Цифровая наука на службе управления качеством продукции

Олег АРАЛОВ
ООО «НИИ Транснефть», д. т. н.
e-mail: AralovOV@niitnn.transneft.ru

Введение

Проблема управления надёжностью продукции в нефтегазовом комплексе (далее – НГК) имеет свою историю и в силу ее очевидной актуальности, так или иначе, решается нефтегазовыми компаниями на протяжении не одного десятка лет. Применительно к магистральному трубопроводному транспорту нефти и нефтепродуктов эта задача решается обособленно – как в рамках директивно-­предупредительной системы, так и путем создания корпоративных систем сертификации продукции [1]. Проанализировав различные системы управления качеством в нефтегазовом комплексе в целом и, магистральном трубопроводном транспорте, в частности, автор пришел к выводу, что наиболее структурированная и эффективная система создана и функционирует в ПАО «Транснефть». Эта система создана и развивается в рамках отраслевой системы оценки соответствия продукции, применяемого в компании. Ядром этой системы сертификации является информационно-­аналитическая база – Реестр основных видов продукции (далее – Реестр ОВП).

Помимо классических процедур сертификации, система оценки соответствия включает в себя целый комплекс научно-­методических процедур, таких как: разработка нормативной базы, определяющей технические требования к продукции, а также математический аппарат, позволяющий решать задачи прогнозирования отказов продукции, нормирования режимов её эксплуатации и определения периодичности проведения её испытаний и ремонтов.
При этом нормативная документация разрабатывается на основе результатов научно-­исследовательских и опытно-­конструкторских работ (далее – НИОКР), реализуемых компанией, что позволяет сформулировать научно-­обоснованные параметры и характеристики продукции.
В настоящее время «Транснефть» регулирует качественные показатели эксплуатируемых технических систем специальным комплексом организационно-­технических мероприятий, включающих: испытания продукции, инспекции производства на заводах-­изготовителях, а также экспертизу технической документации производителей.
Однако одними лишь организационными мерами проблему управления надёжностью продукции решить практически невозможно. Организационно-­технические процедуры оценки соответствия являются важной составляющей глобальной системы управления надёжностью, но не единственной. С помощью этих процедур происходит формирование массивов обширных статистических данных, которые нуждаются в осмыслении, систематизации и дальнейшем применении. Таким образом, актуальной задачей становится разработка завершённого методологического аппарата, включающего в себя комплекс математических моделей и методик, позволяющего управлять надёжностью продукции на основании обширных статистических данных о его возможных состояниях в процессе эксплуатации.

Методология управления качеством продукции

Основное направление решения этой сложной многофакторной задачи состоит в разработке базовых методов, позволяющих использовать эксплуатационную информацию о возможных состояниях продукции с привязкой ко всем этапам их жизненного цикла.
Графическая интерпретация процедур оценки соответствия компании представлена на рис. 1.

Из рисунка видно, что на уровне организационно-­технических работ система управления надёжностью продукции имеет сложившийся, завершённый характер и включает в себя целый комплекс процедур подтверждения соответствия качества продукции, начиная от экспертизы технической документации производителей продукции и заканчивая диагностическими работами различного рода.
Результатами данных процедур являются статистические данные как о 
состоянии производства, так и о состоянии продукции в различные периоды его эксплуатации.
Эти статистические исходные данные и служат основой для разработки методологии управления надёжностью продукции, фундамент которой представлен в виде семи математических моделей, объединённых в три методики [2].
В таблице 1 схематизирована методология управления качеством продукции на этапах производства и эксплуатации. Данная методология включает:
–  три методики, являющиеся решением основных семи задач управления качеством продукции, сформулированных автором;
–  исходные данные, необходимые для решения этих задач;
–  организационно-­технические мероприятия, формируемые на основании результатов решения задач.
Для решения задач, представленных в таблице 1, автором разработаны соответствующие математические модели, проведены апробации этих моделей на реальных исходных данных, получена требуемая при инженерных расчетах сходимость результатов [2].

Непрерывная реализация процедур управления надежностью позволяет снизить риск применения на производственных объектах продукции, несоответствующей реальным условиям эксплуатации, вследствие чего повышается общая надежность трубопроводных систем.
Таким образом, существующая система оценки соответствия продукции (далее – ОСП), применяемой «Транснефтью», представляет собой комплекс мер, направленных на обеспечение безопасности, качества закупаемой продукции и реализуемых на всем пути движения продукции от изготовителя к потребителю.
Оценке соответствия в «НИИ Транснефть» подлежит продукция производителей, обеспечивающая технологические процессы транспортировки нефти и нефтепродуктов, и безопасность объектов магистральных нефтепроводов и нефтепродуктопроводов.
В условиях стремительно развивающейся индустрии технического регулирования, многократно увеличивающегося объема обрабатываемой информации, возникает необходимость в применении передовых средств автоматизации и программирования для эффективного решения производственных задач при выборе продукции, отвечающей корпоративным требованиям качества.
В существующей системе ОСП были выявлены проблемы, а именно необходимость в:
наполнении Реестра ОВП для проведения закупочных процедур (нехватка производителей по отдельным видам продукции);
ускорении и оптимизации процессов ОСП (сокращение сроков на экспертизу, на инспекцию производства и на испытания продукции);
упорядочении данных, накопленных за более чем десятилетний период работы ОСП (десятки терабайт текстовых данных, таблиц с тысячами строк и десятками столбцов, огромный бессвязный массив скан-копий документов и т. д.);
исключении дублирующих процессов (усложнение бизнес-­процессов с течением времени потребовало их глубокий всесторонний анализ).
Комплекс назревших проблемных вопросов послужил первопричиной и катализатором для проведения исследований и анализа опыта цифровизации процессов сертификации в РФ и зарубежных компаниях, по результатам которого было установлено, что данное IT-направление деятельности имеет большие перспективы развития, а для систем отраслевой сертификации продукции и вовсе будет инновационным [1, 3–5].
В процессах ОСП участвуют различные корпоративные информационные системы (отраслевой информационный фонд (ИС НТД ОИФ), база данных оценки качества ОВП (БДОК) и т. д.), в которых данные хранятся в разных форматах. С целью консолидации и преобразования этих разрозненных, неформатированных данных в качественное цельное представление текущего состояния бизнес-­процессов по ОСП, была сформулирована задача по разработке автоматизированной информационной системы управления процессами оценки соответствия основных видов продукции (далее – АСУ ОВП).

Цифровая эволюция

Предварительно для нахождения дублирующих процессов ОСП и оптимизации бизнес-­процессов были разработаны BPMN-диаграммы (от англ. Business Process Model and Notation – нотация и модель бизнес-­процессов) в программном продукте ARIS (см. рис. 2).

Моделирование процессов ОСП в ARIS позволило значительно их оптимизировать и в дальнейшем автоматизировать, что привело к необходимости изменения отраслевых регламентов.
В соответствии с решениями комитета по информационным технологиям компании, несмотря на сложности, вызванные пандемийными ограничениями, начиная с апреля 2020 года, рабочая группа в составе специалистов «НИИ Транснефть» и компании приступила к разработке программного обеспечения АСУ ОВП.
АСУ ОВП – автоматизированная информационная система для выполнения работ по исполнению требований нормативных документов в области ОСП с возможностью управления и координации процессов экспертизы, испытаний и инспекционного контроля. Архитектура АСУ ОВП представлена на рис. 3.

Цели, поставленные перед АСУ ОВП:
наличие единого информационного ресурса, объединяющего данные о процессах ОСП, осуществляемых «НИИ Транснефть»;
повышение качества услуг в области ОСП, предоставляемых
«НИИ Транснефть».
За счет разрабатываемой и поэтапно внедряемой в промышленную эксплуатацию АСУ ОВП минимизируется ручной труд и сокращается количество невынужденных ошибок, а также отклонений от нормативных сроков процедур ОСП. АСУ ОВП позволяет улучшить информационный обмен между участниками процесса ОСП, осуществлять прогнозирование по ключевым этапам оценки соответствия для принятия необходимых решений.
Современные средства автоматизации и коммуникаций позволяют развивать АСУ ОВП и внедрять дополнительные опции, направленные на совершенствование АСУ ОВП. В настоящее время ведется подготовка к разработке полноценного веб-портала на сайте «НИИ Транснефть» с личным кабинетом заказчиков (заводов-­изготовителей продукции).
Веб-портал АСУ ОВП предназначен для:
–  создания, редактирования и просмотра электронных заявок в личном кабинете заявителя;
– предоставления заявителю информации об актуальном состоянии (статусе) электронной заявки;
–  направления в личный кабинет заявителя информации по вопросам ОСП.
Архитектура веб-портала представлена на рис. 4.

Перспективные кейсы развития

Данные становятся одним из важнейших ресурсов в современных промышленных компаниях. Технологии искусственного интеллекта и BigData
позволяют извлечь из них дополнительную ценность и вывести бизнес на новый уровень.
В связи с этим после завершения разработки АСУ ОВП, ее дальнейшее
развитие будет направлено на:
внедрение смыслового анализа ТД производителей, загружаемых на сайт при подаче электронной заявки для автоматизированной идентификации и оценки ключевых нормированных показателей качества продукции;
интеграцию с базами данных отказов продукции ОСТ для формирования BigData и проведения автоматизированного анализа отказов с целью внесения изменений в нормативную базу и повышению надежности продукции;
создание поисковой веб-системы для автоматизированного подбора и привлечения альтернативных производителей в Реестр ОВП для расширения конкурентной среды.

Смысловая аналитика

Одним из инновационных решений для корпоративных функций является семантический анализ отраслевых регламентов, стандартов и руководящих документов компании с целью повышения эффективности проработки данных документов для повышения качества сертификации продукции. При разработке решений могут быть использованы технологии поиска со встроенным инструментом текстового анализа механизмов извлечения, а также нейронная сеть.
На сегодняшний день «НИИ Транснефть» ведет разработку информационной системы управления нормативной документацией, в которой вся нормативная база будет переведена в цифровой вид. Поэтому, в перспективе в АСУ ОВП станет возможным автоматическая подготовка изменений к стандартам для их согласования.
Аналитика потоков данных от эксплуатирующих организаций и выявление сложных паттернов предстоящих событий позволит выявлять проблемы и изменять нормативную базу соответствующим образом, чтобы предотвратить найденные проблемы в будущем и повысить качество и надежность эксплуатируемой продукции (см. рис. 5).

Блокчейн на службе оценки соответствия продукции

Не менее важным вопросом в ОСП является максимальная защита от контрафактной продукции и вопросы оптимизации взаимодействия с производителем [6–8].
В настоящее время выполняется проработка вопросов перехода на электронные договора с цифровыми подписями, заключаемые с производителями и применение блокчейна в АСУ ОВП.
Технология блокчейна стала популярной после появления первой криптовалюты – биткоина, с целью избавить мир от посредников при оплате услуг и максимально защитить от мошенничества.
Упрощенно блокчейн можно представить как электронный журнал, содержащий список записей, например информацию о финансовых операциях. Особенность в том, что этот журнал доступен с любого компьютера, подключенного к конкретной распределенной сети. Это децентрализованная база данных (распределенный реестр), где все записи зашифрованы надежными криптографическими способами и связаны между собой, обновляясь и синхронизируясь одновременно на компьютерах всей сети. В теории это обеспечивает полную защиту от взлома и изменений, так как злоумышленникам придется не только расшифровать информацию, но и вносить изменения на всех компьютерах системы.
Технология блокчейна позволит на 100 % отслеживать происхождение любого продукта, предлагаемого производителем. Сохранение всей истории происхождения приведет к уменьшению подделок и мошенничеств, упростит взаимодействие с производителями, сделает более простым техническое обслуживание и многие другие операции, где важно наличие достоверной информации.

Имитационное моделирование продукции

Со стремительным развитием технологий становится возможным создание цифровых двой­ников объектов инфраструктуры магистральных трубопроводов, позволяющих прогнозировать различные сценарии для конкретного технологического процесса. В рамках АСУ ОВП планируется создание 3D-моделей продукции, которая соответствует требованиям компании.
Все это позволяет оценивать влияние на конкретный объект любых изменений внешних и внутренних условий, а значит, выбирать оптимальные режимы работы продукции. Кроме того, цифровые модели позволяют сократить время на проектирование объектов, а также тестировать инженерные решения без необходимости нести риски на реальных объектах инфраструктуры.

Заключение

Таким образом, практической ценностью полученных институтом результатов является разработка и внедрение в отраслевую систему управления качеством продукции (отраслевую систему оценки соответствия) научно-­методи­ческого аппарата, позволяющего на основе обширного статистического материала по отказам и дефектам, имеющегося в распоряжении
«Транснефти», с требуемой достоверностью рассчи­тывать основные показатели надёжности техники на всех интервалах её жизненного цикла.
Разработанный научно-­методологи­ческий аппарат, а также интеллектуальные программные комплексы на его основе, являются неотъемлемой и важнейшей составляющей отраслевой системы оценки соответствия «Транснефти». Внедрение данных активов в глобальную отраслевую сферу управления качеством продукции на основе современной информационной системы АСУ ОВП, позволило замкнуть контур обратной связи, с одной стороны – между организационно-­директивными мероприятиями по управлению качеством, и, с другой – научной базой, включающей комплекс математических моделей и методик, позволяющих обрабатывать обширные статистические данные по отказам и дефектам техники, применяемой в магистральном трубопроводном транспорте нефти и нефтепродуктов.