Импортозамещение систем технологического моделирования: Чему учит история?

Высокоточное моделирование (ВТМ) в нефтегазовой отрасли — ключевой инструмент промышленной автоматизации, без которого уже нельзя проектировать, запускать и оптимально эксплуатировать технологический актив. По существу, ВТМ — универсальное программное обеспечение, предназначенное для расчета выходных параметров моделируемого объекта по заданным входным параметрам, характеристикам сырья, оборудования и внешних условий.

Помимо проектирования и оптимизации сложных технологических комплексов ВТМ позволяет решать и другие задачи, например, в вузовской подготовке будущих специалистов отрасли.

Несмотря на отсутствие широкой линейки специализированного ПО, объем мирового рынка ВТМ-систем в 2023 г. достиг 0,9 млрд долл. США и будет расти на 5% ежегодно. Согласно прогнозам, к 2031 г. его объем приблизится к 1,3 млрд. долл. США.

Принципы высокоточного моделирования (его еще называют фундаментальным) и методы их цифровой реализации давно сложились, но производители ВТМ-систем постоянно совершенствуют свои продукты. Среди главных трендов последних лет:

• Переход к облачным решениям (для адаптации под предприятия любого масштаба и облегчения совместной работы команд исполнителей).
• Прорывное внедрение инструментов ИИ.
• Интеграция ВТМ с другими системами промышленной автоматизации.

Ни одна конкурентоспособная система моделирования не может игнорировать эти изменения. Решения крупных мировых производителей пришли в нашу страну в 90-х годах XX века: они изменили соответствующие бизнес-процессы и, можно сказать, саму технологическую культуру производства и подготовки отраслевых специалистов. Однако в последние годы мы стали свидетелями стремительного ухода с российского рынка зарубежных вендоров, работающих в сегменте промышленной автоматизации. И хотя многие инсталлированные ВТМ-системы пока еще продолжают функционировать, неизбежно возрастают риски их потери из-за отключения от сопровождения, трудностей переноса на новое оборудование и потенциального перехода на отечественные операционные системы. Приступая к задаче импортозамещения ВТМ-систем, разумно проанализировать мировой опыт их возникновения, этапы эволюции, а также факторы, способствовавшие ускоренному внедрению. Это позволит перенять сложившийся мировой опыт, адаптировать лучшие практики под российские реалии и создать конкурентоспособные отечественные аналоги с учетом современных вызовов и потребностей рынка.

Как появились мировые системы технологического моделирования

Первые варианты моделирующего ПО относятся к началу 60-х гг. XX века и отражают попытки применить скромные на тот момент цифровые инструменты к проектированию и эксплуатации технологических процессов (ТП). Поначалу этим занимались ИТ-специалисты, но вскоре накопленный опыт решили обобщить и для предметников-технологов, не обладающих глубокими цифровыми навыками. Так в оперирующих компаниях появились первые ВТМ-продукты. Импульс развитию коммерческих решений придало нефтяное эмбарго начала 1970-х гг., резкий рост цен на сырье и потребность сохранить рентабельность производства.

Тогда Министерство энергетики США приняло решение финансировать перспективные цифровые разработки, в том числе, позволяющие оптимизировать эксплуатационные производственные расходы. Это дало старт проекту ASPEN (Advanced System for Process Engineering), в рамках которого исследовательская команда Массачусетского технологического института (MIT) при поддержке крупных нефтяных компаний за 5 лет создала современную архитектуру ВТМ для химических процессов.

Согласно законодательству США, после прекращения государственного финансирования результаты проекта стали общественным достоянием, к которому за относительно небольшую плату могла получить доступ любая заинтересованная компания. Лучше всего этим воспользовалась команда MIT, которая создала компанию AspenTech и уже в 1982 г. выпустила собственный коммерческий продукт под брендом Aspen Plus.

В выигрыше оказались все: Министерство энергетики США получило эффективный инструмент мониторинга и регулирования отрасли, а промышленные компании, используя возможность влиять на разработку и, убедившись, что продукт универсален и относительно прост в обслуживании, смогли отказаться от инвестирования в собственные проекты.

В итоге рынок получил ряд достойных универсальных решений (Aspen HYSYS, Aveva PRO II, Honeywell UniSim Design, WinSim Design II) при сохранении небольшого числа независимых нишевых продуктов, таких как пакет теплообменных расчетов HTRI (Heat Transfer Research, Inc.) или система моделирования многофазного транспорта нефти, природного газа и воды OLGA (STATOIL, затем Schlumberger). Что же касается сохранившихся «внутренних» разработок, то здесь есть только один пример — система PETROBRAS от бразильского нефтяного гиганта PETROX.

Выводов из этой истории два:

1. Правительственные институты могут оказать решающую финансовую поддержку оперативной разработке ВТМ-систем. Это требует компетенции и политической воли, но, как показала практика США, существенно приближает желаемый результат.
2. После появления коммерческих продуктов крупные отраслевые компании свернули свои проекты, но не перестали участвовать в развитии ВТМ-решений. Показательный пример — многолетнее сотрудничество корпорации Honeywell с нефтяной компанией Shell Global, самым крупным пользователем системы UniSim Design. Количество пользователей системы в периметре Shell неограниченно, дорожная карта развития учитывает пожелания компании, участвующей в бета-тестировании новых версий продукта и даже в разработке нескольких специальных модулей системы.

Как заместить ВТМ-систему: возможные подходы

Мировой опыт показывает, что разработка системы моделирования — это масштабная и протяженная во времени задача, которая требует привлечения высококвалифицированных специалистов с широкой экспертизой. Даже хорошо подготовленная команда экспертов не в силах реализовать такой проект без комплексной поддержки («частично замещающие решения» — не в счет). Сегодня в создание универсальных российских ВТМ-продуктов вовлечено сразу несколько профессиональных команд. При этом можно выделить два принципиально разных подхода.

ПАО «Сибур» работает над проблемой в составе консорциума крупных оперирующих компаний (ПАО «Газпром нефть», АО «МХК Еврохим», ПАО «Новатэк», др.). Полнофункциональный релиз системы ожидается к 2027 г. Объявлено также о запуске в 2026 г. электронной торговой площадки по технологическому моделированию на базе открытой SaaS-платформы. Будущие совладельцы решения совместно финансируют разработку и предполагают обойтись без привлечения государственных денег.

При всей серьезности и амбициозности подхода нельзя недооценивать и трудности, с которыми неизбежно сталкиваются отраслевые игроки: разница корпоративных политик, конкурентные отношения партнеров, сложности продажи продуктов другим участникам рынка и, наконец, недостаточный контроль качества разработки в отсутствии внешнего заказчика. Не случайно в мире практически нет примеров успешных внутренних разработок систем такого класса. Крупные нефтяные компании (за редкими исключениями) предпочитают отказываться от владения ВТМ-системами. И, вообще, даже если удачное решение в области промышленной автоматизации возникало в корпоративных исследовательских центрах, его либо с выгодой продавали, либо выделяли из профильного бизнес-контура, снимая соответствующие конкурентные ограничения.

Время покажет, сработает ли такая конструкция или российской промышленной отрасли разумнее пойти проторенным путем — стать «отложенным» первым пользователем, поддерживать нишевые стартапы, под собственные нужды корректировать программу разработки и на льготных условиях покупки будущего ПО предоставлять независимым разработчикам данные, пилотные площадки и необходимый консалтинг.

Есть и другие варианты…

Принципиально иной подход к кооперации разработчиков практикует «Центр цифровых технологий» Группы Rubytech. Опираясь на многолетний опыт ключевых специалистов в работе с системой Honeywell UniSim Design, команда уже реализует первые коммерческие проекты на базе собственного продукта ДельтаМод. Веб-интерфейс обеспечивает полную кроссплатформенность решения. Оно работает с наиболее распространенными браузерами, совместимо с популярными российскими операционными системами и не зависит от типа оборудования. ПО можно запускать как отдельное приложение на выделенном компьютере или как распределенную вычислительную сеть. Поддерживаются унифицированные протоколы обмена данными, что позволяет решению работать в едином комплексе с другими продуктами компании в области промышленной автоматизации (планирование производства, усовершенствованное управление ТП, цифровые двойники и др.).

На текущий момент реализован базовый релиз системы (термодинамика, стандартное оборудование, пр.) и модуль подготовки нефти и газа. В 2025 г. будут разработаны модуль нефтепереработки и базовый набор теплообменного и реакторного оборудования. В 2026 г. предполагается выпустить полнофункциональный релиз — добавятся строгие модели сложных реакторов и расширенный набор специализированного оборудования.

Дорожная карта развития системы ДельтаМод предполагает значительное партнерское участие на основе дополняющей экспертизы на открытом рынке. К реализации привлекаются специализированные проектные организации (предоставляют данные по оборудованию и процессам), производители технологического оборудования (детальные характеристики аппаратов), академические и университетские команды (эксклюзивные знания и данные сложных процессов — катализ, нестандартная кинетика, специальные материалы, пр.), преподаватели отраслевых вузов (методика использования ВТМ-инструментов в образовании). В качестве мотивационной составляющей для партнеров-участников рассматриваются варианты возмездной передачи результатов разработки или роялти от продаж ПО.

У России, как всегда, свой путь?

Сегодня ответственным производителям отведено не больше двух лет на создание коммерческих версий универсальных ВТМ-продуктов. Не исключено, что в итоге отрасль получит несколько специализированных систем, каждая из которых будет учитывать особенности отдельных сегментов рынка. Такую конкуренцию можно только приветствовать, если при дефиците средств и кадров не произойдет распыление ресурсов на создание большого количества слабых решений.

Очевидно, первоначальный успех ждет команды, которые собрали серьезные экспертные коллективы (не менее 25-30 специалистов высокого класса) с опытом разработки и сопровождения вендорных ВТМ-систем, а также смогли привлечь правильную дополняющую экспертизу и реализовать первые заметные разработки.

Возможно, совсем скоро мы станем свидетелями столь же масштабного и динамичного процесса эволюции ВТМ-систем в России, который происходил в мире на протяжении последних 50 лет. Реализуется ли это в рамках известных сценариев или будет найден особый отечественный путь? Конечную конфигурацию предсказать нельзя, но первые итоги станут видны уже очень скоро.

Если этого не случится, эффективность, да и само выживание отрасли окажется под угрозой. Впрочем, есть все основания полагать, что такая опасность будет предотвращена общими усилиями ведущих игроков рынка.