельными их модулями. С точки зрения экономики это минимальные капитальные затраты и предсказуемые операционные расходы. К тому же речь будет идти об уже действующих системах управления, к которым нужно только подключиться и пользоваться.

Плюсы налицо, а минус только один — по сути, кто владеет облаком, в котором хранится информация о производстве, тот владеет и самим производством. Для российской промышленности единственный способ не попасть в будущем в облачную зависимость от иностранных государств — создать собственное облако.

Сергей Овчинников, начальник департамента систем управления блока логистики, переработки и сбыта «Газпром нефти»: В полном объеме идея цифрового завода на НПЗ «Газпром нефти» может быть реализована к 2030 году. На ближайшую перспективу — к 2018 году у нас в планах создание систем управления качеством продукции, надежностью оборудования, оптимизации энергопотребления, повышение интеллектуальности существующих АСУТП. Тем не менее наша цель — это все-таки не точечные решения по автоматизации, а создание единой интегральной среды для управления всей нефтепереработкой компании. И уже сейчас понятно, что в одиночку стать лидерами новой промышленной революции практически невозможно. Например, нам понадобится облачный сервис, которого в России пока не существует. Только объединив усилия всех участников рынка — производителей оборудования и их клиентов, IT‑разработчиков, телекоммуникационных компаний, — мы сможем поконкурировать с Кремниевой долиной. Такой консорциум сегодня создается, а «Газпром нефть» примет в его работе деятельное участие.

Плюсы в тени

Как же будет выглядеть нефтеперерабатывающий завод через 10, 15, 20 лет? Глобальную автоматизацию можно уподобить компьютерной игре-стратегии, в которой пользователь имеет дело только с информацией верхнего уровня. Он знает, сколько у него ресурсов и какой цели хочет достичь, и, исходя из этого, принимает те или иные решения. При этом если какое-то здание в игре требует починки или строительства, то пользователю достаточно просто дать соответствующее указание, не задумываясь над тем, какие механизмы нужны для выполнения подобных указаний.

Полная оцифровка завода дает тот же эффект: системы нижнего уровня следят за режимами технологических процессов и за состоянием оборудования. Системы верхнего уровня анализируют внутренние и внешние данные и выдают дальнейшие рекомендации по необходимости ремонта и заказу запчастей, изменениям объемов выпускаемых продуктов или поиску новых логистических схем отгрузки. Оператору такого производства остается только осуществлять контроль. Причем делать это он может со своего мобильного устройства, находясь за много километров от самого завода, а реализацию большинства указаний будет осуществлять робототехника. Цифровой завод становится не просто реальностью, а единственно эффективным способом производсва.

«Воплощение идеи такого производства невозможно без создания так называемого цифрового двойника, или цифровой тени, — считает Юрий Новик. — То есть системы, которая полностью бы описывала все технологические процессы на НПЗ. С ее помощью можно подбирать параметры работы различных установок, добиваться оптимизации производства с учетом всех факторов влияния, начиная от состава сырья и заканчивая рыночной конъюнктурой. Работа над созданием такой системы в нашей компании уже ведется».

Вопрос, будет ли эта система выполнена в традиционной парадигме или в полной мере задействует все возможности Industry 4.0, — промышленный интернет и облачные решения — пока остается открытым. Сопутствующие такому выбору проблемы информационной безопасности полностью можно разрешить только за счет активного развития российской промышленности, IT -технологий и создания собственных облачных сервисов.

ГЛОССАРИЙ

Industry 4.0 — четвертая промышленная революция. Получила свое название от инициативы немецких промышленников 2011 года, которые определили ее как средство повышения конкурентоспособности обрабатывающей промышленности Германии через усиленную интеграцию киберфизических систем, то есть подключения машин и станков к интернету.

Big data — большие данные. В общем случае — совокупность подходов, инструментов и методов обработки структурированных и неструктурированных данных огромных объемов и значительного многообразия для получения воспринимаемых человеком результатов.

Интернет вещей — internet of things, IoT — концепция единой сети, соединяющей объекты реального мира, оснащенные встроенными технологиями для взаимодействия друг с другом или с внешней средой.

Облачный сервис — (англ. cloud storage) — модель онлайн-хранилища, в котором данные хранятся на многочисленных распределенных в сети серверах, предоставляемых в пользование клиентам. Данные хранятся и обрабатываются в так называемом облаке, которое представляет собой, с точки зрения клиента, один большой виртуальный сервер. Физически же такие серверы могут располагаться даже на разных континентах.

Текст: София Зорина

Фото: Александр Таран, GETTY IMAGES, LEGION-MEDIA

Инфографика: Дарья Гашек

Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!