Экономическая модель оценки эффективности инвестиций в системы мониторинга технического состояния конструкций

ANALYSIS OF MEANS AND METHODS OF STRESS-STRAIN STATE CONTROL OF STRUCTURES DURING OPERATION

Ivan Devyatov

Candidate of Economic Sciences, Senior Researcher of the Lomonosov Moscow State University – MGU, Russia, Moscow

Sergei Iurgenson

Candidate of Technical Sciences, Junior Researcher at the Faculty of Economics of the Lomonosov Moscow State University – MGU, Russia, Moscow

Ivan Zharenov

Junior Researcher of the Lomonosov Moscow State University – MGU, Russia, Moscow

Andrei Trutnenko

Junior Researcher at the Faculty of Economics of the Lomonosov Moscow State University – MGU, Russia, Moscow

Dmitrii Tuev

Junior Researcher of the Lomonosov Moscow State University – MGU, Russia, Moscow

Аннотация. В этой статье описывается подход к экономической оценке высокоэффективных систем мониторинга состояния конструкций, обеспечивающих повышение безопасности и экономической эффективности эксплуатации сложных инженерных конструкций и сооружений за счет получения данных контроля состояния конструкций (обнаружение повреждений, трещин, мониторинг ударов, коррозии, напряжений, перегрева) и их предиктивного анализа в реальном времени.

Abstract. This paper describes the approach to the economic assessment of highly effective structural health monitoring systems which provide enhancing the safety and economical efficiency of complex engineering structures and facilities operation by obtaining monitoring data on structural health of structures (impact monitoring; damage, cracks, corrosion, stresses and overheating detection) and their predictive analysis in real time.

Ключевые слова: эксплуатация авиационной техники и объектов строительства; экономическая эффективность; стоимость ЖЦИ; эксплуатация по состоянию; системы мониторинга состояния.

Keywords: operation of aviation equipment and construction facilities, economical efficiency, product lifecycle cost, condition-based operation, structural health monitoring systems.

Исследование финансируется Министерством науки и высшего образования Российской Федерации по соглашению о предоставлении субсидии № 05.607.21.0329 (внутренний номер Соглашения 05.607.21.0329)  от «18» декабря 2019 г. (уникальный номер RFMEFI60719X0329), прикладные научные исследования проводятся по теме «Разработка базовых проектных решений системы мониторинга технического состояния конструкций и сложных инженерных изделий в интересах обеспечения техногенной безопасности, устойчивого функционирования критической инфраструктуры Российской Федерации и развития отраслей отечественной промышленности».

Безопасность, надежность функционирования, совершенствование технико-функциональных характеристик изделий, сокращение затрат на эксплуатацию или ликвидацию последствий отказов обеспечиваются за счет внедрения систем автоматизации и контроля, в том числе систем мониторинга состояния конструкций, что выводит производство на новый уровень.

С развитием отрасли труднопрогнозируемых композиционных материалов, систем связи и передачи с высокой скоростью данных, сильно вырос рынок систем мониторинга. Это связано с развитием микроэлектроники, нанотехнологий, фотоники, сенсоров и сбора данных с них, систем хранения и средств предиктивного анализа.

Технологические барьеры систем мониторинга определяют существующие вызовы, преодоление которых необходимо для дальнейшего развития и роста рынка:

1) Ценовые барьеры;

2) Система измерения;

3) Анализ данных.

В связи с этим, в среднесрочной перспективе целевые направления (тренды) развития смежных рынков определяют облик будущего продукта на рынке систем мониторинга, архитектура которых сегодня представляется сложной композицией различных составляющих, таких как габариты, живучесть датчиков, сбор, передача и хранение данных с них.

Авиационная и строительная отрасли – ключевые. Авиационная отрасль является одной их самых высокотехнологичных отраслей, в которой важны весовая эффективность и эксплуатационные расходы. Для строительной отрасли характерен большой срок эксплуатации. Техническое переоснащение и модернизация также требуются для автомобильных дорог и транспортных услуг.

Центральный документ, освещающий необходимость перехода к новым цифровым технологиям во всех сферах деятельности государства – Национальный проект «Цифровая экономика Российской Федерации», в котором обозначено внедрение цифровых технологий и технологий промышленного «интернета вещей» в деятельность представителей частного бизнеса и государственных компаний, работающих со сложными системами.

Еще одной важной платформой является Национальная технологическая инициатива. Среди инновационных рынков, обозначенных в НТИ: Автонет; Энерджинет; Технет; Сейфнет.

Крайне важным для России является повышение эффективности использования ресурсов, что возможно благодаря развитию технологий и внедрению инноваций.

Страны большой двадцатки ежегодно инвестируют более триллиона долларов в строительство и машиностроение, в переход от регламентного обслуживания к предикативной эксплуатации, за счет чего ускоренно развиваются инновационные проекты и увеличивается ВВП. Российские разработки развиваются в крупных корпорациях в сложных комплексах технических изделий, затем проникают в более дешевый сегмент и перспективы их развития очень велики (рост после первого десятилетия – 30%).

Системный подход в инвестировании – решение проблем новой России. Эффективность – основное свойство инвестиций. В результате осознания возможностей программно-аппаратных комплексов и перехода на мировые стандарты установлено, что технологии в сфере машиностроения, приборостроения и ИТ (далее МПиИТ) гораздо эффективнее, чем любой другой объект инвестиций.

Доход от каждой инвестиции тесно связан с сопровождаемыми рисками, которые анализируются следующими методами: качественные, количественные, экспертные (SWOT-анализ, «роза» и «спираль» рисков), метод аналогий, метод ставки процента с поправкой на риск, метод критических значений. Риски делятся на: управленческие, конъюнктурные, внутренние технические, внешние технические, внешние,макроэкономические.

Существует два подхода оценки эффективности МПиИТ: математический и экономический. Наиболее интересным и активно разрабатываемым является математический, к которому можно отнести работы [1, 2, 3].

Для полного расчета экономической эффективности проводится комплексный экономический анализ (КЭА), который изучает все стороны хозяйственной деятельности предприятия и все виды подходов оценки и анализа его деятельности. КЭА проводится в три этапа: предварительный обзор обобщающих показателей, их углубленный анализ и обобщающая оценка эффективности работы предприятия. Проводить непрерывный КЭА проекта и выявлять проблемы при проектировании позволит учетно-аналитическое обеспечение, которое постоянно учитывает и обрабатывает информацию, получаемую на различных этапах принятия и реализации решений.

Заключение

Из практики применения систем мониторинга в развитых странах (Китай, США и др.) видно, что выгода от финансовых вложений порой является многократной. Россия со своими возможностями и потенциалом не должна отставать в этой сфере от своих зарубежных коллег.

Рынок систем мониторинга резко вырос вместе с процессом развития систем связи и передачи данных, а также применением в авиации и сфере строительства композиционных материалов. Внедрение цифровизации также эффективно в конструкциях из более простых материалов (металлы, бетон и пр.).

Основной проблемой и тормозящим фактором в настоящее время является высокая цена, энергетическая независимость, большая удаленность и неточная синхронизация встраиваемых в объекты датчиков, а также большой объем обрабатываемых данных, над чем активно ведутся работы с целью технического развития и роста рынка.

Важной частью оценки экономического эффекта является обозначение всех рисков проекта, методы и способы определения которых также описаны в данной статье.

Системы мониторинга состояния конструкций эксплуатируемых объектов активно начали внедряться только в XXI веке ввиду развития интернета и цифровых технологий и, соответственно, находятся на начале своего пути. Понимая всю важность данных проектов, страны «большой двадцатки» инвестируют и будут инвестировать большое количество денежных средств, что в будущем приведет к ускоренному развитию технологий и цифровизации во всех сферах промышленности, в том числе и в авиации.

Результаты

В результате внедрения систем мониторинга экономический эффект по прогнозам будет наблюдаться в гражданской, военно-транспортной, истребительной авиации и с учетом авиации ЕАЭС составит 28,3 млрд. рублей экономии ежегодно.

В сфере строительства эффект для 1 000 000 домов будет составлять 4 млрд. рублей. Для мостов – 7,5 млн. рублей, путепроводов – 0,5 млн. рублей. Для 4000 больших мостов – 16 млрд. рублей, для 24000 меньших мостов – 1,8 млрд. рублей. Итого, ожидаемый экономический эффект может достигать 21,8 млрд. рублей, с учетом инфраструктуры ЕАЭС – 24 млрд. рублей.