Автореферат диссертации (Киберфизическая интеграция строительных систем)

3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы диссертации. В настоящее время всё большее числоисследователей и специалистов строительной отрасли приходит к мнению оцелесообразности применения в практике строительства (в широком смысле этогопонятия) ряда технологий (BIM, Smart City, Big Data, IoT и другие), объединяемыхконцепцией Четвёртой промышленной революции.

Результатом реализации встроительстве названных технологий должен стать переход к широкомуприменению киберфизических систем.Проблема применения информационных технологий в строительстве насегодняшний день связана не с отсутствием этого процесса как такового, но сотсутствием в нём системности и последовательности. Фрагментарный характерприменения, несогласованность применяемых технологий на разных уровняхуправления и на разных стадиях жизненного цикла объектов строительства резкоснижают потенциальный положительный эффект от информатизации иавтоматизации строительства. При этом, концепция киберфизических систем, тоесть интеграции на системном уровне физических процессов и средств управлениядоказала свою эффективность в промышленном производстве.Опираясь на сказанное, можно предположить, что реализация подходовсоздания киберфизических систем в строительстве, то есть системная реализацияжизненного цикла “проектирование-производство-эксплуатация”, позволитсущественно повысить эффективность жизненного цикла в целом и эффективностьприменения информационных технологий в частности.В связи с вышеперечисленными обстоятельствами можно утверждать, чтотема диссертационной работы актуальна.Степень разработанности темы исследования.

Известны исследования вобласти киберфизических систем и анализа жизненных циклов объектовстроительства.Исследования в области киберфизических систем применительно кпредметной области исследования представлены за последние годы в трудах такихученых как Майнцер К., Волков А.А., Шкодырев В.П., Куприяновский В.П., Д.Е.Намиот, С.А. Синягов, О. Кастилло, Алексанков А.М., д’Ашенцо Ф., ПокровскаяН.Н. ., Ронжин А.Л., Бизин М.М., Соленый С.В.Анализ жизненных циклов объектов строительства применительно кпредметной области исследования представлены за последние годы в трудах такихученых как Четверик Н.П., Волков А.А., Теличенко В.И., Лосев К.Ю, Никулин В.А.Научно-техническая гипотеза состоит в предположении возможностиповышения эффективности и инновационного потенциала процессов и результатовреализации жизненного цикла “проектирование – производство – эксплуатация” наоснове автоматизации проектирования киберфизических строительных систем.Цель диссертации – построение методологии киберфизической интеграциистроительных систем.Для достижения поставленной цели в диссертации поставлены и решеныследующие задачи:4- анализ теории и практики построения и функционирования строительныхсистем как объектов управления и киберфизической интеграции;- анализ объектов и процессов автоматизации проектированиякиберфизических строительных систем- создание методологии киберфизической интеграции строительныхсистем;- создание методологии автоматизации проектирования киберфизическихстроительных систем;- построение универсальной модели топологии киберфизическихстроительных систем;- построение общей модели обмена данными киберфизическихстроительных систем;- построение общей модели управления данными киберфизическихстроительных систем;- построение модели киберфизической интеграции строительных систем;- построение алгоритма автоматизированного проектирования структурыданных киберфизических строительных систем;- разработка методики автоматизации проектирования аппаратногообеспечения функций киберфизических строительных систем;- разработка методики автоматизации проектирования программногообеспечения функций киберфизических строительных систем;- разработка модели внешней интеграции киберфизических строительныхсистем;- разработка методики верификации структуры данных киберфизическихстроительных систем;- практическая апробация элементов киберфизической интеграциистроительных систем;- научноеоснованиеперспективныхнаправленийдальнейшихисследований в области киберфизической интеграции строительных систем.Объект исследования:строительные системы, киберфизическиестроительные системы.Предмет исследования:объекты и процессы автоматизациипроектирования киберфизических строительных систем.Методология и методы исследования.

Для достижения поставленной целииспользованы системотехнический подход, теория автоматического управления,математическое и имитационное моделирование, теория графов, а такжетематические научные работы.Научной новизной обладают следующие результаты теоретических иэкспериментальных исследований:- методология киберфизической интеграции строительных систем;- методологияавтоматизациипроектированиякиберфизическихстроительных систем;- универсальная модель топологии киберфизических строительных систем;5- общая модель обмена данными киберфизических строительных систем;- общая модель управления данными киберфизических строительныхсистем;- модель киберфизической интеграции строительных систем;- алгоритм автоматизированного проектирования структуры данныхкиберфизических строительных систем;- методика автоматизации проектирования аппаратного обеспеченияфункций киберфизических строительных систем;- методика автоматизации проектирования программного обеспеченияфункций киберфизических строительных систем;- модель внешней интеграции киберфизических строительных систем;- методикаверификацииструктурыданныхкиберфизическихстроительных систем.Теоретическая значимость.

В работе сформулирован теоретическийаппарат, содержащий оригинальные модели, методики и алгоритмы,формирующие методологию киберфизической интеграции строительных систем.Практическая значимость. Результаты настоящей диссертационной работыявляются формализованным основаниями, способствующими формированиюединого подхода к управлению жизненным циклом строительных систем сприменением информационных технологий. Это позволит повысить совокупнуюэффективность жизненного цикла “проектирование-производство-эксплуатация”объектов строительства.Личный вклад соискателя состоит:- в разработке теоретических положений, изложенных в диссертации;- в проведении анализа теории и практики построения и функционированиястроительных систем как объектов управления и киберфизической интеграции;- в проведении анализа объектов и процессов автоматизациипроектирования киберфизических строительных систем- в практической апробации элементов киберфизической интеграциистроительных систем;- в разработке научных оснований перспективных направленийдальнейших исследований в области киберфизической интеграции строительныхсистем.Положения, выносимые на защиту:- методология киберфизической интеграции строительных систем;- методологияавтоматизациипроектированиякиберфизическихстроительных систем;- универсальная модель топологии киберфизических строительных систем;- общая модель обмена данными киберфизических строительных систем;- общая модель управления данными киберфизических строительныхсистем;- модель киберфизической интеграции строительных систем;6- алгоритм автоматизированного проектирования структуры данныхкиберфизических строительных систем;- методика автоматизации проектирования аппаратного обеспеченияфункций киберфизических строительных систем;- методика автоматизации проектирования программного обеспеченияфункций киберфизических строительных систем;- модель внешней интеграции киберфизических строительных систем;- методикаверификацииструктурыданныхкиберфизическихстроительных систем.Степень достоверности результатов работы определяется используемымиметодами исследований – системотехнический подход, теория автоматическогоуправления, математическое и имитационное моделирование, теория графов.Апробация результатов исследования.

Результаты исследованийдокладывались на 10, 11, 12, 13, 14, 18, 19, 20 и 21-й международных научныхконференциях “Строительство – Формирование среды жизнедеятельности” (г.Москва, 2007–2011 гг., 2015-2018 гг.), Научно-практических конференциях“Научно-техническое творчество молодежи – путь к обществу, основанному назнаниях” (г. Москва, 2008–2010 гг.), Международной научной конференцииДОННАСА (Украина, г. Донецк, 2009 г.), Международной научно-техническойконференции “Стройкомплекс – 2010” (г. Ижевск, 2010 г.), XIX Словацкороссийско-польском семинаре “Теоретические основы строительства” (Словакия,г. Жилина, 2010 г.), XXIII Польско-словацко-российском семинаре “Теоретическиеосновы строительства” (Польша, г.

Ворцлав, г. Шклярска Поремба, 2014 г.), XXVПольско-российско-словацком семинаре “Теоретические основы строительства”(Словакия, г. Жилина, 2016 г.), Международной научной конференции“Интеграция, партнерство и инновации в строительной науке и образовании” (г.Москва, 2011 г., 2013 г., 2014 г.), XIV Международной конференции покомпьютеризации в строительстве (ICCCBE 2012 Moscow), XX Международнойконференции по применению компьютерных наук и математики в областиархитектуры и строительства (IKM 2015, Германия, г.

Веймар, 2015 г.), ДесятаяВсероссийская мультиконференция по проблемам управления (г. Геленджик, с.Дивноморское, 2017 г.), семинарах кафедр “Автоматизации инженерностроительных технологий”, “Автоматизации и электроснабжения” и“Информационных систем, технологий и автоматизации в строительстве” НИУМГСУ.Результаты диссертации прошли апробацию в рамках научноисследовательских работ, выполняемых в НИУ МГСУ. В частности, результатынастоящего исследования были апробированы в рамках разработки СП301.1325800.2017 Информационное моделирование в строительстве.

Правилаорганизации работ производственно-техническими отделами (утверждён приказомМинистерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства РоссийскойФедерации от 29 августа 2017 г. №1178/пр и введён в действие с 2 марта 2018 г.), атакже в рамках работы “Научные основы оптимального проектирования,строительства, перспективного информационного моделирования и эффективного7управления жизненными циклами жилых и общественных зданий для различныхрегионов России”, удостоенной Премии Правительства Российской Федерации вобласти науки и техники (Распоряжение Правительства Российской Федерации от25 октября 2017 г.

№2345-р).Экспериментальное внедрение результатов исследования выполнено вПубличном акционерном обществе (ПАО) “Московская объединеннаяэнергетическая компания” (МОЭК) и Обществе с ограниченной ответственностью“ОДАС “Сколково”. Отдельные результаты диссертации использованы в учебномпроцессе кафедры ИСТАС и кафедры АиЭ НИУ МГСУ. Акты о внедрениинаучных и практических результатов диссертации приведены в Приложении Г.Публикации. Результаты диссертации опубликованы в 2007–2018 гг. в 106научных работах, в том числе – в 37 работах в научных изданиях, входящих вПеречень рецензируемых научных изданий, в которых должны быть опубликованыосновные научные результаты диссертаций на соискание ученой степеникандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук и в 22 работах внаучных изданиях индексируемых в международных реферативных базах Scopus иWeb of Science.В диссертации использованы результаты научных работ, выполненныхлично автором – соискателем ученой степени доктора технических наук – лично ив соавторстве.