Диссертация (Киберфизическая интеграция строительных систем), страница 10

приведено соотношение структур измерений “жизненныйцикл”-“иерархия”.Таблица 2.1.Соотношение структур измерений “жизненный цикл”-“иерархия”Измерение “жизненный цикл”Измерение “иерархия”Стадия планированияУровень управленияСтадия проектированияУровень управленияСтадия созданияУровень управленияУровень контроляУровень преобразованияФизический уровеньСтадия эксплуатацииУровень управленияУровень контроляУровень преобразованияФизический уровеньСтадия восстановленияУровень управленияУровень контроляУровень преобразованияФизический уровеньСтадия преобразованияУровень управленияУровень контроляУровень преобразованияФизический уровеньСтадия вывода из эксплуатации Уровень управленияи утилизацииУровень контроляУровень преобразованияФизический уровень71Обратное соотношение структур измерений – “иерархия”-“жизненный цикл”приведено в таблице 2.2.Таблица 2.2.Соотношение структур измерений “иерархия”-“жизненный цикл”Измерение “иерархия”Уровень управленияИзмерение “жизненный цикл”Стадия планированияСтадия проектированияСтадия созданияСтадия эксплуатацииСтадия восстановленияСтадия преобразованияСтадия вывода из эксплуатации и утилизацииУровень контроляСтадия созданияСтадия эксплуатацииСтадия восстановленияСтадия преобразованияСтадия вывода из эксплуатации и утилизацииУровень преобразованияСтадия созданияСтадия эксплуатацииСтадия восстановленияСтадия преобразованияСтадия вывода из эксплуатации и утилизацииФизический уровеньСтадия созданияСтадия эксплуатацииСтадия восстановленияСтадия преобразованияСтадия вывода из эксплуатации и утилизации72Таким образом, модель киберфизической интеграции строительных системописывает интеграцию КСС по двум из трёх обозначенных измерений.

Третьеизмерение – “связи” объединяет характеристикивнешних связей междуразличными КСС на каждом этапе жизненного цикла и каждом уровне иерархиикаждой из киберфизических строительных систем. Таким образом, это измерениепредполагает множество вариантов реализации связей с внешними КСС.

Этосвязано с несинхронностью моментов переходов между стадиями жизненныхциклов различных киберфизических систем. Детально обозначенный вопрос будетрассмотрен в главе 5 настоящей работы.732.4 Выводы по главе 21. Сформулированы цель и задачи киберфизической интеграции строительныхсистем. В качестве цели определено создание интегрированной средыуправления процессами строительных систем, охватывающей все стадиижизненного цикла (от концепции до вывода из эксплуатации) и все уровнииерархии киберфизических систем (от физического уровня строительныхсистем до уровня управления). К задачам киберфизической интеграциистроительных систем отнесены:1) формализацияструктурыжизненногоциклакиберфизическихстроительных систем;2) интеграция процессов киберфизических строительных систем междустадиями жизненного цикла;3) формализация уровней иерархии киберфизических строительныхсистем;4) интеграция процессов киберфизических строительных систем междувсеми уровнями иерархии на каждой стадии жизненного цикла;5) формализация взаимодействия между различными киберфизиескимисистемами;6) интеграцияпроцессоввзаимодействиямеждуразличнымикиберфизиескими системами.2.

Предлагаемыйтеоретическийаппараткиберфизическойинтеграциистроительных систем содержит ряд методологий, методик, моделей иалгоритмов, обеспечивающих повышения эффективности и инновационногопотенциала процессов и результатов реализации жизненного цикла“проектирование – производство – эксплуатация” на основе автоматизациипроектирования киберфизических строительных систем.3. Детально рассмотрена структура и описаны элементы методологиикиберфизической интеграции строительных систем, включая методологиюавтоматизации проектирования КСС, модель киберфизической интеграциистроительных систем, модель внешней интеграции КСС, общую модель74обмена данными КСС, общую модель управления данными КСС,универсальнуюмодельтопологиипроектированияаппаратногоКСС,обеспеченияметодикуфункцийавтоматизацииКСС,методикуавтоматизации проектирования программного обеспечения функций КСС,алгоритм автоматизированного проектирования структуры данных КСС,методику верификации структуры данных КСС.Разработана и представлена логико-смысловая схема киберфизическойинтеграции строительных систем.4.

Представлена универсальная модель топологии КСС, описывающаятопологические уровни КСС на всех стадиях жизненного цикла. В числотопологическихуровнейвходят:физическийуровень;уровеньпреобразования; уровень контроля и уровень управления.В рамках универсальной модели топологии КСС полный жизненныйцикл КСС формализован как совокупность следующих стадий:1) стадия планирования;2) стадия проектирования;3) стадия создания;4) стадия эксплуатации;5) стадия восстановления;6) стадия преобразования;7) стадия вывода из эксплуатации и утилизации.Модель представлена в виде графа состояний, где состояниясоответствуют определенному уровню (уровень управления, уровеньконтроля, уровень преобразования и физический уровень) КСС наопределённой стадии жизненного цикла КСС.Также, выделены и рассмотрены возможные траектории жизненногоцикла КСС – простая, с восстановлением, с преобразованием, сложная.

Ккаждой из рассмотренных траекторий жизненного цикла примененаразработанная универсальная модель топологии КСС.755. Информационный поток определён как формализованный обмен всемитипами данных между областями киберфизической строительной системы. Всвоюочередь,информационныйпотокпредставляетсобойформализованную совокупность элементарных информационных потоков,реализующих обмен данными между конкретными элементами двухобластейкиберфизическойстроительнойсистемы(илиразличныхкиберфизических строительных систем в случае внешней интеграции КСС).Область-источник информационного потока – это область КСС изкоторой направлен информационный поток.Область-приёмник информационного потока – это область КСС вкоторую направлен информационный поток.6. Представлена модель киберфизической интеграции строительных систем,которая описывает области КСС и процессы формирования, накопления,передачи, хранения и использования информации на всём жизненном циклеКСС.

Также, рассматриваемая модель описывает процессы формирования,накопления, передачи, хранения и использования информации на всехуровнях КСС в рамках каждой стадии жизненного цикла (по общей моделиобмена данными и общей модели управления данными).

Рассмотреныинформационные потоки, реализующие обмен информацией по уровнямиерархии и между стадиями жизненного цикла КСС.Разработанная модель применена к рассматриваемым траекториямжизненного цикла КСС.76Глава 3Проектирование киберфизических строительных систем3.1 Общая модель обмена данными киберфизических строительных системЗадачи проектирования КСС решаются на стадиях планирования (в рамкахпостановки целей, задач и граничных условий), проектирования и восстановленияжизненного цикла КСС.В процессе проектирования КСС определяются следующие параметры:1.

Количество и типы подсистем физического уровня (строительных систем).2. Количество и тип регулируемых параметров.3. Количество каналов управления (управляющих воздействий).4. Законы формирования управляющих воздействий.ОбщаямодельобменаданнымиКССописываетпроцессыфункционирования КСС, производства, обработки и обмена данными междууровнями иерархии в рамках одной стадии, согласно универсальной моделитопологии КСС. Рассматриваемая модель распространяется на уровень контроля,уровень преобразования и физический уровень в рамках стадии создания,эксплуатации, восстановления, преобразования и вывода из эксплуатации иутилизации.Модель имеет оригинальную структуру, описанную математически сиспользованием известных из теории автоматического управления [87] подходов.Модель рассматривает определенные в первой главе настоящей работыстроительные системы:1) система мониторинга состояния и управления конструкциями;2) система выработки (добычи) воды;3) система подготовки (очистки) воды;4) система доставки воды (насосные станции);5) система распределения воды (водопроводная сеть);6) система сбора и очистки дождевой воды;777) система оборотного водоснабжения;8) система канализации;9) система ливневой канализации;10)система очистки стоков;11)система производства (генерации) тепла;12)система доставки тепла (теплоснабжения);13)система производства холода;14)система доставки холода;15)система отопления;16)система вентиляции;17)система кондиционирования воздуха;18)светопрозрачные конструкции;19)система электроосвещения;20)система дневного освещения с применением световодов;21)система выработки (генерации) электроэнергии;22)система трансформации электроэнергии;23)система аккумулирования электроэнергии;24)система распределения электроэнергии;25)система хранения газа;26)система подачи газа;27)система распределения газа;28)система телефонной связи;29)система телеграфной связи;30)система радиосвязи;31)система телевизионной связи;32)система спутниковой связи;33)система компьютерной связи;34)система факсимильной связи;35)системы вертикального транспорта;36)разгрузочно-погрузочные механизмы;7837)транспортные средства;38)система сигнализации;39)система контроля и управления доступом;40)система охраны периметра;41)системы пожаротушения;42)системы пожарной сигнализации.Данная группа подсистем представляется исчерпывающей в рамках решенияпоставленных задач киберфизической интеграции строительных систем.Общая модель обмена данными КСС представлена на Рисунок 3.1.

Модельимеет блочную структуру. Функциональные блоки модели имеют нумерациюследующей структуры: ).m.l.z, где ) – номер КСС (в рассматриваемой группеинтегрируемых КСС), * – номер стадии жизненного цикла КСС, + – уровеньиерархии, z – номер блока в рамках моделируемой стадии жизненного цикла КСС.Функциональныеблокипризванымоделироватьпроцессыфункционирования КСС на названных выше уровнях иерархии КСС. В таблице 3.1приведены наименования функциональных блоков.SWSWSWSWn.m.4.41n.m.4.42SWn.m.4.38n.m.4.40SWSWSWSWSWn.m.3.63n.m.3.66SWYYYYYn.m.3.83n.m.3.84SWn.m.3.60n.m.3.62SWn.m.3.80n.m.3.82SWn.m.3.53n.m.3.59SWn.m.3.77n.m.3.79n.m.3.21n.m.3.24n.m.2.18n.m.2.20n.m.2.21n.m.2.24n.m.2.25n.m.2.27n.m.2.28n.m.2.34n.m.2.35n.m.2.37n.m.2.38n.m.2.40n.m.2.41n.m.2.42RDEn.m.3.44n.m.3.52n.m.3.41n.m.3.42SWn.m.4.21n.m.4.24n.m.3.18n.m.3.20n.m.2.11n.m.2.17RDEn.m.3.70n.m.3.76n.m.3.38n.m.3.40SWn.m.4.18n.m.4.20n.m.3.11n.m.3.17n.m.2.2n.m.2.10RDEn.m.3.43n.m.3.35n.m.3.37SWn.m.4.11n.m.4.17n.m.3.2n.m.3.10n.m.2.1RDEn.m.3.67n.m.3.69n.m.3.28n.m.3.34SWn.m.4.2n.m.4.10n.m.3.1Xu X Fn.m.4.35n.m.4.37n.m.3.25n.m.3.27SWn.m.4.1RDEn.m.4.28n.m.4.34n.m.4.25n.m.4.2779RDERDERDEYRDERDEUРисунок 3.1 Общая модель обмена данными КССRDEXuXu X FXu X FXu X FXu X FXu X FXu X FXu X FXu X FXu X FYYYY80Таблица 3.1Наименования функциональных блоков общей модели обмена данными КССОбозначение).m.2.1НаименованиеФункциональный блок формирование сигналовуправления для систем мониторинга состояния иуправления конструкциями).m.2.2Функциональный блок формирование сигналовуправления для систем выработки (добычи) воды).m.2.3Функциональный блок формирование сигналовуправления для систем подготовки (очистки) воды).m.2.4Функциональный блок формирование сигналовуправления для систем доставки воды (насосныестанции)).m.2.5Функциональный блок формирование сигналовуправления для систем распределения воды(водопроводная сеть)).m.2.6Функциональный блок формирование сигналовуправления для систем сбора и очистки дождевойводы).m.2.7Функциональный блок формирование сигналовуправления для систем оборотного водоснабжения).m.2.8Функциональный блок формирование сигналовуправления для систем канализации).m.2.9Функциональный блок формирование сигналовуправления для систем ливневой канализации).m.2.10Функциональный блок формирование сигналовуправления для систем очистки стоков81).m.2.11Функциональный блок формирование сигналовуправления для систем производства (генерации)тепла).m.2.12Функциональный блок формирование сигналовуправления для систем доставки тепла(теплоснабжения)).m.2.13Функциональный блок формирование сигналовуправления для систем производства холода).m.2.14Функциональный блок формирование сигналовуправления для систем доставки холода).m.2.15Функциональный блок формирование сигналовуправления для систем отопления).m.2.16Функциональный блок формирование сигналовуправления для систем вентиляции).m.2.17Функциональный блок формирование сигналовуправления для систем кондиционирования воздуха).m.2.18Функциональный блок формирование сигналовуправления для светопрозрачных конструкций).m.2.19Функциональный блок формирование сигналовуправления для систем электроосвещения).m.2.20Функциональный блок формирование сигналовуправления для систем дневного освещения сприменением световодов).m.2.21Функциональный блок формирование сигналовуправления для систем выработки (генерации)электроэнергии).m.2.22Функциональный блок формирование сигналовуправления для систем трансформацииэлектроэнергии82).m.2.23Функциональный блок формирование сигналовуправления для систем аккумулированияэлектроэнергии).m.2.24Функциональный блок формирование сигналовуправления для систем распределения электроэнергии).m.2.25Функциональный блок формирование сигналовуправления для систем хранения газа).m.2.26Функциональный блок формирование сигналовуправления для систем подачи газа).m.2.27Функциональный блок формирование сигналовуправления для систем распределения газа).m.2.28Функциональный блок формирование сигналовуправления для систем телефонной связи).m.2.29Функциональный блок формирование сигналовуправления для систем телеграфной связи).m.2.30Функциональный блок формирование сигналовуправления для систем радиосвязи).m.2.31Функциональный блок формирование сигналовуправления для систем телевизионной связи).m.2.32Функциональный блок формирование сигналовуправления для систем спутниковой связи).m.2.33Функциональный блок формирование сигналовуправления для систем компьютерной связи).m.2.34Функциональный блок формирование сигналовуправления для систем факсимильной связи).m.2.35Функциональный блок формирование сигналовуправления для систем вертикального транспорта).m.2.36Функциональный блок формирование сигналовуправления для разгрузочно-погрузочных механизмов83).m.2.37Функциональный блок формирование сигналовуправления для транспортных средств).m.2.38Функциональный блок формирование сигналовуправления для систем сигнализации).m.2.39Функциональный блок формирование сигналовуправления для систем контроля и управлениядоступом).m.2.40Функциональный блок формирование сигналовуправления для систем охраны периметра).m.2.41Функциональный блок формирование сигналовуправления для систем пожаротушения).m.2.42Функциональный блок формирование сигналовуправления для систем пожарной сигнализации).m.3.1Функциональный блок контроля параметров системмониторинга состояния и управления конструкциями).m.3.2Функциональный блок контроля параметров системвыработки (добычи) воды).m.3.3Функциональный блок контроля параметров системподготовки (очистки) воды).m.3.4Функциональный блок контроля параметров системдоставки воды (насосные станции)).m.3.5Функциональный блок контроля параметров системраспределения воды (водопроводная сеть)).m.3.6Функциональный блок контроля параметров системсбора и очистки дождевой воды).m.3.7Функциональный блок контроля параметров системоборотного водоснабжения).m.3.8Функциональный блок контроля параметров системканализации84).m.3.9Функциональный блок контроля параметров системливневой канализации).m.3.10Функциональный блок контроля параметров системочистки стоков).m.3.11Функциональный блок контроля параметров системпроизводства (генерации) тепла).m.3.12Функциональный блок контроля параметров системдоставки тепла (теплоснабжения)).m.3.13Функциональный блок контроля параметров системпроизводства холода).m.3.14Функциональный блок контроля параметров системдоставки холода).m.3.15Функциональный блок контроля параметров системотопления).m.3.16Функциональный блок контроля параметров системвентиляции).m.3.17Функциональный блок контроля параметров системкондиционирования воздуха).m.3.18Функциональный блок контроля параметровсветопрозрачных конструкций).m.3.19Функциональный блок контроля параметров системэлектроосвещения).m.3.20Функциональный блок контроля параметров системдневного освещения с применением световодов).m.3.21Функциональный блок контроля параметров системвыработки (генерации) электроэнергии).m.3.22Функциональный блок контроля параметров системтрансформации электроэнергии85).m.3.23Функциональный блок контроля параметров системаккумулирования электроэнергии).m.3.24Функциональный блок контроля параметров системраспределения электроэнергии).m.3.25Функциональный блок контроля параметров системхранения газа).m.3.26Функциональный блок контроля параметров системподачи газа).m.3.27Функциональный блок контроля параметров системраспределения газа).m.3.28Функциональный блок контроля параметров системтелефонной связи).m.3.29Функциональный блок контроля параметров системтелеграфной связи).m.3.30Функциональный блок контроля параметров системрадиосвязи).m.3.31Функциональный блок контроля параметров системтелевизионной связи).m.3.32Функциональный блок контроля параметров системспутниковой связи).m.3.33Функциональный блок контроля параметров системкомпьютерной связи).m.3.34Функциональный блок контроля параметров системфаксимильной связи).m.3.35Функциональный блок контроля параметров системвертикального транспорта).m.3.36Функциональный блок контроля параметровразгрузочно-погрузочных механизмов86).m.3.37Функциональный блок контроля параметровтранспортных средств).m.3.38Функциональный блок контроля параметров системсигнализации).m.3.39Функциональный блок контроля параметров системконтроля и управления доступом).m.3.40Функциональный блок контроля параметров системохраны периметра).m.3.41Функциональный блок контроля параметров системпожаротушения).m.3.42Функциональный блок контроля параметров системпожарной сигнализации).m.3.43Функциональный блок регулирования параметровсистем мониторинга состояния и управленияконструкциями).m.3.44Функциональный блок регулирования параметровсистем выработки (добычи) воды).m.3.45Функциональный блок регулирования параметровсистем подготовки (очистки) воды).m.3.46Функциональный блок регулирования параметровсистем доставки воды (насосные станции)).m.3.47Функциональный блок регулирования параметровсистем распределения воды (водопроводная сеть)).m.3.48Функциональный блок регулирования параметровсистем сбора и очистки дождевой воды).m.3.49Функциональный блок регулирования параметровсистем оборотного водоснабжения).m.3.50Функциональный блок регулирования параметровсистем канализации87).m.3.51Функциональный блок регулирования параметровсистем ливневой канализации).m.3.52Функциональный блок регулирования параметровсистем очистки стоков).m.3.53Функциональный блок регулирования параметровсистем производства (генерации) тепла).m.3.54Функциональный блок регулирования параметровсистем доставки тепла (теплоснабжения)).m.3.55Функциональный блок регулирования параметровсистем производства холода).m.3.56Функциональный блок регулирования параметровсистем доставки холода).m.3.57Функциональный блок регулирования параметровсистем отопления).m.3.58Функциональный блок регулирования параметровсистем вентиляции).m.3.59Функциональный блок регулирования параметровсистем кондиционирования воздуха).m.3.60Функциональный блок регулирования параметровсветопрозрачных конструкций).m.3.61Функциональный блок регулирования параметровсистем электроосвещения).m.3.62Функциональный блок регулирования параметровсистем дневного освещения с применениемсветоводов).m.3.63Функциональный блок регулирования параметровсистем выработки (генерации) электроэнергии).m.3.64Функциональный блок регулирования параметровсистем трансформации электроэнергии88).m.3.65Функциональный блок регулирования параметровсистем аккумулирования электроэнергии).m.3.66Функциональный блок регулирования параметровсистем распределения электроэнергии).m.3.67Функциональный блок регулирования параметровсистем хранения газа).m.3.68Функциональный блок регулирования параметровсистем подачи газа).m.3.69Функциональный блок регулирования параметровсистем распределения газа).m.3.70Функциональный блок регулирования параметровсистем телефонной связи).m.3.71Функциональный блок регулирования параметровсистем телеграфной связи).m.3.72Функциональный блок регулирования параметровсистем радиосвязи).m.3.73Функциональный блок регулирования параметровсистем телевизионной связи).m.3.74Функциональный блок регулирования параметровсистем спутниковой связи).m.3.75Функциональный блок регулирования параметровсистем компьютерной связи).m.3.76Функциональный блок регулирования параметровсистем факсимильной связи).m.3.77Функциональный блок регулирования параметровсистем вертикального транспорта).m.3.78Функциональный блок регулирования параметровразгрузочно-погрузочных механизмов89).m.3.79Функциональный блок регулирования параметровтранспортных средств).m.3.80Функциональный блок регулирования параметровсистем сигнализации).m.3.81Функциональный блок регулирования параметровсистем контроля и управления доступом).m.3.82Функциональный блок регулирования параметровсистем охраны периметра).m.3.83Функциональный блок регулирования параметровсистем пожаротушения).m.3.84Функциональный блок регулирования параметровсистем пожарной сигнализации).m.4.1Функциональный блок имитации систем мониторингасостояния и управления конструкциями).m.4.2Функциональный блок имитации систем выработки(добычи) воды).m.4.3Функциональный блок имитации систем подготовки(очистки) воды).m.4.4Функциональный блок имитации систем доставкиводы (насосные станции)).m.4.5Функциональный блок имитации системраспределения воды (водопроводная сеть)).m.4.6Функциональный блок имитации систем сбора иочистки дождевой воды).m.4.7Функциональный блок имитации систем оборотноговодоснабжения).m.4.8Функциональный блок имитации систем канализации).m.4.9Функциональный блок имитации систем ливневойканализации90).m.4.10Функциональный блок имитации систем очисткистоков).m.4.11Функциональный блок имитации систем производства(генерации) тепла).m.4.12Функциональный блок имитации систем доставкитепла (теплоснабжения)).m.4.13Функциональный блок имитации систем производствахолода).m.4.14Функциональный блок имитации систем доставкихолода).m.4.15Функциональный блок имитации систем отопления).m.4.16Функциональный блок имитации систем вентиляции).m.4.17Функциональный блок имитации системкондиционирования воздуха).m.4.18Функциональный блок имитации светопрозрачныхконструкций).m.4.19Функциональный блок имитации системэлектроосвещения).m.4.20Функциональный блок имитации систем дневногоосвещения с применением световодов).m.4.21Функциональный блок имитации систем выработки(генерации) электроэнергии).m.4.22Функциональный блок имитации системтрансформации электроэнергии).m.4.23Функциональный блок имитации системаккумулирования электроэнергии).m.4.24Функциональный блок имитации системраспределения электроэнергии91).m.4.25Функциональный блок имитации систем хранениягаза).m.4.26Функциональный блок имитации систем подачи газа).m.4.27Функциональный блок имитации системраспределения газа).m.4.28Функциональный блок имитации систем телефоннойсвязи).m.4.29Функциональный блок имитации систем телеграфнойсвязи).m.4.30Функциональный блок имитации систем радиосвязи).m.4.31Функциональный блок имитации системтелевизионной связи).m.4.32Функциональный блок имитации систем спутниковойсвязи).m.4.33Функциональный блок имитации системкомпьютерной связи).m.4.34Функциональный блок имитации системфаксимильной связи).m.4.35Функциональный блок имитации системвертикального транспорта).m.4.36Функциональный блок имитации разгрузочнопогрузочных механизмов).m.4.37Функциональный блок имитации транспортныхсредств).m.4.38Функциональный блок имитации системсигнализации).m.4.39Функциональный блок имитации систем контроля иуправления доступом92).m.4.40Функциональный блок имитации систем охраныпериметра).m.4.41Функциональный блок имитации системпожаротушения).m.4.42Функциональный блок имитации систем пожарнойсигнализацииФункциональные блоки имитации строительных систем формируютзначения регулируемых параметров (параметров строительных систем) (s) с учетомпоступающих возмущающих (w)и управляющих (?) воздействий.