Сегодня в России цифровизация охватывает всё больше отраслей промышленности. Нефтегазовая индустрия является одной из лидирующих по внедрению цифровых решений, которые позволяют повысить уровень эффективности производства, предсказать выход из строя оборудования и снизить себестоимость продукции. Одним из наиболее эффективных решений, оптимизирующих сложные технологические производства в нефтегазовом секторе, является цифровой двойник, который моделирует и точно отражает реальные физические процессы в технологическом комплексе. Андрей Крылов, директор центра цифровых технологий компании «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», в рамках онлайн-конференции DIGITAL OIL&GAS поделился ключевыми аспектами создания и внедрения цифровых двойников, основанных на технологиях системного моделирования.
Системная модель
Что позволяет цифровому двойнику быть точным и надежным инструментом для производства? По мнению эксперта, его главные преимущества обеспечивает детальная и верифицированная системная математическая модель, лежащая в основе цифрового двойника. Она отражает реальные физические процессы, рассчитывает все ключевые параметры работы технологического оборудования. Модель непрерывно получает данные с измерительных приборов и адаптируется к ним, гарантируя высокую точность расчетных значений. Для ее создания специалисты «КАДФЕМ Си-Ай-Эс» используют ряд известных программных комплексов системного моделирования – например, Ansys TwinBuilder или MTI Flownex SE. Такая модель обеспечивает:
- Расширенное представление о технологическом процессе по результатам оперативных расчетов математической модели, подключенной к сигналам от полевых датчиков;
- Рекомендации режима эксплуатации, оптимального для текущего состояния оборудования;
- Планирование ТОиР на основании расчета моделью показателей технического состояния оборудования;
- Оценку результатов выполнения технического обслуживания и ремонта на основе сравнения эталонных и фактических характеристик оборудования, достигаемых в эксплуатационных и/или тестовых режимах работы;
- Анализ «что если…» на основе верифицированной математической модели, описывающей фактическое состояние как оборудования, так и установки в целом.
Цифровой двойник технологического производства
Современные средства моделирования позволяют с высокой точностью отразить реальные физические процессы на производстве. Это дает возможность повысить его прозрачность, а также достичь ключевых целей, среди которых повышение эффективности, безопасности и надежности. Цифровой двойник может применяться на всех основных технологических этапах подготовки, транспортировки и переработки углеводородов, а также в химических производствах. По сути, он является следующим этапом развития современных автоматизированных систем управления технологическим процессом (АСУ ТП). Технология позволяет повысить качество управления и способствовать повышению производительности, решая много задач – от оптимизации режимов работы с учётом различных факторов и оценки состояния загрузки оборудования на разных режимах до подбора оборудования с учетом реального характера технологического процесса и условий производства. Цифровой двойник, благодаря подробной модели, также дает возможность контролировать отклонения и выявлять технологические риски, избегая опасностей для действующего производства.
По мнению эксперта «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», основные задачи цифрового двойника включают три направления:
- Оптимизацию, направленную на повышение эффективности. Технологическое моделирование позволит ускорить поиск и оценку как типовых, так и инновационных технических решений.
- Поддержку технолога в принятии решений. От качества оперативного управления технологическим процессом зависит надежность и себестоимость продукции. Часто технический персонал действуют, основываясь на экспертном мнении, так как для объективного решения не хватает данных контрольно-измерительных приборов. Подробные характеристики материальных потоков от цифрового двойника позволяют выполнять правильные действия, опираясь на эти точные расчетные данные.
- Оперативная диагностика оборудования, работающего в нештатном режиме. Такие работы часто требуют высокой квалификации и должны быть хорошо спланированы. Система аналитики в составе цифрового двойника позволяет выяснить причину дефекта и надежно устранить ее.
Система мониторинга
Системная модель лежит в основе системы мониторинга, которая предоставляет полную картину технологического процесса в реальном времени и дает возможность выявлять дефекты на ранних этапах. При этом базовой системной модели может быть недостаточно для определения параметров технического состояния такого оборудования, как насосы, арматура, компрессоры, теплообменники. Эксперты «КАДФЕМ Си-Ай-Эс» уверены – чтобы решить этот вопрос, необходимо интегрировать дополнительные модели в общую технологическую модель. Это позволяет получить данные, полезные для оперативного персонала.
Единый подход для различных технологических систем
Производство зачастую объединяет десятки взаимосвязанных технологических процессов. Описание объемного производственного комплекса может быть очень трудоемкой задачей. Единый цифровой двойник позволяет оптимизировать производство в комплексе, решая сквозные задачи на основе взаимосвязанных моделей и сквозного мониторинга. Разумеется, такое решение невозможно без единой программной системы и методологии моделирования, промышленной платформы и свободной передачи информации о цифровых технологиях производственному персоналу.
Опыт «КАДФЕМ Си-Ай-Эс» показывает, что совокупность этих технологий и подходов в цифровом двойнике позволяет сделать нефтегазовое производство более прозрачным, надёжным, безопасным и эффективным.