Диссертация (Киберфизическая интеграция строительных систем)

2ОглавлениеВведение................................................................................................................... 5Глава 1 Анализ кибернетики строительных систем ........................................ 131.1Анализ теории и практики построения и функционирования строительныхсистем как объектов управления и киберфизической интеграции .......................

131.2Анализ объектов и процессов автоматизации проектированиякиберфизических строительных систем .................................................................. 221.3Направления повышения эффективности и инновационного потенциалауправления жизненными циклами “проектирование – производство –эксплуатация” ............................................................................................................. 271.4Выводы по главе 1 ............................................................................................

29Глава 2 Киберфизическая интеграция строительных систем ......................... 312.1Методология киберфизической интеграции строительных систем ............ 312.2Универсальная модель топологии киберфизических строительных систем362.3Модель киберфизической интеграции строительных систем ...................... 472.4Выводы по главе 2 ............................................................................................ 73Глава 3 Проектирование киберфизических строительных систем ................

763.1Общая модель обмена данными киберфизических строительных систем . 763.2Общая модель управления данными киберфизических строительныхсистем .......................................................................................................................... 973.3Выводы по главе 3 .......................................................................................... 123Глава 4 Автоматизация проектирования киберфизических строительных систем12534.1Методология автоматизации проектирования киберфизическихстроительных систем ............................................................................................... 1254.2Алгоритм автоматизированного проектирования структуры данныхкиберфизических строительных систем ................................................................

1274.3Методика автоматизации проектирования аппаратного обеспеченияфункций киберфизических строительных систем ................................................ 1324.4Методика автоматизации проектирования программного обеспеченияфункций киберфизических строительных систем ................................................ 1364.5Выводы по главе 4 ..........................................................................................

141Глава 5 Внешняя интеграция киберфизических строительных систем....... 1445.1Внешние киберфизические строительные системы.................................... 1445.2Внешняя интеграция киберфизических строительных систем .................. 1455.3Модель внешней интеграции киберфизических строительных систем .... 1535.4Выводы по главе 5 .......................................................................................... 170Глава 6Практикапостроенияэлементовкиберфизическойинтеграциистроительных систем ..........................................................................................

1716.1Информационная технология автоматизированного проектированиякиберфизических строительных систем ................................................................ 1716.2Методика верификации структуры данных киберфизическихстроительных систем ............................................................................................... 1776.3Практика построения элементов киберфизической интеграциистроительных систем ...............................................................................................

1836.4Перспективные направления дальнейших исследований в областикиберфизической интеграции строительных систем ........................................... 2136.5Выводы по главе 6 .......................................................................................... 216Заключение .......................................................................................................... 2184Список сокращений и условных обозначений ................................................. 225Список литературы .............................................................................................

226Список иллюстративного материала................................................................. 243Приложение А. Перечень примеров возможных величин параметров состояния,управляющих воздействий и возмущающих воздействий ............................. 245Приложение Б. Список опубликованных научных работ П.Д. Челышкова.. 259Приложение В. Титульные листы патентов на полезные модели, патентов напромышленные образцы, свидетельств о государственной регистрации программдля ЭВМ, полученные П.Д. Челышковым в ходе проведения исследований284Приложение Г. Акты о внедрении научных и практических результатовдиссертации ......................................................................................................... 3415ВведениеАктуальность 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 резкоснижаютпотенциальныйположительныйэффектотинформатизациииавтоматизации 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 реализацияжизненногоцикла“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.6Исследования 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:- анализ теории и практики построения и функционирования строительныхсистем как объектов управления и киберфизической интеграции;- анализобъектовипроцессовавтоматизациипроектированиякиберфизических строительных систем- создание методологии киберфизической интеграции строительныхсистем;- создание методологии автоматизации проектирования киберфизическихстроительных систем;- построениестроительных систем;универсальноймоделитопологиикиберфизических7- построениеобщеймоделиобменаданнымикиберфизическихстроительных систем;- построение общей модели управления данными киберфизическихстроительных систем;- построение модели киберфизической интеграции строительных систем;- построение алгоритма автоматизированного проектирования структурыданных киберфизических строительных систем;- разработкаметодикиавтоматизациипроектированияаппаратногообеспечения 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;- практическаяапробацияэлементовкиберфизическойинтеграциинаправленийдальнейшихстроительных систем;- научноеоснованиеперспективныхисследований в области киберфизической интеграции строительных систем.Объектисследования:строительныесистемы,киберфизическиестроительные системы.Предметисследования:объектыипроцессыавтоматизациипроектирования 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.8Научной новизной обладают следующие результаты теоретических иэкспериментальных исследований:- 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;- 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.