Цифровые двойники, компьютерное зрение и промышленный автопилот — все эти решения можно встретить на нефтехимическом производстве, где киберпанк уже наступил. Рассказываем, как современные технологии превратили завод в «живой» организм.
Как завод научился видеть и чувствовать
Датчики: нервные окончания завода
На нефтехимическом производстве нужно постоянно следить за температурой подшипников, вибрацией компрессоров, давлением в трубах и другими параметрами. Раньше часть показаний снимали во время обходов. Однако сотрудник мог пропустить что-то важное. Поэтому сегодня основную часть работы выполняют беспроводные датчики.
Они сами снимают показания и передают их в систему. Сейчас на предприятиях СИБУРа работает более 10 тысяч таких устройств, а накопленный эффект от их использования мы оцениваем более чем в 320 млн рублей.
Промышленный датчик годами работает без обслуживания и выдерживает морозы до −56 °C. Для собственных устройств мы используем литий-тионилхлоридные батареи и подогрев радиомодуля. Одной батареи хватает до десяти лет работы.
Дроны: глаза, которые видят больше человеческих
На заводе есть места, где человеку опасно находиться: высотные конструкции, факельные установки, ЛЭП, протяжённые трубопроводы.
Дроны СИБУРа инспектируют оборудование и пожароопасные территории без риска для сотрудников, снимают данные тепловизорами, картографируют местность и создают 3D-модели объектов. За три года дрон-сервис выполнил более 4000 полётов.
Следующий шаг — полностью автоматизировать полёт. В Тобольске наша команда уже тестировала дронопорт: беспилотник сам получает маршрут, взлетает, проводит обследование и возвращается на станцию. Это позволяет перейти от разовых полётов под управлением оператора к регулярному автоматическому осмотру.
Камеры: компьютерное зрение
На заводах работают тысячи камер, но оператор физически не может постоянно следить за всеми. Компьютерное зрение берёт эту работу на себя.
В арсенале СИБУРа — более 40 моделей компьютерного зрения. Одни следят за безопасностью — например, замечают человека без каски или в запрещённой зоне. Другие контролируют технологический процесс: распознают слипшиеся гранулы полипропилена или следят за работой манипуляторов.
Система в состоянии распознать, в каске человек или нет
Один из продуктов получил говорящее название — «Чёрный экран». Пока всё в порядке, оператору не нужно смотреть трансляцию: картинка появляется только тогда, когда требуется вмешательство человека. В большинстве сценариев на реакцию отводится не больше пяти секунд.
Тепловизоры: инфракрасное зрение
Пиролизная печь — это конструкция примерно с 16-этажный дом, внутри которой работают сотни труб при 800–900 °C. На их стенках образуется кокс, из-за которого детали могут перегреться. Чтобы избежать аварийной остановки, раньше инженеру приходилось вручную измерять температуру пирометром по отдельным точкам. Был риск пропустить опасный участок.
Пиролизная печь
Наросты кокса в трубе
Теперь для этого используют тепловизор: он помогает снять 15-секундное видео. Нейросети превращают этот ролик в температурную панораму и определяют на ней критический перегрев. Это позволяет вовремя остановить печь для чистки: она занимает всего 3–5 дней, в то время как аварийный ремонт — до 14.
Благодаря этим технологиям у завода появляется подробная цифровая картина собственного состояния. Следующая задача сложнее: понять, что означают все эти сигналы.
Как завод научился понимать и прогнозировать
MES: память производства
За сутки современный завод производит огромное количество данных: температура, давление, расходы, состав сырья и десятки других параметров постоянно меняются. Их нужно не только где-то хранить, но и видеть общую динамику за час, неделю или весь год.
Источником такой памяти служит MES — Manufacturing Execution System, система управления производством. Она собирает данные, хранит их историю и позволяет находить закономерности, которые невозможно увидеть по отдельным показателям. А накопленные данные помогают находить причины проблем и выбирать более эффективные режимы работы.
Например, на ЗапСибНефтехиме реакторы на производстве полиэтилена приходилось останавливать на чистку каждые 3–5 месяцев из-за отложений полимера. Аналитики выгрузили из MES данные по 77 параметрам за 547 дней и выделили 14 ключевых факторов, влияющих на скорость обрастания реактора. После корректировки режимов период между чистками удалось увеличить сначала до шести месяцев, а затем — более чем до года.
Предиктивная диагностика: интуиция завода
Насос или компрессор редко ломается мгновенно: перед отказом понемногу меняются вибрация, температура, давление и другие показатели.
На этом строится предиктивная диагностика. Система знает, как агрегат ведёт себя в нормальных режимах, и замечает ранние отклонения. Например, обычная сигнализация может сработать только при критической температуре, а модель обратит внимание раньше: при такой нагрузке подшипник обычно нагревался до 65 °C, а теперь — до 75 °C.
Синяя линия — фактическая температура. Зелёная — прогноз нормы. Если линии сильно расходятся, значит, что‑то пошло не так
Алгоритм при этом не ставит диагноз и не называет точную дату поломки. Он скорее говорит инженеру: «здесь происходит что-то необычное». Специалист уже выясняет причину.
СУПРА: контроль здоровья завода
Одно дело — заметить аномалию на конкретном компрессоре. Другое — управлять тысячей единиц оборудования на большом предприятии.
Для этого у СИБУРа есть СУПРА — корпоративная система управления надёжностью. Предиктивная модель отвечает на довольно узкий вопрос: не начинает ли агрегат вести себя ненормально? Управление надёжностью смотрит на оборудование шире — как на актив, который нужно обслуживать и сохранять работоспособным на протяжении всего жизненного цикла. Для нас это одна из ключевых промышленных ИТ-систем.
Цифровой двойник: виртуальная копия завода
Двойник выводит подсказки на мониторы
Любой эксперимент на нефтехимическом производстве может закончиться испорченной партией или остановкой оборудования. Чтобы внедрять изменения без риска, есть цифровой двойник. Это математическая копия реальной установки, на которой можно безопасно проверить новый режим работы и заранее увидеть последствия.
У нас в СИБУРе есть двойники отдельных установок, печей пиролиза и даже 3D-копия ЗапСибНефтехима. Например, модель пиролизной печи помогает учитывать образование кокса и рассчитывать, когда выгоднее остановить её на очистку. Эффект только от этого двойника оценивается примерно в 60 млн рублей в год.
За семь лет суммарный экономический эффект от цифровой трансформации составил примерно 63 млрд рублей, больше половины которого мы связываем с проектами на базе искусственного интеллекта.
Как завод научился принимать решения и действовать
ЭКОНС: здравый смысл завода
Один и тот же процесс можно вести по-разному: например, повысить температуру и получить больше продукта, но одновременно потратить больше газа. Какой режим выгоднее, зависит ещё и от текущих цен на сырьё, энергию и готовую продукцию — поэтому оптимальная точка постоянно меняется.
ЭКОНС пересчитывает экономическую эффективность процесса каждые 20 секунд и показывает её оператору в виде «спидометра» с зелёными, жёлтыми и красными зонами. Так человек видит не только технологические параметры, но и финансовые последствия своих действий в реальном времени.
Система помогает оптимизировать и расход энергии: на площадке в Тобольске это позволяет ежегодно предотвращать около 80 тысяч тонн выбросов CO₂. Но последнее слово остаётся за оператором — ЭКОНС советует, а не управляет.
RTO: навигатор завода
На сложных установках мало понимать, насколько выгоден текущий режим: нужно ещё вычислить, каким он должен быть.
Эту задачу решает RTO — Real-Time Optimization. Система перебирает возможные режимы и рассчитывает наиболее эффективный с учетом технологических ограничений и экономики. Мы сравниваем её с навигатором: RTO определяет, в каком направлении двигаться.
Чтобы создать собственную RTO-модель производства этилена и пропилена, команда СИБУРа обработала более полумиллиона записей о технологических режимах, составе сырья и полученных продуктах. При поиске оптимума система сотни раз обращается к модели, которая прогнозирует более 150 характеристик установки.
APC: автопилот производства
Пока завод не научился самостоятельно управлять всеми процессами. Однако у него уже появился аналог автопилота — APC (Advanced Process Control), или система автоматического управления технологическим процессом. На большой установке десятки взаимосвязанных параметров: температура, давление, расход сырья и другие. APC отслеживает их одновременно и каждые десятки секунд корректирует режим, заранее прогнозируя реакцию установки. Оператор контролирует процесс и вмешивается в нестандартных ситуациях.
Система может управлять не только отдельным оборудованием, но и целой технологической цепочкой — например, производством этилена и пропилена, от пиролизных печей до разделения продуктов. В связке с RTO роли распределяются просто: RTO рассчитывает оптимальный режим, а APC автоматически его поддерживает.
На полимерных производствах Томскнефтехима такая автоматизация обеспечила дополнительный выпуск полиэтилена и полипропилена на 69 млн рублей в год.
Так завод уже работает сам?
Пока не совсем — и это важное отличие реального промышленного киберпанка от фантастики. В нестандартных ситуациях решение остаётся за специалистами. Автоматика может одновременно следить за десятками параметров, пересчитывать сотни вариантов и вносить небольшие корректировки снова и снова без усталости. А человек при этом выполняет более интересные и ответственные задачи: определяет цели, задаёт ограничения и вмешивается там, где ситуация выходит за рамки модели.
Реклама. ООО «Сибур Диджитал». ИНН: 7206057388, Erid: 2Vtzqvb8HFa
