Цифровой завод — Журнал «Сибирская нефть» — №176 (ноябрь 2020)

Программа «Газпром нефти» против COVID-19

Подробнее
Цифровой завод — Журнал «Сибирская нефть» — №176 (ноябрь 2020)

Цифровой завод

Как НПЗ превращается в завод будущего благодаря новым бизнес-процессам и цифровизации

Текст:
Фото: Стоян Васев
Цифровой завод

Увеличение глубины переработки на НПЗ невозможно без строительства новых установок. Такие процессы, как гидрокрекинг или замедленное коксование, — must-have для заводов, стремящихся к максимальной эффективности. Еще десять лет назад можно было просто ввести новые объекты в эксплуатацию и начать подсчитывать прибыль. Но сегодня, даже вооружившись всеми возможными перерабатывающими процессами, НПЗ остается не слишком конкурентоспособным без цифровой составляющей и организационных изменений. «Сибирская нефть» разобралась, как на глубину переработки может повлиять принципиально новый подход к управлению производством

Главное отличие современного мира от того, что можно было наблюдать даже 10–15 лет назад, не говоря уже о прошлом веке, — в огромных скоростях. И сегодня это касается не только физических процессов. Ускорилось все: передача информации, изменение климата, распространение вирусов (во всех их проявлениях), реакции рынков. Этот вихрь заставляет компании учиться быть гибкими и быстрыми. Консервативные, неповоротливые гиганты рискуют скоро растерять все свои преимущества. Нефтеперерабатывающая отрасль — один из таких гигантов. Здесь все процессы, как правило, происходят не быстро. На модернизацию заводов требуются годы, на ремонты уходит месяц-полтора, запуск и остановка технологической цепочки занимают несколько суток. Еще недавно месячный производственный план для НПЗ был пределом детализации. А для принятия управленческих решений, например об изменении объема выпуска того или иного продукта на конкретной установке, нужен был как минимум день.

Сегодня такая неспешность уже невозможна. Потраченное время тут же превращается в недополученную прибыль, что чревато серьезным проигрышем в условиях ужесточающейся конкуренции и снижающейся маржи. Рынок меняется очень быстро, и в лидерах оказывается тот, кто успевает на эти изменения реагировать. Единственный для НПЗ выход в этой ситуации — оптимизация по всем статьям, начиная с технологических процессов и заканчивая управлением. В «Газпром нефти» понимание, что заводы должны кардинально меняться, есть уже давно. Модернизация установок и их автоматизация идут полным ходом последние 10 лет. Несколько лет назад к ним добавились возможности, которые несут цифровые технологии. Вместе с ними возник запрос и на организационные изменения. Так на заводах компании появились Центры управления производством (ЦУП). И это принципиально новый подход к работе НПЗ.

Цифровой двойник

Цифровые двойники — сложнейшие математические модели физических технологических установок и комплексов НПЗ. Помимо информации о каждом элементе технологического объекта, включающей данные о характеристиках деталей и узлов, инженерных систем, средств автоматизации, их сроках службы, периодах обслуживания, они содержат еще и описание всех физико-химических процессов, процессов потребления и выработки энергии, всех возможных параметров сырья и продуктов производства.

Цифровой двойник позволяет точно рассчитать и при необходимости корректировать производственный план для конкретной установки, а в случае полной оцифровки актива — для всего НПЗ.

Классика устарела

Классическая модель управления большим производством — «разделяй и властвуй». В случае с НПЗ это означает, что каждая установка, каждый цех вписаны в общую управленческую вертикаль. Здесь же есть и функциональные подразделения: кто-то отвечает за энергетику, кто-то за технологический процесс, кто-то за надежность работы оборудования и так далее. Причем функции — это те же вертикали, где процесс управления происходит строго сверху вниз и не предполагает горизонтальных связей.

Еще не так давно такой подход был оправдан. Он позволял разграничивать ответственность, четко контролировать выполнение задач, строго следовать плану работ. Сегодня достоинства иерархий становятся их же недостатками. Благодаря автоматизации и цифровизации у предприятий появляется масса возможностей для синергии. А функциональные колодцы становятся ощутимым препятствием на пути реализации этих возможностей. Простой пример: в ходе ведения технологического процесса возникает возможность (или необходимость) значительно скорректировать работу энергетического оборудования, чтобы получить больший экономический эффект. Вот как эта проблема решается в классической иерархической структуре. Запрос идет сначала вверх к руководителю, отвечающему за технологический процесс. От него поступает к руководителю по энергетике. Тот в свою очередь делает запрос подчиненным, которые проводят анализ ситуации, и принимает решение на основе полученной от них информации. Решение поступает технологам и снова спускается вниз. В результате на то, чтобы изменить схему работы, может уйти несколько дней. В денежном эквиваленте недополученная за это время прибыль выльется в миллионы рублей. При низкой автоматизации такой способ управления вполне нормален, ведь сам технологический процесс невозможно изменить быстро, а на расчеты требуется время.

Другое дело, когда установки управляются в автоматическом режиме, а все производство продублировано цифровыми двойниками, позволяющими легко отслеживать взаимное влияние различных процессов, видеть взаимосвязи оборудования. В этом случае для получения всех расчетов и дальнейших физических изменений нужно несколько минут. Дело только за тем, чтобы принять соответствующее решение. И вот здесь функциональные колодцы оказываются совершенно ненужной, мешающей прогрессу структурой. Поэтому кардинальная перестройка управленческих процессов стала первым шагом к созданию ЦУП.

Фото: Стоян Васев

«Мы провели полную ревизию всех бизнес-процессов на наших НПЗ и максимально оптимизировали их, — рассказывает руководитель проектного офиса „Цифровое производство“ Олег Родюков. — 82 процесса, обеспечивающих операционное управление производством, мы трансформировали в 15 эффективных и взаимосвязанных бизнес-процессов. При этом полностью изменилась модель управления. Мы создали кросс-функциональную команду, которая наделена значительными полномочиями и может эффективно принимать решения, касающиеся оперативной деятельности. Для примера: на решения, для принятия которых раньше требовалось не меньше суток, сегодня нужно несколько часов. А после внедрения всех запланированных IT-систем это время сократится до часа и меньше».

Кросс-функциональные команды в ЦУП объединяют экспертов по всем направлениям: планированию, энергетике, технологии, автоматизации, надежности, управлению производством. Но для принятия эффективных решений, мало посадить за круглый стол людей с разными навыками. Необходимо, чтобы они понимали друг друга. А это означает, что все специалисты должны иметь определенные компетенции в смежных областях. Кроме того, решения теперь принимаются не по отдельным установкам, а по технологическим цепочкам в целом. Это также усложняет задачу. Теперь экспертизой одного специалиста должны быть охвачены не 2–3 установки, а от 4 до 10.

«Создавая ЦУП, мы не только создаем новую систему управления производством, но и формируем образ специалиста будущего, — считает Олег Родюков. — Он должен обладать как профессиональными компетенциями, так и лидерскими, социальными, уметь взаимодействовать с коллегами, принимать решения, управлять собой. Все эти навыки раньше были необязательными для хорошего специалиста, но сегодня становятся не менее важными, чем широкий кругозор и умение учиться».

Новый подход к управлению заводом обеспечивает главную возможность — быстро принимать решения. Но эти решения не будут эффективными без опоры на технологии. Полностью реализовать потенциал ЦУП помогут IT-системы, охватывающие все аспекты производства, от энергетики и технологических установок до мониторинга экологических показателей.

Цифровой завод

IT-инструменты

Общая задача центров управления производством на всех заводах компании — обеспечить наиболее эффективное использование всех ресурсов и точное выполнение производственного плана. Эти формулировки отражают не формальную, а буквальную задачу. Объемный производственный план для НПЗ «Газпром нефти» сегодня формируется в Центре управления эффективностью (ЦУЭ), находящемся в Петербурге. ЦУЭ был создан для управления всей цепочкой добавленной стоимости как единым активом: от поставок нефти, переработки и распределения до транспортировки нефтепродуктов на нефтебазы и конечным потребителям. Тот план, который специалисты Центра составляют для каждого НПЗ, учитывает текущую рыночную ситуацию и прогнозы ее изменения, ресурсы и возможности не только заводов, но и логистов, сбытовой сети. Поэтому его максимально точное выполнение — залог того, что сбоев не будет во всей цепочке. Что касается максимально эффективного использования ресурсов, сегодня такой подход просто необходим для увеличения маржинальности производства в условиях нестабильного рынка и налогового маневра в нефтегазовой отрасли.

Достичь поставленных целей призван целый набор IT-инструментов, которые будут встроены в общую цифровую платформу. «Это системы уровня MES (от англ. manufacturing execution system, система управления производственными процессами — прим. „СН“), — объясняет Олег Родюков. — Восемь систем, которые будут управлять заводом. Они включают в себя пооперационное „скользящее“ планирование на трое суток, предиктивный контроль качества продукции и энергопотребления, оценку состояния оборудования, мониторинг экологических параметров, таких как чистота воздуха, отслеживание общей эффективности производства и ряд других опций».

Эффекты от внедрения каждой из систем уже примерно оценены. Например, онлайн-контроль качества продукции и оптимизация технологических процессов позволят сократить запас по качеству сначала с 8 до 5%, а затем и до 1–2%. Это означает, что технологический процесс будет вестись экономичнее и точнее. В денежном эквиваленте такая оптимизация принесет сотни миллионов рублей. Еще одна система, напрямую влияющая на финансовые показатели, — энергоконтроль. Она позволит значительно ускорить расчет заданий на потребление энергии и проводить онлайн-мониторинг эффективности работы энергоемкого оборудования. Полученная экономия электро- и тепловой энергии также будет выражаться суммами с семью нулями. Аналогичные расчеты выполнены для каждой внедряемой системы. И если об экономике можно говорить пока только очень приблизительно (реальных цифр еще нет), то эффект ускорения понятен уже сейчас. Выполнение любой операции в цифровом формате, будь то реакция на отклонения или анализ качества продукции, займет не часы или сутки, а несколько минут. Предельное время, устанавливаемое для любых операций в ЦУП, — не больше часа.

Продуктовый подход

Все IT-решения сегодня находятся на стадии разработки MVP. Цифровая платформа, которая объединит системы, создается в сотрудничестве с компанией «Цифра» (см. врез). Две системы поставят мировые вендоры. Остальные «Газпром нефть» разрабатывает своими силами, опираясь на отдельные решения, присутствующие на рынке, а также на наработки своего дочернего предприятия «Автоматика-сервис».

Реализация проекта также потребовала принципиально новых методов. Все IT-системы создаются с помощью продуктового подхода. «Мы применяем классический продуктовый подход, характерный для разработки IT-продуктов, — рассказывает руководитель направления производственных систем блока логистики, переработки и сбыта „Газпром нефти“ Артем Павлов. — Идем короткими спринтами, отрабатываем гипотезы, получаем быстрые отклики на продукт и вносим в него изменения. В IT-отрасли этим никого не удивишь, но для нефтянки — это небольшой прорыв».

Действительно, раньше внедрение, например автоматизированных систем управления технологическим процессом (АСУТП), могло занять пару лет. Систему сначала внедряли, потом проводили опытный пробег, доводили до ума. В итоге после внедрения решение могло потребовать актуализации. При том масштабе внедрений, которые будут в ЦУП, такой подход не работает. Все IT-решения должны разрабатываться параллельно с общей платформой. Только так можно уложиться в самые короткие сроки и сделать весь процесс продуктивным.

Цифровая экосистема

В начале следующего года начнется обкатка MVP для большинства IT-продуктов, которые будут внедрены в ЦУП. И уже в июле должно начаться полномасштабное внедрение в двух центрах — на омском и московском заводах. Пока же ЦУП работают в тестовом режиме. Помимо внедрения прототипов IT-систем, происходит обучение специалистов для кросс-функциональных команд, отрабатываются схемы взаимодействия.

Планируется, что целевое состояние — по сути, создание цифрового завода, — будет достигнуто к середине 2023 года. «К этому времени мы должны создать полностью готовые продукты и тиражировать их на все ЦУП наших НПЗ, — говорит Олег Родюков. — Тогда можно будет говорить о том, что наши активы действительно стали цифровыми производствами, где 80% операций полностью автоматизированы, а решения принимаются в течение часа. Кроме того, важным качеством цифрового завода будет предиктивное управление. Мы сможем прогнозировать отклонения в технологических процессах, сбои и поломки оборудования, влияющие на выполнение плана и т. д. Это даст нам возможность перейти к максимально точному скользящему планированию выполняемых операций и в итоге не допускать отклонений».

Также специалист отмечает, что сегодня на НПЗ «Газпром нефти» реализуется уникальный проект: создается цифровая экосистема, которая объединит все системы на одной платформе. «Такого нет ни у кого, — подчеркивает Олег Родюков. — Компании внедряют отдельные решения. Мы же объединяем их на цифровой платформе таким образом, чтобы все они могли решать одну задачу — оперативно управлять с минимальными временными лагами и использованием предиктивной аналитики. В свою очередь, платформа обеспечит сбор информации, ее обработку и структурирование для каждой из систем для быстроты и точности работы с данными».

Сегодня на НПЗ «Газпром нефти» есть впечатляющий уровень базовой автоматизации — несколько десятков тысяч датчиков, охватывающих все оборудование, а также высокий уровень внедренных АСУТП и СУУТП (систем усовершенствованного управления технологическим процессом). Аналогичным уровнем будут обладать и все новые установки и комплексы, которые строятся на НПЗ в рамках программы модернизации. Все это дает огромные возможности для работы с большими данными. Создание центров управления производством — залог того, что эти возможности будут использованы в полной мере.

Сотрудничество с «Цифрой»

В ноябре 2020 года «Газпром нефть» и «Цифра» объявили о создании совместного предприятия «Цифровая индустриальная платформа». Уже в 2021 году СП планирует вывести на рынок цифровую платформу управления производством, ориентированную на предприятия нефтегазовой промышленности. Технологической базой для совместного предприятия станут индустриальная платформа интернета вещей ZIIoT и цифровые сервисы для нефтепереработки, разработанные ГК «Цифра», а также разработки «Газпром нефти», связанные с управлением технологическими процессами на нефтеперерабатывающих заводах. Эксперты «Газпром нефти» обеспечат отраслевую экспертизу и доступ к большим данным и производственным площадкам для апробации технологических разработок. «Цифра» займется продвижением продуктов СП на внешних рынках, в основном в странах Юго-Восточной Азии, Латинской Америки, где компания уже активно работает.

Фото: Стоян Васев

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ