Сегодня цифровые двойники являются наиболее актуальной темой в рамках промышленной автоматизации и Индустрии 4.0. Все чаще компании выбирают новые технологии как альтернативу дорогостоящему техническому переоснащению производства, а проектные организации, участвующие в разработке объектов перекачки газа, в целом полностью готовы к использованию цифрового двойника.
На прошедшей конференции Digital Oil & Gas Андрей Крылов, руководитель Центра цифровых технологий и цифровых двойников АО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», элитного партнера компании Ansys, на примере компрессорной станции продемонстрировал возможности применения цифровых двойников в нефтегазовой отрасли и объяснил, что происходит, когда технология встречается с реальным производственным объектом.
Комплексный цифровой двойник нефтегазового оборудования
По мнению экспертов «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», наиболее эффективным решением сегодня является создание комплексного цифрового двойника промышленного оборудования. Он представляет собой динамическую модель для определения и прогнозирования состояния системы на всех этапах жизненного цикла – от оптимизации алгоритмов управления технологическими процессами на этапе проектирования и оценки влияния изменений на работу оборудования и системы на этапе строительства до раннего выявления дефектов оборудования и прогнозирования его технического состояния на этапе эксплуатации. Наличие динамической модели помогает объединить наработки, созданные в проектной организации, и разработки, существующие у производителя оборудования, и передать эти данные непосредственно в эксплуатацию.
Сегодня для контроля ключевых процессов на производстве повсеместно применяются промышленные системы автоматики. Современные АСУ ТП (автоматизированные системы управления технологическим процессом) компрессорной станции решают задачи мониторинга, информирования, управления режимами агрегатов, защиты оборудования от аварийных ситуаций. Комплексный цифровой двойник является следующим этапом развития этих систем, дополняя их новыми возможностями:
- Расширенного мониторинга на основе математической модели. С помощью этого источника данных можно резервировать штатные измерительные приборы, а также дополнять показания физических датчиков показаниями виртуальных датчиков.
- Предиктивной диагностики (раннего выявление дефектов оборудования). Цифровой двойник обеспечивает оперативную оценку технического состояния оборудования, позволяющую сократить внеплановые остановы и возникающие из-за этого проблемы, потери и издержки.
- Сопровождения ТОиР в дополненной реальности (AR), позволяющего сократить влияние человеческого фактора при проведении технического обслуживания и ремонта, а также обеспечить удаленную поддержку и помощь.
Эти возможности позволяют повысить производительность труда на 10-25%, сократить издержки на 10-20%, а общий экономический эффект может достигать десятки и сотни млн. руб.
«Важно отметить, что одна технология сама по себе не позволяет добиться заметного экономического эффекта. Методология комплексного цифрового двойника, разработанная нашей компанией, включает, помимо численного и системного моделирования, технологии машинного обучения, параметрической оптимизации и вибродиагностики, а также возможности интеграции, в том числе с производственными системами, отвечающими за процессы эксплуатации и обслуживания. Мы применяем математические модели, которые детально воспроизводят физические процессы в оборудовании и умеют использовать накопленную статистику по алгоритмам машинного обучения», – объясняет Андрей Крылов.
Цифровой двойник позволяет получить гораздо больше данных о состоянии оборудования на основе модели и виртуальных датчиков. В результате, сравнивая реальные и эталонные характеристики оборудования, можно определить степень развития дефектов и использовать эту информацию для прогнозирования режимов работы, технического обслуживания и ремонтов. Кроме того, цифровой двойник позволяет рассчитать экономические показатели, тем самым способствуя принятию оптимальных и обоснованных решений.
Возможности цифрового двойника для компонентов компрессорной станции
Цифровой двойник позволяет получить гораздо больше информации о процессах, происходящих в газоперекачивающих агрегатах (ГПА), аппаратах воздушного охлаждения (АВО) и других компонентах компрессорной станции.
Так, с помощью технологии можно проводить комплексную диагностику механических дефектов ГПА в автоматизированном режиме, а также осуществлять непрерывный мониторинг и оценку текущего состояния. Это позволяет заранее выявить проблемы, связанные с зарождением дефектов, и получить достаточно времени на принятие решения по текущему капитальному ремонту либо по необходимости обслуживания и замен.
На основе расширенных данных от цифрового двойника появляется возможность не только получать более точную информацию о техническом состоянии АВО, например, о степени загрязнения теплообменных поверхностей или состоянии двигателей привода вентиляторов, но и прогнозировать развитие дефектов, заранее, планируя ремонты. Также на основании модели можно рекомендовать оптимальные режимы работы АВО для снижения энергопотребления, например, частоту и периодичность включения вентиляторов.
Использование цифровых двойников для площадок очистки и пылеуловителей позволяет оценивать текущие загрязнения фильтрующих элементов, контролировать динамику этого процесса и предупреждать об увеличении скорости засорения пылеуловителей. Это дает возможность получать рекомендации по экономически оправданным режимам работы компрессорной станции в комплексе с учетом работы площадки очистки и динамики загрязнения фильтров на площадке очистки.
AR для обслуживания компрессорной станции
Еще один способ оперативно и безошибочно обслужить оборудование – применение технологии дополненной реальности. Она позволяет значительно упростить работу эксплуатационного персонала и избежать многочисленных ошибок, приводящих к неоптимальной работе и авариям. Кроме того, технологии AR дают возможность изучать показания виртуальных датчиков и интерактивные трехмерные инструкции по ТОиР, разъясняющие выполнение сложных процедур, а также получать дополнительную информацию о состоянии критически важных элементов оборудования с помощью виртуальных датчиков. Дополненная реальность также служит инструментом для оказания помощи полевому персоналу. При возникновении вопросов относительно какого-либо объекта достаточно навести на него планшет, и изображение вместе со всей информацией будет направлено удаленному специалисту. В свою очередь, он может оказать поддержку из своего офиса или диспетчерского центра и отметить необходимые действия на экране, которые полевой персонал получит в режиме реальном времени. Кроме вывода показаний, оператор может получать предупреждения о дефектах с указанием места их возникновения, инструкции по ремонту, справочные видеоролики и многое другое.