Перспективы цифровой трансформации химической промышленности в России

Технологии продолжают становиться частью жизни человека на всех уровнях. Они интегрируются во все сферы, чтобы сделать их работу эффективной. Цифровая трансформация химической промышленности перестала быть просто вспомогательным инструментом, перешла в ключевую производственную силу.

Статистика отрасли: цифры и реальные показатели внедрения

Инвестиции в цифровизацию химической отрасли выросли в 3,38 раза с 2017 года, достигнув 4,1 млрд руб. в 2022 году. Более половины этих средств (50%) было направлено фармацевтическими и биотехнологическими компаниями, тогда как производители удобрений инвестировали 27,7% (1,6 млрд руб.). На остальные подотрасли химпромышленности пришлось лишь 17,9% общих расходов на цифровые технологии, что свидетельствует о концентрации IT-инвестиций в наиболее прибыльных сегментах. Рост глобальных затрат химотрасли на цифровую трансформацию к 2031 году по прогнозам достигнет 7,4 млрд долларов.

Согласно данным Минпромторга, средний уровень цифровизации химической и нефтехимической промышленности России составляет 39,2%, при этом отдельные предприятия (например, «ЗапСибНефтехим») демонстрируют показатели свыше 90%. Наибольшую потребность компании испытывают в решениях для автоматизации производственных процессов, контроля качества, предиктивной аналитики и управления цепочками поставок, включая внедрение отечественных MES-систем, АСУТП, LIMS и систем оптимизации в реальном времени.

Значительный интерес предприятия проявляют к технологиям промышленного интернета вещей (IIoT), ИИ, машинного обучения, обработки больших данных и облачным решениям. При этом около 70% дочерних предприятий нефтехимических холдингов закупают IT-решения за рубежом, и лишь 30% разрабатывают собственные программные продукты. Основными барьерами цифровой трансформации остаются недостаточная осведомленность о преимуществах цифровизации, высокая стоимость внедрения и дефицит специалистов. Ожидается, что доля российских IT-решений будет увеличиваться благодаря государственной поддержке, включая специальные налоговые режимы, стимулирование спроса, поддержку инноваций и развитие государственно-частного партнерства.

Примеры: компании и технологии

В 2017 году Сибур инициировал программу цифровизации, направленную на оптимизацию операционной деятельности через модернизацию организационных, производственных и бизнес-процессов с применением технологий Industry 4.0. Предприятия компании демонстрируют один из наиболее высоких в стране уровней технологической оснащенности. По состоянию на 2018 год показатель базовой автоматизации достиг 90%, что обеспечивает существенное снижение производственных издержек. Параллельно компания реализует проекты по внедрению систем продвинутой автоматизации, включая решения класса APC.

Компании «Химпром» и «Цифра» разработали ИИ-систему для оптимизации производства хлорметанов, которая увеличила выпуск метиленхлорида на 5% (до 46 тонн/сутки) с годовым эффектом 11 млн руб. при окупаемости менее года. Проект реализовывался за 4 месяца: анализ данных → создание модели → разработка ПО → тестирование → внедрение.

«Химпром» планирует масштабировать систему на другие производства, а «Цифра» подчеркивает важность совместной работы с технологами для создания практического, а не теоретического решения.

В июле 2022 года «Нижнекамскнефтехим» запустило программу цифровизации производственных процессов, создав специальное подразделение – «Цифровой офис».

Согласно расчетам, внедрение цифровых решений позволит «Нижнекамскнефтехиму» получить совокупный экономический эффект в размере 2,6 млрд рублей к концу 2026 года.

Как человеческий фактор ограничивает эффективность процессов

С момента внедрения цифровых инструментов в химическую промышленность наблюдается более высокая эффективность. Продукция, выполненная с применением инноваций, более качественная, она дешевле, выпуск можно вести более активными темпами. Такой успех достигается путем исключения человека из процесса. Эффективность процессов на предприятиях с низким уровнем цифровизации гораздо ниже. Человеческий фактор влияет на многие сферы работы: 

1. Принятие решений осуществляется не так эффективно, учитываются не все важные параметры при принятии решений. После модернизации не менее 90% решений будет приниматься с учетом экономики, а в процессе оперативного планирования будут учтены все параметры с прогнозированием сценария развития событий. 
2. В ресурсном отношении сложно поддерживать эффективность из-за текучки кадров, перемещения и старения персонала. Модернизация сведет к минимуму этот процесс, оставив около 20% незаменимого высококвалифицированного персонала, который будет отвечать за планирование, диспетчеризацию, учет и анализ производственной деятельности. 
3. Коммуникация между сотрудниками и подразделениями неэффективна. Базируясь на человеческом факторе данные диспетчера обновляются с периодичностью в 2 часа, включая в себя около 20% актуальных данных, согласование возможно не чаще раза в сутки. Цифровизация даст возможность обновлять 90% всех данных ежечасно, согласовывать данные каждые 20 минут. 

Только за счет интеграции инновационных технологий в предприятия химической промышленности возможно добиться поставленных целей. 

Промышленный интернет вещей

Максимум внимания экспертов отрасли направлено на промышленный интернет вещей. Планируется, что к следующему году объем рынка вырастет многократно. В рамках этой сферы реализуются проекты по контролю здоровья человека, оптимизации процессов на заводах, повышению уровня безопасности локальной и общественной и прочие. 

Интернет вещей подразумевает внедрение умных технологий, способных за счет датчиков, сенсоров обмениваться информацией внутри сетей, обрабатывать ее, анализировать и использовать для дальнейшей оптимизации. Промышленный интернет вещей – более узкое понятие, которое позволяет повышать уровень эффективности работы. Например, метод «цифрового двойника», когда создается виртуальная копия технологии или оборудования для проведения безопасных и недорогих испытаний. 

Возможности цифрового двойника

У технологии цифрового двойника много возможностей, которые сохраняют деньги предприятия, его ресурсы и время. 

Улучшение планирования и сокращение сроков подготовки производства

Применяя методы машинного обучения и накопленные данные предприятие может регулировать производственный цикл опираясь на актуальный потребительский спрос. Таким образом, исключается излишний выпуск товаров, склады не переполняются излишками, логистические цепочки не перегружаются. 

Повышение времени бесперебойной работы оборудования и сокращение его простоев за счет предиктивного обслуживания

Огромное количество оборудования, которое установлено на химических заводах, нуждается в постоянном анализе и контроле. Аналитические системы, собирая информацию с датчиков, могут прогнозировать сбои, рассылать сообщения диспетчерам о необходимости контроля за тем или иным узлом. 

Сокращение производственного цикла выпуска продукции

На производственный цикл влияют различные факторы. Применяя те же системы сбора данных можно обучать математические модели, которые будут выявлять отклонения, закономерности в химических процессах еще до того, как они произойдут. 

Рост качества и уменьшение отклонений

Предиктивная аналитика практически исключает необходимость постпроизводственного контроля продукции. Потенциальные отклонения выявляются и устраняются в процессе не допуская дефекта крупных партий и снижения качества. 

Облачные вычисления

Здесь технологию можно понимать как многопользовательские вычислительные системы, которые используются удаленно. В том числе базы данных, серверы, хранилища информации, аналитика, ПО и прочее. У таких систем практически безграничный объем ресурса. Однако, предприятия могут столкнуться со сложностью передачи больших объемов данных, теоретической уязвимостью информации, необходимостью подготовки квалифицированных кадров. 

Дополненная и виртуальная реальность

Крайне полезна технология дополненной и виртуальной реальности в вопросах проработки сценариев экстренных ситуаций. Система помогает выявить отклонения в работе оборудования считывая информацию с датчиков на оборудовании в цехах. 

Инфраструктура: отраслевые тренды и регуляторные меры

Общение с экспертами химической отрасли позволило выявить несколько самых перспективных цифровых технологий на ближайшее будущее. 

Искусственный интеллект

Основное направление технологии искусственного интеллекта, которое используется в химической промышленности – машинное обучение, глубокое обучение, генеративный ИИ. 

MES (Manufacturing Execution System)

Система управления производственными процессами или MES отвечает за контроль параметров технологических процессов. Она оперативно сигнализирует о любых сбоях и регулирует задачи между подразделениями. За счет собранных данных получается принимать более быстрые, взвешенные управленческие решения. 

BigData

Системы BigData отвечают за предоставление актуальных, корректных данных. Основываясь на них прогнозируется состояние оборудования, уровень спроса, качество продукции, вероятность аварийных ситуаций. 

Частные облака

Частные облачные сервисы заинтересовали производства после введения санкций от западных компаний. С их помощью компании могут быстрее и безопаснее расширяться, тестировать свои гипотезы, решения, сокращать время на производство программного обеспечения. 

Роботизация

Институт статистических исследований и экономики знаний НИУ ВШЭ провел исследование применения промышленных и сервисных роботов на химических производствах, используя систему анализа больших данных iFORA и другие методы.

Система iFORA содержит более 850 млн документов (научные публикации, патенты, нормативные акты, рыночные данные и др.) и продолжает пополняться. В 2020 году она получила признание в журнале Nature как эффективный инструмент для принятия решений, а ОЭСР включила ее в число успешных практик цифровизации науки.

Химические процессы участвуют в производстве более 95% промышленных товаров. Например, Китай является мировым лидером с 40% глобальных продаж, хотя по экспорту уступает США и ЕС из-за высокого внутреннего потребления.

Российская химическая промышленность демонстрирует одни из самых высоких темпов роста (+4,8% в 2013-2023 гг.), уступая только Китаю (+6,7%). Рост обеспечивается внутренним спросом и новыми производствами при господдержке. В 2024 году инвестиции в отрасль составили 1,6 трлн руб., хотя доля России в мировых продажах пока около 1%.

В новостях по цифровизации химической промышленности отмечается дальнейшее развитие технологий, что способствует улучшению процессов в отрасли.

Для оптимизации затрат мировые компании внедряют цифровые решения и промышленную автоматизацию. Около 50% химических предприятий считают роботизацию ключевым направлением развития. По данным IFR, химическая промышленность занимает 4-е место по использованию роботов (22,4 тыс. новых установок в год, общий парк 230 тыс.). Основными рынками являются Китай, США, Европа, Япония, Южная Корея и Турция (80% мирового объема).

Хотя на химическую отрасль приходится около 5% мирового парка роботов, это объясняется высокой степенью автоматизации традиционных процессов. Роботы в основном используются для литья пластмасс, упаковки, смешивания веществ и погрузочных работ.

Растет спрос на сервисных роботов для мониторинга оборудования, диагностики трубопроводов, выявления утечек и транспортировки грузов, что повышает безопасность производств.

Промышленное ПО

В марте 2024 года российский разработчик промышленных ИТ-решений Bimeister стал частью Группы «ОМЗ Перспективные Технологии». Компания Bimeister единственный на рынке отечественный разработчик цифровых моделей предприятий – комплексных инфосистем для сквозного управления процессами на всех этапах жизненного цикла.

В июле прошлого года Группа ОМЗ совместно с Аметист Кэпитал и Инспарк инициировала проект по созданию инновационного ПО для IoT-рынка. Первоочередной задачей стала разработка цифровых решений на базе Inspark IoT Platform – программной площадки для мониторинга и диспетчеризации распределенных объектов, включающей инструменты сбора, анализа и визуализации данных с различных сенсоров и систем управления в реальном времени.

В августе 2024 года Группа Перспективные Технологии вышла в капитал компании TeamStorm – разработчика универсального цифрового решения для управления рабочими процессами, задачами и документацией в единой интерфейсной среде.

Система предиктивной аналитики

«ПРАНА» представляет российскую IIoT-систему предиктивной аналитики и дистанционного мониторинга, разработанную компанией «РОТЕК» под руководством М.В. Лифшица. Система способна прогнозировать потенциальные аварии за 2-3 месяца до их возникновения благодаря раннему обнаружению дефектов оборудования.

Решение зарегистрировано в Реестре российского ПО и Бюро авторского права США. Оно обеспечивает непрерывную диагностику, оценку остаточного ресурса компонентов, анализ и прогнозирование техсостояния любых промагрегатов или их узлов. Система совместима с оборудованием ведущих производителей, включая Siemens, GE, Alstom, а также российские предприятия – ЛМЗ, УТЗ, ОДК, РЭП Холдинг.

«ПРАНА» включает два уровня: нижний уровень собирает информацию из АСУ ТП и систем контроля, которая затем передаётся по защищенным каналам в ЦОД Ситуационного центра для обработки и хранения. Система фиксирует отклонения в журнале событий, сохраняя данные на протяжении всего жизненного цикла оборудования. Производительность решения составляет анализ 30 000 параметров в секунду, а объем обработанных данных превышает 50 ТБ.

Математический аппарат системы основан на методах моделирования по подобию, создавая цифровой эталон оборудования – набор математических моделей, описывающих его идеальное поведение в разных режимах. Для построения моделей применяется методология контрольных T2-карт Хотеллинга, включающая расчет модельных значений, определение невязок и среднеквадратических отклонений. Анализ интегрального T2-критерия позволяет прогнозировать изменения техсостояния и выявлять взаимосвязи параметров.

Система осуществляет диагностику технологических параметров, определяя их значимость и прогнозируя возможные выходы за установленные границы. На основе накопленной статистики она формирует автоматизированные правила выявления проблемных компонентов оборудования.

Функциональные возможности решения включают:

1. Создание персонализированных математических моделей эталонных режимов работы оборудования с учетом его характеристик.
2. Автообнаружение отклонений от эталонных значений с оповещением через SMS и электронную почту.
3. Автоматизированный анализ причин возникновения отклонений.
4. Прогнозирование потенциального периода бесперебойной эксплуатации оборудования.
5. Сравнительную оценку рабочих режимов для однотипных промобъектов.
6. Идентификацию потенциально опасных режимов эксплуатации.
7. Определение остаточного ресурса узлов.
8. Обеспечение резервного хранения исторических данных.
9. Предоставление защищенного удаленного доступа к актуальным данным о работе оборудования.

Цифровая Химия

23.04.2025 года в Москве прошел третий Федеральный форум «Цифровая Химия», организованный ComNews. Мероприятие служит проф площадкой для обсуждения актуальных вопросов цифровизации и автоматизации в химической, нефтехимической и фармацевтической отраслях, включая практику внедрения импортонезависимых ИТ-решений, а также демонстрацию инновационных разработок отечественных производителей ПО и промышленных автоматизированных систем.

Эксперты представили ключевые проекты ИЦК «Химия и фармацевтика» и корпоративные ИТ-разработки, после чего обсуждение разделилось на два трека: цифровизацию в химии, нефтехимии и фармацевтике, а также медиаконтент в отрасли. После этого прошли сессии по ИИ, цифровым двойникам, корпоративным платформам и цифровой трансформации продаж.

За прошедший год генеративный искусственный интеллект превратился в обязательное условие для поддержания конкурентоспособности бизнеса. Особенно востребованным в химотрасли становится генеративный BI (GenBI) – интеллектуальный помощник на основе языковых моделей для обработки аналитических и ситуационных запросов. Это решение дает возможность практически в реальном времени получать аналитические данные и оперативно вносить корректировки через интерактивный диалог. Например, руководитель химпредприятия может запросить у чат-ассистента анализ простоев оборудования после внедрения предиктивной аналитики и мгновенно получить оценку эффективности нововведений. Развернуть подобного ассистента можно с помощью платформы Neoflex Dognauts, которая обеспечивает полный цикл разработки и эксплуатации машинного обучения.

Цифровая трансформация химпромышленности набирает обороты, и отраслевой форум играет ключевую роль в этом процессе, выступая важной площадкой для обмена практиками, обсуждения актуальных цифровых трендов и установления новых деловых контактов.

Открытая АСУ ТП

Химпромышленность включена в пилотный проект Минпромторга по цифровой трансформации, предусматривающий грантовую поддержку, создание отраслевых центров компетенций, развитие отечественных систем автоматизированного управления технологическими процессами (АСУТП) и стандартизацию промышленных сведений.

Правительственное постановление №1912 вводит ограничения на применение иностранных программно-технических комплексов АСУТП для объектов критической информационной инфраструктуры (КИИ), однако российский рынок пока испытывает дефицит конкурентоспособных решений в этой сфере. Одним из возможных путей решения задачи импортозамещения для дальнейшей цифровой трансформации химической промышленности может стать разработка открытых платформ АСУТП.

Вывод

Цифровизация химической промышленности активно развивается, приносит множество преимуществ:

1. Рост эффективности. Цифровые технологии помогают улучшить процессы, снизить издержки, повысить качество продукции.
2. Популярные технологии. Внедряются технологии, такие как промышленный интернет вещей, искусственный интеллект, предиктивная аналитика.
3. Проблемы внедрения. Главные трудности – это высокая стоимость внедрения, дефицит специалистов, а также недостаточная осведомленность о преимуществах цифровизации.
4. Государственная поддержка. Она помогает преодолевать барьеры, включая налоговые льготы, стимулирование спроса на отечественные IT-решения.
5. Перспективы роста. Ожидается, что цифровизация будет продолжать расти, что откроет новые возможности для улучшения работы химической отрасли.

В целом, цифровизация помогает химической промышленности становиться более эффективной, но для полного раскрытия потенциала требуется преодолеть существующие проблемы.

Информация и материалы, представленные на сайте: skolkovo-resident.ru взяты из открытых источников, расположенных в сети «Интернет». Администрация сайта не имеет какого — либо отношения к Федеральному государственному бюджетному учреждению «Фонд Сколково» и иным институтам развития, а также не является аффилированным лицом по отношению к данным организациям и / или к их сотрудникам.