CC BY
112
УДК 66:004
Подсухина А.Р., Авруцкая С.Г.
Мировые тенденции внедрения цифровых технологий в химической промышленности
Подсухина Анастасия Романовна1 - студент; PodsuhinaNasty@mail.ru. Авруцкая Светлана Гарровна1,2 - к.х.н., доцент кафедры;
1 ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева», Россия, Москва.
2 ФГБОУ ВО «Российская академия народного хозяйства и государственной службы при Президенте Российской Федерации», Россия, Москва, 119571, пр. Вернадского, д. 82.
В статье рассмотрено состояние внедрения цифровых технологий в химической промышленности и факторы, препятствующие цифровизации. Обсуждаются основные направления внедрения цифровых технологий на предприятиях, включая оптимизацию производства, поддержку удаленных операций, сокращение отходов, повышение безопасности и устойчивости, приведены оценки эффективности мероприятий. Затронуты причины отставания химической промышленности в сфере цифровизации и оценены возможности, которые предоставляют цифровые технологии для повышения ее эффективности. Приведены рекомендации по внедрению цифровых технологий на химических предприятиях.
Ключевые слова: химическая промышленность, химические предприятия, цифровые технологии, цифровизация, цифровая трансформация
Global Trends in Implementation of Digital Technologies in Chemical Industry
Podsukhina A.R., Avrutskaya S.G.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russian Federation
The article considers the state of the digital technologies implementation in the chemical industry and the factors that impede digitalization. The main areas of implementation of digital technologies in enterprises are discussed, including operations optimization, remote work support, reducing waste, improving safety and sustainability, the effectiveness of measures is evaluated. The reasons for the chemical industry lagging in digitalization are discussed and the opportunities that digital technologies provide to increase its efficiency are assessed. Recommendations for the implementation of digital technologies at chemical plants are provided.
Keywords: chemical industry, chemical plants, digital technologies, digitalization, digital transformation
Введение
Тема цифровой трансформации сегодня в центре внимания. Иметь базовое представление о структуре цифровой экономики, о ключевых технологиях, определяющих ее развитие необходимо разным профессиональным сообществам. Ни одна компания, нацеленная на долгосрочное развитие, не может игнорировать происходящие масштабные структурные изменения, связанные с цифровизацией. Залогом живучести и успеха на рынке в настоящее время во многом является способность своевременно интегрировать цифровые технологии в производственные и управленческие процессы.
Термины «цифровая экономика» и «цифровая трансформация» прочно вошли в обиход. Цифровизация, изначально понимаемая как переход от аналоговых данных к цифровым, превратилась в концепцию экономической деятельности, основанную на цифровых технологиях (ЦТ), внедряемых в разные сферы производства и общественной жизни [1]. Однако уровень внедрения ЦТ в химической промышленности ниже, чем в других производственных и особенно высокотехнологичных отраслях. В статье будут рассмотрены современное состояние и перспективы внедрения ЦТ в химических компаниях.
Состояние цифровой трансформации химического производства
В соответствии с результатами опроса руководителей компаний, химическая промышленность отстает по уровню цифровой зрелости от других отраслей [2]. Причины отставания отрасли в
цифровизации разнообразны: от неочевидных экономических преимуществ, ограниченности инвестиционных ресурсов, нехватки или недостаточной квалификации персонала, неприятия рисков до отсутствия специальных отраслевых решений.
Отсутствие квалифицированного персонала, способного разрабатывать и внедрять цифровые решения, является самым большим барьером на пути цифровизации. Химическая промышленность, как и другие обрабатывающие отрасли, воспринимается как более старый, менее захватывающий сектор, что затрудняет привлечение молодых цифровых талантов. Однако ситуация быстро меняется: в соответствии с опросом БУ в 2022 г., отсутствие квалифицированного персонала является проблемой лишь для трети респондентов по сравнению с 47% в 2020 г. [3].
Другим серьезным препятствием служит недостаточная поддержка и понимание преимуществ цифровизации руководителями компаний. Только 38% считают, что их организация полностью понимает влияние цифровизации на химическую промышленность, в то же время 30% компаний по-прежнему не уверены в экономических преимуществах цифровой трансформации [4]. Имеются трудности при переходе от пилотных проектов к полномасштабным производственным процессам, поэтому сложно оценить результаты; возникает соблазн внедрять ЦТ в наиболее очевидных сферах, что ограничивает получаемые преимущества.
Часто упоминают отсутствие цифровых инструментов, разработанных специально для
химической промышленности. В то время как в других отраслях существует современное программное обеспечения (ПО), предназначенное для сбора и анализа цифровых данных, многие химические компании по-прежнему полагаются на устаревшее ПО, разработанное либо собственными силами, либо поставщиками, не знакомыми со спецификой химических исследований и разработок.
За отсутствием специализированного
аналитического ПО скрывается еще более глубокий источник сопротивления: многие химические компании были основаны в доцифровую эпоху и до сих пор сохраняли свое конкурентное преимущество, не внедряя цифровые решения. Цифровизация даже одного исследовательского процесса требует значительных инвестиций - иными словами, перспектива цифровой трансформации сопряжена с неизбежным финансовым риском.
К сожалению, нежелание химических компаний инвестировать в цифровые инструменты подпитывает цикл сопротивления: поскольку сравнительно небольшое количество химических компаний профинансировало усилия по цифровой трансформации, в отрасли относительно мало достоверных данных о преимуществах таких усилий. В результате такого дефицита данных о рентабельности инвестиций многие руководители химических компаний по-прежнему не убеждены в том, что цифровизация принесет достойную отдачу, что снижает темпы внедрения по сравнению с другими отраслями и еще больше ограничивает развитие цифровых пилотных проектов [5].
В настоящее время ключевыми вызовами для компаний при внедрении ЦТ являются создание надежной технической инфраструктуры (40%), обеспечение необходимого финансирования (38%) и разработка безопасных систем (38%) [3].
Ключевые направления использования ЦТ в химической промышленности
Химическая отрасль неоднородна. Компания БеЫйе выделила три категории химических компаний: крупномасштабные и вертикально интегрированные владельцы природных ресурсов (например, производители минеральных удобрений) - они, как правило, уделяют больше внимания непрерывному совершенствованию и повышению эффективности производственных процессов; поставщики решений, как правило, сосредотачиваются на использование преимуществ дифференциации, которые дает объединение своих продуктов с услугами; производители дифференцированных товаров часто фокусируются на эффективности цепочки поставок, инновациях и оптимизации затрат, чтобы добиться конкурентного преимущества на фрагментированном рынке [6].
Таким образом, разные предприятия имеют разные бизнес-модели, и их отношение к внедрению цифровых технологий может различаться. Тем не менее, можно выделить наиболее очевидные тренды [4]. - Оптимизация производства
Первое и самое перспективное направление использования ЦТ на химических предприятиях - это оптимизация производства за счет повышения эффективности и автоматизации технологических процессов, предиктивного и удаленного мониторинга и оптимизации обслуживания оборудования.
Тремя основными задачами цифровизации являются улучшение анализа данных (43%), интеграция и оптимизация процессов и систем (33%), улучшение и интеграция управления данными (29%) [2].
Прогнозная аналитика позволяет выявлять примеси, угрозу отказа оборудования или другие проблемы, которые могут повлиять на качество и количество продукции. Раннее обнаружение проблем позволяет планировать ремонт оборудования и поддерживать стабильное качество.
Кроме того, сквозная (еМ4о-еМ, E2E) цифровая трансформация позволяет использовать данные и аналитику для прогнозирования снижения спроса и выведения на рынок низкомаржинальной продукции для загрузки производственных мощностей и снижения постоянных затрат или более эффективного перераспределения спроса на предприятии. Когда спрос растет, объем производства можно быстро увеличить.
- Поддержка удаленных операций
Пандемия COVID-19 заставила предприятия пересмотреть свои возможности поддержки удаленных и гибридных операций. Улучшенные платформы для коммуникации и совместной работы помогают удаленным командам работать вместе в химическом производстве так же, как и в любой другой отрасли. Опрос Deloitte показал, что 61% руководителей планируют разработать гибридную производственную модель в течение следующих трех лет.
Также химические предприятия создают цифровые двойники, которые воспроизводят определенные системы, процессы или весь завод в цифровом виде. Цифровые двойники обеспечивают дистанционное наблюдение за оборудованием и процессами, удаленную диагностику, а часто и удаленное техническое обслуживание, и ремонт.
Усовершенствование использования датчиков для измерения коррозии, загрязнения и изменения качества сырья также позволяет предприятиям высвободить персонал без ущерба для производительности.
- Сокращение отходов
Нестабильные цены на сырье и высокие энергозатраты в химической промышленности требуют минимизации производственных затрат и, следовательно, отходов. Внедрение ЦТ обеспечивает заблаговременные предупреждения о неэффективности и потенциальных отказах оборудования и позволяет ремонтировать его по мере необходимости, тем самым продлевая его жизненный цикл, снижая потребление энергии и расход сырья.
Аналитические решения, которые отслеживают изменение цен на сырье, позволяют получать самые выгодные предложения от поставщиков и прогнозировать резкие изменения цен. Более точное прогнозирование спроса означает, что заводы могут
производить необходимое количество различных продуктов, снижая риск перепроизводства.
- Открытие новых возможностей роста
Наиболее очевидные примеры использования ЦТ
связаны с совершенствованием производственных процессов, но более зрелые в цифровом отношении предприятия внедряют ЦТ, чтобы открывать новые возможности роста, стимулировать инновации и развивать конкурентные преимущества.
Например, они применяют искусственный интеллект в химических исследованиях для создания новых материалов или химических структур и разработки новых путей синтеза, повышающих устойчивость. Многофакторный анализ позволяет ученым более точно определять влияние отдельных ингредиентов в смеси, повышая качество продукта. Автоматизация ускоряет разработку новых продуктов с двух-трех лет до четырех-шести месяцев, поэтому заводы могут гораздо быстрее удовлетворять новый спрос.
- Прозрачность цепи поставок
Пандемия выявила зависимость химических предприятий от стабильности поставок, поэтому компании сосредоточились на повышении прозрачности и интеграции цепи поставок.
Заводы внедряют цифровые двойники, чтобы отслеживать всю цепочку поставок, от сырья до производства и прогнозов сбыта. Таким образом они могут быстрее реагировать на изменения и сбои, перестраивая цепочки поставок и встраивая своих новых поставщиков в цифровую интегрированную экосистему.
Сквозная цифровая цепь поставок с полным обменом данными позволяет компаниям спрос и доступность сырья при разработке и производстве продукции.
- Безопасность, соответствие нормативным
требованиям и устойчивость
Химическая промышленность строго регулируется, поскольку производит вредные или опасные химические вещества, а также потому, что от нее зависят отрасли - конечные потребители. Компании внедряют ЦТ, чтобы повысить уровень безопасности, сократить выбросы и сбросы, обеспечить четкие и точные результаты проверки.
Цифровые двойники, удаленный мониторинг и профилактическое обслуживание снижают
необходимость участия персонала в проверках, ремонте и техобслуживании оборудования в опасных ситуациях. Чем выше стабильность и эффективность производства, тем ниже выбросы.
Наконец, цифровая документация более точная и надежная, чем бумажные документы, которые могут не принять при проверке безопасности или соответствия требованиям.
Проведение цифровых преобразований в химической промышленности
Основываясь на опыте работы с ведущими компаниями как в химической промышленности, так и в других отраслях B2B, консультанты выделяют ряд обязательных условий успешного внедрения ЦТ [7].
- Наличие видения
Руководство должно определить, каким оно видит компанию в будущем - к какой экосистеме она будет принадлежать, какое место будет занимать в цепочке создания стоимости, каковы приоритеты -эффективность производства или увеличение дохода, какие области бизнес-модели затронет цифровая трансформация - взаимоотношения с клиентами, продукты или производство.
- Количественная оценка результатов
Цифровые технологии должны решать конкретные
бизнес-задачи, такие как выход на новые рынки, повышение производительности, снижение выбросов и увеличение прибыли. Поэтому необходимо оценить существующие возможности, их результаты и связанные с ними затраты, после чего расставить приоритеты, исходя из соотношения затрат и выгод.
- Наличие необходимых компетенций
В дополнение к существующим технологическим и управленческим навыкам нужны новые, которых обычно нет в химических компаниях. Это потребует как найма новых сотрудников, так и обучения существующих. Требуется определить, какие компетенции и кадры нужны для реализации цифровых инициатив, можно ли использовать партнерства для получения доступа к технологиям.
- Правильная организационная структура и методы управления
Наем новых сотрудников в существующую организацию, часто ориентированную на инженеров, не гарантирует успеха. Необходимо решить, каким образом - централизованно или децентрализованно -будут внедряться ЦТ и соответствующим образом адаптировать структуру организации и управления.
- Дорожная карта на основе гибкого подхода и мышления
Сроки реализации технологических проектов сокращаются, при этом изначально определённые цели и риски могут меняться. Организация (или экосистема партнеров) должна обладать способностью к гибкому развитию, а также компетенциями, организационной и управленческой структурой, которые бы поддерживали гибкий подход.
- Создание цифровой культуры
Для успешного внедрения ЦТ необходима соответствующая организационная культура, о которой необходимо подумать заранее, включая ценности, стиль руководства, организацию рабочих мест, коммуникации с персоналом и внешними заинтересованными сторонами. Необходим мониторинг развития цифровой культуры и уровня цифровой зрелости.
Перспективы внедрения ЦТ на химических предприятиях
Согласно опросу Deloitte в 2017 г., менее 50% химических предприятий имели какую-либо конкретную цифровую стратегию или дорожную карту трансформации [8]. В то же время, по оценкам отраслевых экспертов [2], потенциал роста операционной рентабельности только при внедрения цифровых технологий (ЦТ) в производственные процессы составляет 4-6 % за счет повышения выхода
продукта, сокращения временных и энергозатрат, автоматизации и роботизации. Цифровой анализ энергопотребления может помочь снизить зависимость от низкоэффективных видов топлива и сырья, значительно улучшив энергоэффективность многих производственных процессов. Огромные объемы данных, которые генерируют, как и большинство крупных промышленных предприятий, химические заводы, могут быть использованы для повышения эффективности производства и увеличения выхода продукции. Недавние исследования показали, что химические компании могут добиться увеличения рентабельности инвестиций на целых 5%, просто оцифровав свои производственные процессы [5]. Такого же повышения эффективности можно добиться, внедрив ЦТ в маркетинг и продажи, существуют возможности роста и в других бизнес-процессах -НИОКР, снабжении, управлении. Однако лишь малая часть химических компаний предприняли значительные шаги в направлении цифровой трансформации в масштабах всей организации.
В то же время результаты уже внедренных проектов цифровизации впечатляют. Вклад в прибыль может быть значительным. Так, внедрение расширенной аналитики на производстве полиуретана дало возможность проанализировать полмиллиарда точек данных, относящихся к технологическому процессу, и внести в него необходимые корректировки, что позволило увеличить выпуск изоцианатов на 10 % без дополнительных капиталовложений и снизить затраты за счет сокращения на 25 % энергопотребления.
Другая компания, производитель продуктов тонкого органического синтеза, на основе расширенной аналитики разработала модель производственного процесса с повышенным уровнем точности, а затем использовала ее для мониторинга и корректировки параметров процесса через специально разработанное приложение. Это привело к росту производительности, всего за месяц объем производства вырос более чем на 30 %, при этом выход продукта увеличился на 6 %, что позволило сэкономить сырье и снизить потребление энергии на 26 % [7].
Заключение
Можно выделить несколько аспектов воздействия ЦТ на химические компании. Первый - это их использование для совершенствования бизнес-процессов компании, что ведет к повышению эффективности деятельности. Второй - потенциал воздействия ЦТ на структуру спроса конечных потребителей, это будет влиять на снабженческо-сбытовые цепочки в химической промышленности. Еще один - это трансформация бизнес-моделей компаний в результате внедрения ЦТ, в результате чего химические компании смогут иначе создавать ценность для клиентов. Таким образом, цифровые технологии постепенно становятся неотъемлемой частью цепочки создания стоимости, от НИОКР до взаимоотношений с потребителями.
Пандемия COVID-19 ускорила процесс цифровой трансформации химических предприятий, и разрыв между компаниями, достигшими цифровой зрелости, и
теми, кто все еще пытается понять преимущества цифровизации и найти необходимые ресурсы, постоянно увеличивается. Сохранить конкурентные преимущества и развить новые компетенции можно, лишь осознав необходимость внедрения ЦТ и направив на это усилия и ресурсы. Поэтому цифровизация стала вторым по значимости направлением инвестиций для химических предприятий. 65 % руководителей ожидают, что она будет оказывать значительное влияние на их бизнес, причем 40 % считают, что это влияние будет подрывным или революционным [3]. Цифровая трансформация позволит достичь конкурентного преимущества за счет цифровизации производственных процессов, привлечения и развития персонала с современными цифровыми компетенциями, инвестирования в передовые и совместимые ЦТ, создания при поддержке руководства цифровой культуры и разработки новых продуктов и технологий в ответ на запросы конечных потребителей.
Список литературы
1. Прохоров А., Коник Л. Цифровая трансформация. Анализ, тренды, мировой опыт. Издание второе, исправленное и дополненное. — М.: ООО «КомНьюс Груп», 2019. — 368 стр., ил.
2. Digitalization of the European Chemical industry world [Электронный ресурс] // European Federation of Chemical Engineering. URL: https://efce.info/Events/European+Forum +on+New+Technologies/2nd+European+Forum+on+New+T echnologies/ /Winter20190301 EFCE Digital Cefic MWi f inal.pdf (дата обращения 23.03.2023)
3. Jenner, F. Why the chemical industry is prioritizing digitalization [Электронный ресурс] // EY, 2022. URL: https://www.ey.com/en gl/advanced-manufacturing/why-the-chemical-industry-is-prioritizmg-digitalization (дата обращения 23.03.2023)
4. Digital Transformation & Industry 4.0 in the Chemical Industry [Электронный ресурс] // Precognize. URL: https://www.precog.co/blog/digital-transformation-industry-4-0-in-the-chemical-industry/ (дата обращения 23.03.2023)
5. Overcoming digital transformation roadblocks in the chemical industry [Электронный ресурс] // Elsevier. 2020. URL:https://www.elsevier.com/ data/assets/pdf file/0011/97 2389/Overcoming-digital-transformation-roadblocks whitepaper_CHEM-MAN_WEB.pdf (дата обращения 23.03.2023)
6. Winning in evolving times. Strategic imperatives for chemicals companies [Электронный ресурс] // Deloitte, 2021 .URL:https://www2.deloitte.com/us/en/insights/industry/ oil-and-gas/chemicals-companies-strategic-imperatives.html (дата обращения 23.03.2023)
7. Klei, A., Moder, M., Stockdale, O., et al. Digital in chemicals: From technology to impact [Электронный ресурс] // McKinsey, 2017. URL: https://www.mckinsey.com/ industries/chemicals/our-insights/digital-in-chemicals-from-technology-to-impact (дата обращения 23.03.2023)
8. Chemistry 4.0 Growth through innovation in a transforming world [Электронный ресурс] // Deloitte 2017 URL:https://www2.deloitte.com/content/dam/Deloitte/global/ Documents/consumer-industrial-products/gx-chemistry%204.0-full-report.pdf (дата обращения 23.03.2023)
