Цифровые двойники для предприятий по переработке отходов: сокращение затрат еще до начала строительных работ

Используя цифровой двойник для моделирования реальных условий эксплуатации в режиме реального времени, вы можете выявить слабые места вашего бизнес-плана еще до того, как инвесторы узнают об этом на собственном горьком опыте.
Автор: Самуэле Баррили

Позвольте мне рассказать вам о предприятии по компостированию, которым никто не хвастается на конференциях. Региональное управление по обращению с отходами — хорошо финансируемое, с благими намерениями, консультируемое специалистами, которые брали за час работы больше, чем большинство компаний по вывозу мусора зарабатывают за день, — начало строительство нового завода по переработке органических отходов. Проект выглядел великолепно на бумаге. Визуализации были впечатляющими. Церемония перерезания ленты была запланирована еще до того, как был затянут последний болт.

Спустя восемнадцать месяцев они располагали сооружением стоимостью 14 миллионов долларов, которое в хороший день перерабатывало 60 процентов от проектной производительности. Площадь разгрузочной площадки была недостаточной для пиковых сезонных объемов. Система аэрации не справлялась с колебаниями влажности поступающего сырья. Две из трех конвейерных линий создавали узкие места, которые останавливали весь поток материала каждый раз, когда у оператора погрузчика выдавалась неудачная утренняя смена.

Они потратили еще 3,1 миллиона долларов на модернизацию. Они отложили полноценную эксплуатацию на 11 месяцев. Они израсходовали весь свой резервный бюджет, вернулись в финансовый комитет с пустыми руками, и — вот что действительно больно — консультант, который занимался проектированием, ушел безнаказанным, потому что в контракте было указано «проектирование», а не «исполнение».

Я рассказываю вам эту историю не из жестокости. Я рассказываю её потому, что такое случается чаще, чем кто-либо в этой отрасли хочет признать. И я рассказываю её потому, что существовали доступные технологии — недорогие, проверенные и всё более распространённые — которые могли бы предотвратить каждую из этих проблем ещё до того, как был залит хотя бы один кубометр бетона.

Эта технология — цифровой двойник. И если вы строите или модернизируете объект без него, вы рискуете миллионами долларов, полагаясь на догадки, замаскированные под инженерные чертежи.

Что такое цифровой двойник на самом деле (и чем он не является)

Давайте сначала разберемся с терминологией, потому что этот термин часто используется так, что у людей от него глаза стекленеют. Цифровой двойник — это не программное обеспечение. Это не дорогостоящая CAD-модель. Это не навороченная электронная таблица, которую ваш инженер присылает вам в формате PDF.

Цифровой двойник — это живая, динамичная виртуальная копия вашего физического объекта, имитирующая реальные условия эксплуатации в реальном времени. Он моделирует потоки материалов, поведение оборудования, энергопотребление, циклы технического обслуживания, потребности в рабочей силе и финансовые показатели. Он позволяет вам запустить объект тысячу раз, в тысяче различных конфигураций, прежде чем на объекте появится хотя бы один работник.

Подумайте вот о чём: когда компания Boeing проектирует новый самолёт, они не строят 30 прототипов и не разбивают их, чтобы проверить, какой из них окажется целым. Они проводят моделирование. Они проводят стресс-тестирование каждой системы в цифровом формате, пока не получат конфигурацию, в которой будут уверены. Только после этого начинается испытание металла на прочность.

В индустрии переработки отходов — отрасли, которая регулярно принимает решения о капитальных вложениях в размере 20, 50 и 100 миллионов долларов — исторически сложилось наоборот. Сначала мы строим. Затем обнаруживаем проблемы. После этого мы за них платим. Цифровой двойник меняет эту последовательность. Проблемы обнаруживаются в ходе моделирования. На их устранение не требуется никаких затрат. И строительство осуществляется один раз — правильно.
Вот что именно он может моделировать:

• Динамика потока материалов: как потоки отходов перемещаются по предприятию при различных сценариях поступления отходов — влажные дни, сухие дни, сезонные пики, отказы оборудования.
• Производительность оборудования: как отдельные единицы оборудования работают при разных скоростях обработки, как выглядит кривая деградации с течением времени, где система дает сбои.
• Энергопотребление: сколько фактически стоит эксплуатация предприятия на тонну в реальных условиях эксплуатации, а не на основе инженерных предположений.
• Прогнозируемая рентабельность инвестиций: как выглядит реальный период окупаемости с учетом реалистичных показателей производительности, а не оптимистичных проектных характеристик.
Последний пункт имеет огромное значение, когда вы сидите за столом переговоров с банком или инфраструктурным фондом.

Три области, где цифровые двойники меняют правила игры еще до начала строительства:

#1: Оптимизация проектирования мусороперерабатывающих заводов.

Мусороперерабатывающие заводы по своей конструкции представляют собой системы контролируемого хаоса. Вы берете разнородные, загрязненные потоки переменного качества и пытаетесь отсортировать их в чистое, пригодное для продажи вторичное сырье — быстро, в больших масштабах, с постоянно меняющимся персоналом и изнашивающимся оборудованием.

Традиционный подход к проектированию мусороперерабатывающих заводов включает в себя множество «отраслевых стандартов», типичные показатели загрязнения, среднюю производительность в час, технические характеристики оборудования из паспортов производителей, которые, как известно любому оператору, отражают максимальную производительность в лабораторных условиях.

Цифровой двойник позволяет заменить предположения моделированием. Вы можете смоделировать, что произойдет, когда уровень загрязнения подскочит до 28 процентов из-за того, что на маршрут сбора отходов подключился новый муниципалитет. Вы можете проверить, смогут ли ваши оптические сортировщики справиться с увеличением пропускной способности, когда ваш вторичный контракт потребует более быстрой обработки. Вы можете найти узкое место — а оно всегда есть. Вопрос в том, найдете ли вы его в модели или на производстве — прежде чем принимать решение о дорогостоящей перепланировке оборудования.

Одним из наиболее ценных результатов работы с цифровым двойником MRF является то, что инженеры называют «анализом чувствительности». Какие переменные, даже при незначительном изменении, могут серьезно ухудшить ваши финансовые прогнозы? Уровень загрязнения? Цены на сырье? Предположения о пропускной способности? Цифровой двойник покажет вам, где ваш бизнес-план уязвим, прежде чем ваши инвесторы узнают об этом на собственном горьком опыте.

#2: Испытания установок по переработке отходов в энергию.

Заводы по переработке отходов в энергию чрезвычайно капиталоемки. Речь идет об объектах, которые могут стоить сотни миллионов долларов и на финансирование, получение разрешений, проектирование и ввод в эксплуатацию которых может уйти десятилетие. Допустимая погрешность проектирования, откровенно говоря, практически равна нулю.

И все же отрасль по-прежнему в значительной степени опирается на исторические данные об эксплуатации существующих предприятий, масштабированные инженерные оценки и оптимистичные предположения о производительности, которые успокаивают финансовые комитеты и вызывают беспокойство у руководителей производственных подразделений.

Цифровые двойники позволяют разработчикам установок по переработке отходов в энергию совершить поистине революционный шаг: смоделировать термодинамические характеристики установки в сравнении с фактическим составом отходов, которые вы ожидаете получить.

Это важно, потому что состав отходов различается. Твердые бытовые отходы в прибрежном районе отличаются от отходов во внутреннем сельскохозяйственном регионе. Меняется теплотворная способность. Меняется содержание влаги. Меняется состав материалов. И все это напрямую влияет на то, сколько энергии вы производите, сколько можете продать и оправдаются ли ваши прогнозы по доходам.

Вы также можете смоделировать показатели выбросов — что крайне важно в условиях регулирования — прежде чем принимать решение о конкретной конфигурации технологии. Измените тип колосниковой решетки, систему подачи воздуха и подход к очистке дымовых газов. Протестируйте каждую конфигурацию. Найдите ту, которая соответствует вашим целевым показателям при наименьших капитальных затратах. Именно это сейчас делают первопроходцы в этой области, в то время как их конкуренты все еще закладывают риски в свои резервные бюджеты.

#3: Моделирование технического обслуживания и предотвращение простоев.

Вот затраты, которые не отражаются в бюджетах капитальных затрат, но разрушают операционную прибыль: незапланированные простои. Конвейерная линия, вышедшая из строя во вторник днем ​​в пиковый период обработки. Ситовая дека, изношенная на три месяца раньше срока, потому что исходный материал оказался тверже, чем предполагалось в проектной спецификации. Компрессор, перегревающийся из-за того, что в конструкции вентиляции не учтены летние температуры окружающей среды в вашем регионе.

Каждое из этих событий влечет за собой затраты сразу в трех направлениях: вы оплачиваете аварийный ремонт, теряете доход от переработки и потенциально нарушаете соглашения об уровне обслуживания (SLA) по правилам разгрузки.

Цифровые двойники позволяют моделировать циклы технического обслуживания еще до ввода объекта в эксплуатацию. Вы можете моделировать скорость износа критически важного оборудования в реалистичных условиях эксплуатации. Вы можете составить график прогнозируемого технического обслуживания, основанный не на рекомендациях производителя (которые являются консервативными и дорогостоящими), а на вашем конкретном профиле эксплуатации.

И вы можете выявить единичные точки отказа — элементы оборудования, отказ которых останавливает работу всего объекта, — и перепроектировать систему с учетом этих точек еще до того, как строительство вынудит вас к этому. Именно здесь технология переходит из разряда инструментов капитального планирования в разряд долгосрочного эксплуатационного актива. Та же модель, которую вы использовали для проектирования объекта, становится моделью, с которой вы сравниваете его производительность с прогнозируемой и выявляете отклонения до того, как они приведут к отказу.

Обоснование целесообразности проекта, которое действительно приводит к заключению сделки

Позвольте мне сразу сказать: основная целевая аудитория для качественного анализа цифрового двойника — это не ваша операционная команда, а ваш капитал. Банки и инфраструктурные фонды слишком часто тратили средства на мусоросжигательные заводы, которые не соответствовали заявленным характеристикам. Они финансировали мусоросжигательные заводы, которые перерабатывали лишь 40 процентов от прогнозируемой производительности. Они финансировали заводы по переработке отходов в энергию, которые простояли в процессе ввода в эксплуатацию 18 месяцев. В целом, они вполне обоснованно с подозрением относятся к прогнозам по мусоросжигательным заводам — особенно в эпоху нестабильности товарных рынков и изменения нормативных требований.

Анализ с помощью цифрового двойника не только улучшает ваш проект, но и существенно отличает вашу презентацию для финансирования от всех остальных. Вот почему: цифровой двойник позволяет представлять проверенные на практике прогнозы, а не предположения. Вы можете показать кредитору не только то, что происходит, когда все идет хорошо, но и то, как выглядит ваше предприятие при трех различных сценариях операционного стресса. Что произойдет, если производительность будет на 20 процентов ниже прогнозируемой в течение первых шести месяцев? Что произойдет, если ключевой поставщик оборудования задержит поставку? Что произойдет, если цены на сырье упадут на 30 процентов?

Если ваш проект выдерживает все сценарии, описанные в модели, вы можете заявить об этом финансовому комитету — с документацией. Это принципиально отличается от разговора типа «наш инженер говорит, что эта конфигурация должна работать».
Практический результат: проекты, поддерживаемые анализом цифровых двойников, как правило, получают финансирование быстрее, на более выгодных условиях и с меньшими резервами, поскольку воспринимаемый профиль риска ниже. Вы проделали работу по стресс-тестированию инвестиций до того, как инвестору пришлось бы самому это делать.

Это не незначительное преимущество. В условиях, когда инфраструктура по переработке отходов конкурирует с возобновляемой энергией, центрами обработки данных и логистическими активами за внимание государственных органов, разница между хорошо документированным проектом, подкрепленным моделированием, и традиционным проектом, основанным на инженерной оценке, может означать разницу между получением и неполучением финансирования.

Страховой полис, который вы не покупаете

В заключение хочу сказать, что я уже много лет использую стратегии цифровых двойников с владельцами и инвесторами компаний по переработке отходов, потому что это позволяет быстрее разобраться в сложностях. Вы бы не стали строить предприятие без страховки. Вы бы не стали покупать оборудование за 20 миллионов долларов без гарантии. Вы бы не стали нанимать управляющего заводом, не проверив рекомендации.

И тем не менее, прямо сейчас в этой отрасли разработчики и операторы принимают решения о капитальных вложениях в размере сотен миллионов долларов, основываясь на инженерных сметах, которые никогда не проверялись на соответствие реальным эксплуатационным условиям.

Цифровой двойник — это не экзотическая технология. Это не исключительная прерогатива разработчиков гипермасштабной инфраструктуры с исследовательскими отделами. Для его создания или интерпретации не требуется докторская степень. Это инструмент управления инженерными и финансовыми рисками, доступный уже сегодня по цене, обычно составляющей 1–2% от защищаемого капитала, и окупающийся еще до размещения первого заказа на оборудование.

Математика проста. Препятствием для внедрения является психологический фактор. Строительство объектов наугад — это ненормально. Это дорогостоящий риск, который стал нормой, потому что те, кто за него платит — застройщики, которые проводят модернизацию, операторы, которые показывают низкую эффективность, инвесторы, которые ждут прибыли дольше, чем прогнозировалось, — научились его принимать, а не устранять.

Цифровые двойники устраняют эту проблему. Если вы в настоящее время планируете расширение предприятия, новую технологическую линию, строительство нового мусороперерабатывающего завода, развитие установки по переработке отходов в энергию или любой капитальный проект стоимостью более 2 миллионов долларов в этой отрасли, вы не можете позволить себе обойтись без исследования с использованием цифрового двойника. Урок на 14 миллионов долларов, о котором говорилось в начале этой статьи? Команда разработчиков одного предприятия решила, что может позволить себе обойтись без этого. Они ошиблись — и заплатили за это бетоном.

Источник: https://wasteadvantagemag.com/digital-twins-for-waste-facilities-cutting-costs-before-you-pour-the-concrete/