Цифровая платформа – Журнал «Сибирская нефть»

Цифровая платформа

Стратегия цифровой трансформации блока логистики, переработки и сбыта

Текст: Сергей Орлов
Фото: Александр Зубков, Александр Таран
Инфографика: Алексей Столяров

Идея повышения эффективности за счет объединения под одной системой управления процессов производства нефтепродуктов, их транспортировки и сбыта не нова. Однако по-настоящему реализуемой она стала только сегодня, с развитием технологий работы с большими данными, когнитивных систем. «Газпром нефть» уже активно строит систему управления всей цепочкой создания стоимости как единым активом и даже заглядывает немного вперед, запустив программу создания цифровой платформы логистики, переработки и сбыта

Объединенная операторная

Наверное, если попросить описать завод будущего, то большинство людей будут говорить о практически полном отсутствии людей, вместо которых трудятся роботы, о компьютерных технологиях, тишине и чистоте. Эта картина в определенной степени подходит и для современного НПЗ. Технологические процессы, использующиеся сегодня в нефтепереработке, настолько сложны и масштабны, что без помощи интеллектуальной автоматики управлять ими как минимум неэффективно и небезопасно. Автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУТП) внедряются на НПЗ с 1970-х годов. Собственно, они и сделали нефтеперерабатывающие заводы малолюдными — данные с контрольно-измерительных приборов, которыми оснащается оборудование, поступают в операторные, откуда и ведется управление. С развитием технологий участие людей в процессе управления установками и комплексами нефтеперерабатывающих предприятий становится все более ограниченным. Обычные АСУТП сменяются умными системами управления, так называемыми advanced process control (APC), или в отечественном варианте — системами усовершенствованного управления технологическим процессом (СУУТП). В основе этих систем лежат многопараметрические программируемые контроллеры, обеспечивающие ведение технологического процесса практически в режиме автопилотирования, причем с гораздо большей точностью и эффективностью, чем люди. Автоматика в этом случае сама корректирует различные параметры технологического процесса, опираясь на данные, поступающие от виртуальных анализаторов — математических моделей, использующих прямые измерения параметров процесса (температуры, расхода, давления) для расчета в реальном времени показателей качества выпускаемого продукта.

В итоге сегодня основная функция операторов сводится к контролю работы системы управления, фактически в режиме реального времени передающей на мониторы десятки сигналов — предупредительных, оповещающих, неотложных, аварийных. При этом распределенное управление отдельными установками из локальных операторных централизуется, смежные объекты объединяются в комплексы, которые можно контролировать из единого центра и с одного пульта, логика управления перестраивается таким образом, чтобы один человек мог контролировать большое количество контуров. То, что данные со всех технологических объектов стекаются в объединенные операторные, значительно повышает оперативность управления производством. Именно по такой схеме работают и Омский, и Московский НПЗ «Газпром нефти».

Анатолий Чернер
Анатолий Чернер,
заместитель генерального директора «Газпром нефти» по логистике, переработке и сбыту:

Постоянное повышение эффективности и уровня технологического развития НПЗ — залог успешной работы на таком высококонкурентном рынке, как нефтепереработка. Поэтому мы намерены максимально полно использовать новые возможности и инструменты Индустрии 4.0, подтверждая статус отраслевого технологического лидера. Так, сегодня в рамках цифровой трансформации в «Газпром нефти» создается единая технологическая платформа управления эффективностью нефтепереработки и сбыта, которая объединяет все элементы цепочки создания добавленной стоимости и значительно повысит операционную эффективность компании.

Такой уровень автоматизации и централизации позволяет повысить эффективность сразу в нескольких направлениях. В режиме автопилота система управляет процессом так, чтобы все технологические параметры были оптимальными, а запас по качеству продукта — минимальным. За счет регулирования потребления энергоресурсов, отслеживания температуры подачи сырья в зависимости от многих возмущающих факторов, в том числе погодных условий, интеллектуальная автоматика позволяет минимизировать энергопотребление. А стабильность технологического режима, достигающаяся за счет работы автопилота, дает качественный эффект: оборудование меньше изнашивается.

Ну а кроме того, это уже уровень, позволяющий перейти от глобальной автоматизации к цифровой трансформации.

Управление производством

Основной смысл дальнейшего развития — в переходе от управления отдельными установками к управлению технологическими цепочками. Причем цикл управления будет включать в себя предиктивный контроль качества продукции и энергопотребления, прогноз отклонений от суточного плана и оценку состояния оборудования. Это уже функционал центров управления производством (ЦУП), созданием которых на своих предприятиях сейчас активно занимаются в «Газпром нефти».

Для создания такой системы необходима трансформация всего цикла управления производством. Она включает и внедрение автоматического почасового планирования в разрезе установок и комплексов, и организацию учета производственных показателей в режиме реального времени, сопровождающегося автоматическим прогнозом отклонений, выявлением их причин и выбором оптимальной реакции. То есть речь идет уже о предиктивном управлении, и здесь без достижений четвертой промышленной революции не обойтись: интернет вещей для передачи информации с производственных установок, озера данных для ее хранения и систематизации, искусственный интеллект для обработки. И конечно, цифровые двойники физических установок и комплексов — фундамент цифрового завода и основа для внедрения оптимизационных схем нового поколения.

Сложнейшие математические модели установок НПЗ помимо информации о каждом элементе технологического объекта, включающей данные о характеристиках деталей и узлов, инженерных систем, средств автоматизации, их сроках службы, периодах обслуживания и т.д., содержат еще и описание всех физико-химических процессов, процессов потребления и выработки энергии, всех возможных параметров сырья и продуктов производства. В первую очередь цифровой двойник позволяет точно рассчитать и при необходимости скорректировать производственный план для конкретной установки, а в случае полной оцифровки актива — для всего НПЗ. «Газпром нефть» уже создала цифровые двойники установки гидроочистки бензина каталитического крекинга на Московском НПЗ и установки первичной переработки нефти АТ-9 на Омском заводе.

Цифровая трансформация НПЗ, содержащая множество сложных проектов, но в первую очередь заключающаяся в переходе на предиктивную модель управления, должна увеличить производительность на 2–3% и принести экономический ежегодный суммарный эффект для компании в 3 млрд рублей. Но нефтеперерабатывающий завод — это лишь один, хотя и важный элемент цепи создания стоимости. Повышение за счет технологий Индустрии 4.0 эффективности работы всей цепи, а не отдельных ее элементов принесет гораздо больший эффект. Все нити комплексной оптимизации и цифровой трансформации блока логистики, переработки и сбыта «Газпром нефти» сходятся в Центр управления эффективностью (ЦУЭ), который действует в компании уже больше года.

Нефтеперерабатывающий бизнес как единый актив

Нефтеперерабатывающий бизнес как единый актив. Инфографика: Алексей Столяров Инфографика: Алексей Столяров

Управление эффективностью

Рыночная ситуация меняется: сегодня требуется больше одного вида нефтепродуктов, завтра —другого. Конечно, рыночные реалии учитываются при планировании работы НПЗ и сегодня, однако период реагирования слишком долог: предприятия работают по месячным планам. Между тем современные технологии предоставляют возможность вносить коррективы в производственную программу ежедневно и даже ежечасно, причем опираясь на прогноз развития рыночной ситуации, также сделанный машинным разумом исходя из множества факторов. В этом и состоит одна из задач Центра управления эффективностью, работа которого опирается на анализ данных по всей цепочке добавленной стоимости — от переработки до сбыта.

«Газпром нефть» с самого своего основания шла по пути инновационного развития, и в периметр программы комплексной автоматизации входили, конечно, не только нефтеперерабатывающие заводы, но и топливозаправочные комплексы в аэропортах, АЗС, нефтебазы, логистические объекты и системы. Уже сегодня средствами автоматизированного мониторинга охвачено порядка 90% технологических параметров и материальных потоков по всей цепочке добавленной стоимости блока логистики, переработки и сбыта. Такой поток информации, большая часть которой имеет высокую ценность, невозможно обрабатывать, а значит, и эффективно использовать с помощью традиционных методов. Но с этой задачей прекрасно справляются технологии работы с большими данными (big data). В ЦУЭ уже развернуто озеро данных, позволяющее хранить и систематизировать разноформатную информацию. Сюда стекаются информационные потоки со всех активов компании, оценивается множество параметров — от систем энергообеспечения до надежности критичного оборудования, результаты анализа поступающих данных становятся основой для формирования единых скользящих графиков.

На базе центра началась опытно-промышленная эксплуатация системы мониторинга движения материальных потоков «Нефтеконтроль», что фактически означает старт процесса перехода к управлению по отклонениям. На основе информации, поступающей от контрольно-измерительных приборов, отслеживается качество и количество нефти и нефтепродуктов на всем пути — от поступления сырья на входе производственного процесса до реализации нефтепродуктов конечным потребителям, что позволяет выявить точки возникновения потерь, изменения качественных характеристик продукта в режиме реального времени, определить проблемные зоны и своевременно выбрать (или разработать) и реализовать корректирующие мероприятия.

«Географически это очень распределенная система, которая обрабатывает огромные массивы информации, — пояснил начальник департамента систем управления БЛПС „Газпром нефти“ Сергей Овчинников. — В традиционной архитектуре нормального решения для этого не было, поэтому мы использовали открытый стек Apache Hadoop Apache Hadoop — проект фонда Apache Software Foundation, свободно распространяемый набор утилит, библиотек и фреймворков для разработки и выполнения распределенных программ, работающих в кластерах из сотен и тысяч узлов. Используется для реализации поисковых и контекстных механизмов многих высоконагруженных веб-сайтов, в том числе для Yahoo! и Facebook. , то есть наша система развернута на базе технологии, которую применяют телекоммуникационные гиганты. Это флагманский проект цифровой трансформации компании, в периметр которого включены все информационные потоки в части движения товара от заводских резервуаров до каждого чека на заправке. Машина при анализе информации с помощью специального алгоритма автоматически склеивает цепочки, проверяет их на наличие отклонений, и, если она их обнаруживает, делается запись в специальном журнале, после чего профильные рабочие группы занимаются расследованием причин отклонения».

Планируется, что уже в 2018 году систему научат с помощью специальных алгоритмов сопоставлять данные об инцидентах в исторической перспективе, искать совпадения и аналогии, которые помогут выявлять возможные источники потерь на основе расчетов.

Значительный эффект должно дать и создание интегрированной системы управления надежностью. На основе информации об актуальном состоянии оборудования, плановых сроках его замены, статистических данных эксплуатации искусственный интеллект будет формировать оптимальные планы проведения диагностики и упреждающих ремонтов и замен, причем учитывая экономические последствия для всей цепи добавленной стоимости.

Таким образом, уже в ближайшие несколько лет будет выстроена система управления всей цепью создания стоимости с Центром управления эффективностью на верхнем уровне, центрами управления производством на НПЗ в середине и объединенными операторными на операционном уровне управления технологическими процессами. Это позволит заметно увеличить энергоэффективность, производительность, маржу, снизить логистические затраты. И это на самом деле только начало процесса цифровой трансформации блока downstream.

Завод в смартфоне

Практически у каждого человека есть смартфон, всевозможные программы-приложения для которого можно купить в специальном интернет-магазине. Эксперты «Газпром нефти» считают, что в не самом отдаленном будущем примерно так же будут формироваться и системы управления в промышленности. И это не просто прогнозы — к созданию соответствующей платформы в сотрудничестве с такими партнерами, как «Цифра» и Mail.ru, компания уже приступила.

Платформа, которая уже получила название EvOil, объединит все непрерывное производство и логистически-сбытовую цепочку, что позволит аккумулировать все необходимые для управления ими данные в одном месте, в анализируемом виде, доступные и системам, и людям. «Платформа решает ключевую проблему стандартизации, и уже неважно, какое оборудование каких производителей установлено на производственных объектах, — уточнил руководитель Центра цифровых инноваций „Газпром нефти“ Владимир Воркачев. — Унификация данных позволит создавать приложения, которые очень легко переносятся с одного актива на другой. Как на телефоне — устанавливаете мессенджер, и он не спрашивает, куда установиться, где контакты лежат, — он сам все это знает».

Сами приложения — это программные комплексы, которые занимаются оптимизацией и управлением конкретным активом или функцией. Например, это может быть приложение для логистов. При этом неважно, идет ли речь о битумной или аэродромной логистике, — наличие платформы обеспечит их функционирование на любом активе.

Более того, по словам Владимира Воркачева, это решение даже не для одной отрасли: «При написании соответствующих драйверов платформа могла бы работать и с контроллерами, например, в металлургии. Безусловно, часть приложений для другой отрасли должны быть созданы с нуля, но платформа останется той же самой».

Несмотря на сложность задачи, ее решение — не вопрос отдаленного будущего, и «Газпром нефть» с партнерами уже развернули прообраз платформы в рамках пилотного проекта на базе битумного завода в Казахстане и до конца 2018 года планируют получить первый полностью функциональный элемент платформы, который позволит закрыть целый комплекс бизнес-задач.

Так что вся фантастичность этой идеи кажущаяся, и цифровые заводы, магазины промышленных приложений — это, конечно, еще не сегодня нефтяной отрасли, но уже и не послезавтра. Индустрия 4.0 делает вполне реализуемым то, что еще 10 лет назад казалось научной фантастикой, а использование современных цифровых технологий, повышающих эффективность, становится одним из важных факторов конкурентоспособности.

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ