Russian Federation
UDK 65.011.56 Автоматизация в целом
The author of the article considers the issues related to the development and effective application of digital twin in the activities of design organizations. A brief comparative analysis of the concepts of "digital twin" (DT) and "BIM-model" is given. The specifics of creating a digital model of a project organization, which forms the basis of the DT, are analyzed. The processes that need to be modeled online are given. It is emphasized that the main project processes are extremely creative and are directly related to the effective formation of project development teams. Team building models that can be implemented in DT are presented and analyzed. Two problem statements are formulated for realization in the DT of a project company: direct and reverse. An enlarged approach is proposed to determine the parameters of the digital twin of the project organization when solving the direct problem. The final conclusion is that DT methods and tools are necessary for complex analysis, diagnostics and modeling of production, technical and social processes of design companies in the construction industry.
digital twin, project organization, design processes, information model, simulation, team building, executive team, efficiency, decomposition
Актуальность работы
Для любой современной организации или предприятия, в какой бы юридической форме оно не находилось и каким бы видом деятельности не занималось, необходим цифровой двойник (ЦД), который позволил бы ей обладать избыточно полной информацией о производственной деятельности, учитывать факторы внутренней и внешней среды влияющие на работу организации, выбирать оптимальные стратегии на рынке, реализовывать проекты организационного развития, оптимизации бизнес-архитектуры и автоматизации.
Используемые методы и подходы
Цифровой двойник организации, или Digital twin of organization - это цифровая модель организации плюс функциональная часть, с помощью которой можно контролировать, анализировать и прогнозировать деятельность организации [1].
При этом существенной спецификой деятельности проектных (проектно-изыскательских) компаний является то, что основным продуктом является BIM-модель, а, по сути, цифровой двойник здания или сооружения (ЗиС). Эти платформы являются цифровой реконструкцией ЗиС. Но BIM-модель отвечает за «умное строительство», а цифровые близнецы необходимы для эффективного управления эти строительством {8]. Поддержка процессов проектирования в срок, в соответствии с нормативно-технической базой, в рамках бюджета проекта – это задачи BIM. Цифровые же двойники необходимы для поддержания соответствия качественного спроектированного ЗиС своему предназначению на всем его жизненном цикле.
Таким образом, BIM и цифровые двойники представляют собой единую платформу, реализующую задачи проектирования и управления всем жизненным циклом объекта строительства.
При создании ЦД необходимо оцифровать всю документальную информацию о работе компании, создать электронную модель организации в виде взаимосвязанных структурированных справочников и графических моделей (см. рис.1, 2). Однако цифровой двойник – это не просто полное и подробное описание работы проектной организации исключительно в виде электронных документов [5].
Оцифровке должна подлежать не только документальная часть (документы, справочники, модели), но и характеристики (метрики) для всех уровней управления и объектов (структурные подразделения, филиалы, должности, процессы, ИТ-системы, ИТ-оборудование) [8]:
- для проектных процессов измеряются следующие группы показателей: время (разработка полного комплекта ПСД, согласования и утверждения, проведения авторского надзора и т.д.), стоимость (всего проекта и отдельных видов работ, в т.ч. передаваемых на субподряд), эффективность (работы отдельных ГиПов, подразделений и исполнителей), качество проекта, удовлетворённость заказчиков и потребителей после окончания строительного цикла).
- для проектного и вспомогательного персонала ведется статистика выполненных работ, статусы выполнения отдельных проектов, параметры систем поощрения и взысквемя.
- для ИТ-оборудования собирается информация с физических датчиков.
- для информационных систем ведутся метрики, измеряющие их функционирование.
Отдельная группа показателей - так называемые КИРы (ключевые индикаторы проектных рисков), которые помогают отслеживать ошибки проектирования и оформления ПСД, перерасход бюджета проектов и т.д, а так уже внешние негативные воздействия в деятельности организации (срывы сроков разработки проектов субподрядчиками, критические замечания экспертов, замечания, выявленные в процессе авторского надзора и т.д.).
Необходимо предусмотреть в режиме онлайн возможность моделирования (имитация работы реальных процессов и систем):
- Имитационное моделирование бизнес-процессов связно с многократной имитацией выполнения процесса выполнения проектных работ с разными параметрами (время выполнения отдельных работ, потоки заданий и корректировок от заказчика, , стоимости работ, объёмы необходимых ресурсов и т.п.), для создания такой комбииацию параметров, при которой процесс будет максимально быстрым и дешёвым [8].
- Управление рисками: моделирование случайных событий с разными вероятностями, стресс-тестирование, оценка и анализ разных сценариев.
- Работа ИТ-оборудования и ИТ-систем: моделирование и прогнозирование распределения нагрузки, технических параметров, внешних атак и угроз.
- Важно и финансовое моделирование, т.е. прогноз и анализ финансовых показателей проектной организации в зависимости от разных факторов, стратегий и сценариев.
Рис.1. Принципиальная структура цифровой модели проектной организации (начало)
Рис. 2. Принципиальная структура цифровой модели проектной организации (окончание)
Один из ключевых моментов — постоянная корректировка и актуализация всей графической и неграфической информации, а также хранение всей истории цифрового двойника: значения технико-экономических характеристик проектов и связей в прошлых версиях, ретроспективное ведение библиотек графических моделей и документов и др.
Цифровой двойник должен обеспечивать предоставление по запросу любой информации о текущей работе организации и создание любых видов аналитических отчётов.
Основным в цифровом двойнике является его практическая ценность. Она характеризуется тем, какую пользу принесёт ЦД, кто и как будет применять его в работе (руководство организации – ГИПы – руководители проектных подразделений – проектировщики – технический персонал), будет ли экономический эффект от его использования, улучшатся ли показатели KPI, выраженные в конкретных цифрах, и т.д.
Схематично можно считать, что любая проектная организация (компания) состоит из исполнителей (проектировщиков) и процессов, среди которых принципиальным является процесс выпуска ПСД. Проблема эффективного управления процессом выпуска ПСД является ключевой для проектных компаний, и связана с вопросами подбора кадров, финансирования, наличия актуальной нормативно-технической документации.
Определение эффективности проектной организации является сложной задачей. Принципиальным фактором, влияющим на еe решение, является эффективная совместная деятельность, коммуникация между проектировщиками в процессе разработки, прохождения экспертизы, утверждения и актуализации ПСД. Модели коммуникаций между сотрудниками внутри организаций активно изучаются. Примером может служить работа C.H.Cooley «Социальная организация», в которой компания рассматривается как социальный объект [11].
Разработанный проект (ПСД) – основной результат работы проектной компании и источник оценки эффективность проектной работы. Процесс проектирования является достаточно длительным, начиная с заключения договора с заказчиком (возможно, разработки ТЗ от его имени), проведения изыскательских работ, проектных работ, экспертизы проекта и заканчивая сдачей разработанной документации.
Проект любого ЗиС создается коллективом исполнителей (как минимум группа «ГИП – архитекторы – конструктора – проектировщики инженерных сетей – технологи», которые, по сути, объединяться в группы соавторов проекта. Даже при реализации типовых проектов работы носит творческий характер и во многом зависит от квалификации и индивидуальных характеристик каждого исполнителя. Таким образом объединение исполнителей в команды в проектных организациях является важнейшим фактором, положительно влияющим на разработку конкретного проекта.
Образование команды исполнителей также бывает эффективным и не эффективным. К оптимальным параметрам команды проектировщиков, которые принципиальны для продуктивной технической и научно-технической работы/творчества, можно отнести:
- количество исполнителей в команде;
- персоналии команды (состав);
- ментальные модели команды;
- квалификация (компетенции) исполнителей;
- уровень взаимодействия/связей между исполнителями
Для эффективного производственного и научно-технического взаимодействия между проектировщиками важен уровень схожести между ними как субъектами, обладающими определенными характеристиками [11]. Социальная схожесть более чем по одной характеристике приводит к тому, что люди с меньшей вероятностью будут формировать между собой взаимоотношения, потому что схожие по многим параметрам люди не могут привнести что-то новое в личные отношения или же в команду [2]. Для эффективного сотрудничества необходима не только схожесть интересов и направление выполняемой работы, но и различный профессиональный и жизненный опыт, позволяющий предложить многомерные подходы к решению общей задачи. Для сотрудников проектных компаний таким результатом является разработанный проект (ПСД).
Анализ проекта (пояснительная записка (ПЗ) + графика) может выполняться с применением инструментов Text Mining и Image Mining. Эти технологии позволяют преобразовывать данные в информационные блоки, способные генерировать знания.
Приобретенные знания становятся основой для принятия управленческих решений.
Исполнители должны быть определены как социальные единицы в проектном процессе, которые обладают различными связями. Анализом этих связей занимается теория социометрии (Д.Морено), которая изучает взаимоположения социальных атомов в группах. Главный инструмент теории – социограмма – представляет собой графическое отображение социального выбора членов группы [10]. В процессе разработки ПСД социальным выбором может быть выбор ГИПа, дружеские отношения между членами команды проекта, выполнение связанных между собой или совместных проектных работ/задач и др.
Таким образом, для создания цифрового образа проектной организации главными направлениями исследования становятся - анализ ПСД, командообразование и анализ графа соавторства.
Цифровой двойник (его модель) проектной компании может быть описана в такой последовательности. Есть компания с динамически меняющимися внутренними процессами, структурой, и внешними проявлениям. При этом если правила происходящих внутренних изменений и их структура скорее всего не известны, то внешние проявления изменений - количество и качество выполняемых проектов – подлежат наблюдению и оценке [2]. В этом случае важно сформулировать ответы на следующие вопросы:
- Каковы механизмы (прежде всего социальные) объединения проектировщиков для разработки проекта? Что и в какой степени влияет на это объединение?
- Как зависит время выполнения и качество проекта от количества исполнителей? Есть ли производственно-технические ограничения на состав команд проекта число исполнителей в них?
- Существуют ли правила взаимоотношений проектировщиков с заказчиками? Можно ли говорить о принципиальных стратегиях поведения и тех, и других?
- Можно ли использовать подходы time management к разработке проекта?
- Какие процессы являются ключевыми для проектно-конструкторской деятельности и какова их структура?
В результате возникает необходимость решения двух задачи:
- выполнение анализа деятельности проектной организации по внешним проявлениям - выполненным проектам и возведенным по этим проектам объектам, отзывам заказчиков и потребителей проектной продукции, информационным сайтам в сети Интернет, новостям об организации и др. (прямая задача);
- анализ проектной организации изнутри - моделирование производственной и научно-технической деятельности, эффективность производственных процессов, самоорганизация проектных групп, модели персонала организации (обратная задача).
Декомпозиция проектных компаний на составляющие подсистемы позволяет разрабатывать модели подсистем с использованием различных математических методов. Например, для определения параметров цифрового двойника проектной организации при решении прямой задачи возможен подход, основанный на имитационное моделирование сложных систем [2].
Предположим, в отраслевой проектной организации Q работают подразделения (отделы) 𝜆𝑖 , где 𝑖 ∈ (1 … 𝑁𝜆) . Обозначим множество подразделений 𝛬 = {𝜆𝑖, … , 𝜆𝑁𝛬}, множество ГИПов P = {ρ1, … , 𝜆𝑁𝛬A}, причем в отделах работают проектировщики 𝐴 = {𝑎𝑖, … , 𝑎𝑁𝐴}. Множество типов проектов 𝑡𝑖, где 𝑖 ∈ (1, … , 𝑁𝑇), по которым организация Q ведет разработку ПСД, обозначим как 𝑇 = {𝑡1, … , 𝑡𝑁𝑇}. Тогда деятельность организации Q по выполнению проектов может быть представлена следующими составляющими:
MQ = {𝑆, E, 𝛹, 𝐸}, где 𝑆 = {𝛬, 𝐴, 𝑇, 𝑃, R, 𝑋} (1)
- E = {𝜉1, … , 𝜉𝑁𝛯} – множество связей между подразделениями и исполнителями,
- 𝛹 = {𝜓1, … , 𝜓𝑁𝛹} – множество работ, выполняемых исполнителями,
- R = {r 1, … , r 𝑁𝑃} – множество проектов,
- 𝑋 = {𝜒1, … , 𝜒𝑁𝑋} – множество заказчиков.
Далее, экспертно определяя распределения различных событий – поступление заказа на проектирование, возникновение идеи архитектурной и конструкторской разработки как исследования, встречи исполнителей-проектировщиков, предложения по проектным решениям заказчику и др., можно рассчитать результаты работы проектной организации с помощью имитационных моделей.
Выводы
Вышеизложенное позволяет сделать вывод о том, что методики и инструменты цифрового двойника эффективны для:
- создания конечного продукта деятельности организации;
- анализа, моделирования и оценки производственно-технических и социальных процессов проектных компаний отрасли строительства;
- поиска путей решения проблем прямой и обратной связи при прогнозировании путей выполнения работ по определенным группам/типам проектов,
- создания особого тип модели организационной системы, которая позволит выявить скрытые явления, принципиальные для работы проектной компании (проблемы образования команд проекта, оценка потенциала команд и др).
- прогнозирования результатов деятельности проектных организаций
Средства цифрового двойника для изучения проектных организаций представляют собой древовидную структуру моделей. Для решения прямой задачи моделирования деятельности проектных организаций необходимо разрабатывать модели работы персонала, модели выполнения проектов как интеллектуальных объектов и модели образования команд. Решение обратной задачи моделирования работы проектных компаний будет связана с построением моделей текста (пояснительная записка, сопроводительное описание BIM-модели и др), модели соавторства в процессе разработки проекта и модели представления и утверждения результатов проектирования, в т.ч. на базе BIM.
Цифровой двойник проектной организации, таким образом, становится объединением этих моделей с применением средств имитационного моделирования. Его внедрение в деятельность проектных организаций поможет повысить эффективность их работы и позволит улучшить управление стратегией компаний.
1. Prokhorov A., Lysachev M. Digital twin. Analysis, trends, world experience. Corporate Edition - V.: Rosenergoatom, 2023 - 314 p.
2. Krasnov F.V., Khasanov M.M. Digital twin of a scientific organization: approaches and methods // International Journal of Open Information Technologies - 2019. V. 7. № 6. p. 62-66. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/tsifrovoy-dvoynik-nauchnoy-organizatsii-podhody-i-metodiki/viewer (date of circulation 5.11.2023).
3. Kirillov D.S., Barchukova T.A. Digital twins as the basis of digital transformation of industrial enterprises // Collection: Actual issues of economics and management. - 2021. p. 161-16
4. Rudskoy, A.I. Digital industry on the basis of the digital twins // Instrumentation. Devices. - 2021. № 3 (249). p. 9-16.
5. Telnov Y.F. Digital twins and digital transformation of enterprises. // In the book: Digital economy: trends and prospects of development. Collection of abstracts of reports of the national scientific and practical conference: in two volumes. - 2020. p. 63-65.
6. Abramov V.I., Tuitsyna A.A. Digital twins - effective tools for digital transformation of the company // In the book: Business Management in the Digital Economy. Collection of abstracts of the Fourth International Conference. Under the general editorship of I.A. Arenkov, M.K. Tsenzharik. Tsenzharik. - St. Petersburg, 2021. p. 33-39.
7. Kurnosenko A.E. Digital twins and digital production. // In Collection: Sustainable development and new industrialization: science, economics, education. Conference materials. - Moscow, 2021. p. 297-301.
8. Isaev R.A. Digital twin of the organization: requirements, structure, examples //. GC Modern Management Technologies. Corporate edition. - URL: https://www.businessstudio.ru/articles/article/tsifrovoy_dvoynik_organizatsii_trebovaniya_struktu/?ysclid=lpb0ztz1gf929964394 (date of circulation - 29.10.2023).
9. Krasnov F., Dokuka S., Jaworskii R. Team building in R&D: a review of simulation modeling approach for scientific and technical center of oil and gas industry // International Journal of Open Information Technologies. - 2018. Vol. 6, part 1. pp. 17-24
10. Moreno J. L. Who will survive? Foundations of sociometry, group psychotherapy and sociodrama. - Beacon House, 1953, 436 p.
11. Chuang P.M., Ali M., Khang T.D., Day N., et al. Link prediction in co-authorship networks based on a hybrid content similarity metric // Applied Intelligence. - Springer, 2018. - Vol. 48, ch. 8. - p. 2470-2486.
12. Mullins N. K. The development of specialties in the social sciences: the example of ethnomethodology // Science Studies. Sage Sage CA Publications: Tausend Oaks, CA, 1973. - Vol. 3, part 3 - p. 245-273.
13. R.A. Bogomolov. Digital twins change the control processes in the power system // Scientific and Technical Journal of RUM
14. Sovetov B.Ya. Intellectual systems and technologies: textbook for students of higher educational institutions, studying in the direction of training 230400 Information systems and technologies - M: Academy, 2013 - 320 p.
15. Hasanshin I. A., Kryukova A. S. Digital Economy. Textbook for universities - M.: Goryachaya Liniya - Telecom, 2022 - 288 p.
