Диссертация (Киберфизическая интеграция строительных систем), страница 3

Однако, бессистемный (вмасштабах жизненного цикла объекта строительства) характер такой интеграции влучшем случае приводит к локальным улучшениям в функционировании отельныхсистем, а в худшем – к искажению глобальных (в рамках жизненного цикла объектастроительства) информационных потоков и нерациональному дублированию илипотере информации. При этом, нерациональное дублирование информации в17большинстве случаев приводит к искажению информации на следующей стадии еёиспользования.Для решения описанных проблем, представляется необходимым переход кцелостному восприятию, планированию и проектированию жизненного циклаобъекта (и комплексов объектов) строительства.

Такой подход, обеспечивающийинтеграцию физических систем, данных, информационных потоков, средстваппаратного и программного обеспечения процессов контроля и управленияпредставляет собой киберфизическую интеграцию строительных систем.“Киберфизическиесистемыпостроенынаосновеинформационно-технологической парадигмы интеграции вычислительных ресурсов и физическихпроцессов, что в совокупности с возможностью накопления, анализа ииспользования больших объемов данных выводит процесс синтеза и принятиярешений в режиме реального времени на качественно новый уровень” [6].Как отмечает К.

Майнцер в статье “Исследуя сложность”, процессыкогнитивных систем, в отличие от классического искусственного интеллекта,нельзя рассматривать в отрыве от физической системы и её встроенности вокружающую среду [106].Сказанное выше К. Майнцер переносит также и на “глобализированныйИнтернет-мир”. Несмотря на то, что сейчас существует традиционное разделениемежду физическим (“реальным”) и виртуальным миром, во многих отрасляхдеятельности (таких как медицина и инженерное дело) действия в физическом(“реальном”) мире осуществляются при поддержке виртуальных приборов [106].

Вчастности, “проведение операции сопровождается виртуальным изображениеморгана с точными информационными данными и данными измерений, обеспечиваяточность хирургического вмешательства” [106]. Таким образом можно говорить орасширениифизическогомирапосредствомиспользованиявиртуальнойреальности – на смену понятия “виртуальная реальность” (virtual reality) пришлопонятие “расширенная реальность” (augmented reality) [106].В качестве примера локальных киберфизических систем в строительстве, К.Майнцер приводит мехатронные системы, интегрирующие механические и18электронные системы (включая относящуюся к ним технологию сенсоров, то естьсистему контроля и управления), также в данном ключе рассматриваютсяустройства “умного дома”, оснащенные сенсорами, и автомобили, обладающиесистемами навигации и ассистентами безопасного вождения, представляющиесобой программно-аппаратные средства обеспечивающие безопасность людей итехнических систем в окружающей среде [106].Такимобразом“Интернетможетбыть“воплощен”всетивзаимодействующих приборов, вещей и людей” [106].

Вещи воспринимают другдруга через сенсорные технологии (технологии управления) и, одновременно,воспринимаются людьми и становятся объектами манипуляций. Описанноехарактеризуется понятием “Интернет вещей” [106].Технические системы, управляемые как в описанных выше случаях “большене соответствуют строгому делению вещей физического мира и компьютерногомира” [106]. Теперь целесообразно говорить о киберфизических системах, которыераспознают своё физическое окружение, обрабатывают полученную информациюи влияют на физическое окружение [106]. “Для этого необходимо сильноесопряжение физической модели применения и компьютерной модели управления.Речьприэтомвзаимодействующихидётобинтегрированныхчеловеческихмозгов,целостныхсостоянияхинформационныхикоммуникационных систем, отличающихся значительной автономностью, ифизических вещей и приборов” [106].В качестве примера киберфизической системы в [106] приводятся “умныесети” (smart grids). “Умные сети” представляют собой адаптивные и в высокойстепени автономные энергетические сети, получившие широкое распространениев Германии [106].

Функции “Умных сетей” сегодня позволяют получать по сетиИнтернет информацию о целесообразности подключения тех или иных приборов кэлектрической сети [106]. Следующим шагом должны стать виртуальные системы,обеспечивающие выгодное потребление электроэнергии без привлечения человека(потребителя) [106]. Также, “Умные сети” принимают от пользователей излишки19автономновыработаннойэлектроэнергии,которыераспределяютиуравновешивают с применением виртуальных средств управления [106].В.П. Шкодырев в статье “Управление в технических системах: отмехатроники к киберфизическим системам” говорит, что “развитие современнойтеории управления представляет в настоящее время одно из наиболее актуальныхи активно развивающихся направлений фундаментальных исследований, вомногом определяющих будущие тенденции для широкого круга прикладных задачи практических применений.

Особое внимание в этом процессе привлекаетвзаимосвязь между общими закономерностями развития технических систем ифундаментальными законами развития живой природы, характеризующимиэволюцию окружающего мира” [123].В.П.Шкодырев,основываясьнасистемномподходеканализуэволюционного развития информационных кибернетических систем, выделяет 3стратегических направления [123].Первое стратегическое направление относится к интеллектуализацииуправляющих систем и комплексов [123, 128]. “Ключевым моментом вопределении “интеллектуальности” становится способность системы извлекать,аккумулироватьиприменятьискусственногоинтеллекта,знаниякакпозволяющейоднусистемеизбазовыхсущностейфункционироватьподавтономным управлением, воспринимать окружающую среду и существовать в нейв течение продолжительного времени, адаптируясь к изменениям и достигаяпоставленной цели.

Способность формировать знания и проводить на основанииних рассуждения позволяет интеллектуальной системе самой вырабатывать болееэффективные стратегии действий в условиях непрерывного изменения внешнихвоздействий, отсутствия или неполноты информации, влияния возмущающихфакторов. Это соответствует базовому принципу единства интеллекта идеятельности в сложных системах, использующих интеллект как регуляторэффективной деятельности в поведении сложных систем” [123].“Второе стратегическое направление связано с развитием принципов сетевойорганизацииигрупповогоуправленияотдельнымиинтеллектуальными20системами., образующими среду распределённого искусственного интеллекта.Определяющим в данном случае является приоритет координационных –горизонтальныхинтерактивныхконкурирующими”стратегиямисвязейвнасложныхвертикальнымиинтегрированных“чистосистемах.Кибернетические решения предполагают в этом направлении прежде всегосоздание полноценной связной многоагентной системы, включающей связь междуагентами управления (Vehicle-to-Vehicle, V2V) и между каждым агентом ивнешней окружающей его инфраструктурой (Vehicle-to-Infrastructure, V2I)” [123].“Возникновение горизонтальных взаимосвязей кооперации и координациимежду отдельными когнитивными единицами играет ключевую роль в процессеформированиямногоуровневыхинтегрированныхструктурсэлементамистратегий группового управления [123, 129].

Это объясняется неэффективностью(а в ряде случаев и невозможностью) решения сложных задач отдельнымиизолированными подсистемами. Подобная интеграция выступает как необходимоеусловие гибридизации и многомерности интеллектуальных систем, характерныматрибутом которой является способность оценивать, прогнозировать и управлятьколлективным поведением или групповой динамикой когнитивных систем наметауровне” [123].“Третье стратегическое направление связано с использованием принциповсамоорганизациииразвития.Этообусловленовключениемпринциповфункционирования сложной (по Г. Хакену и И. Пригожину) гибридной системы,эволюционирующее развитие которой опирается на фундаментные процессывзаимодействиямеждуеёкомпонентами,преждевсегокооперацииикоординации” [123, 121].Киберфизическая строительная система (далее – КСС) определена в [6] как“конечное множество функциональных компонентов (элементы, объекты,комплексстроительства,вычислительныересурсы,интегрированныевовключенные физические процессы) и отношений между ними, выделенное в21соответствии с определенной целью в рамках определенного временногоинтервала” [6].Цель киберфизической интеграции строительных систем – созданиеинтегрированнойсредыуправленияпроцессамистроительныхсистем,охватывающей все стадии жизненного цикла (от планирования до вывода изэксплуатации и утилизации) и все уровни иерархии КСС.Предлагается введение трёх измерений интеграции КСС - “жизненный цикл”,“иерархия” и “связи”.Измерение “жизненный цикл” описывает интеграцию КСС во времени напротяжении всего жизненного цикла, сохранение и передачу данных от стадии кстадии для использования в процессах управления.

Результатом такой интеграциидолжно стать повышения качества управления за счёт оперативного доступа кинформациииэкономиявычислительныхресурсовзасчётизбеганиядублирования информации и повторного (и/или параллельного) производстваданных.Измерение “иерархия” описывает интеграцию КСС по уровням иерархии врамках одной стадии жизненного цикла. Здесь речь идёт о “вертикальной”интегрированности КСС – от верхнего уровня управления до физического уровня.Результатом такой интеграции должны стать увеличение скорости и качествапринятия управленческих решений.Измерение “связи” описывает интеграцию различных КСС между собой.Такая интеграция позволяет координировать управление между КСС ипредоставляет возможность координации ресурсов, формулирования и достиженияобщих целей.Как отмечается в [97], “...предшественниками киберфизических системможно считать встроенные системы реального времени, распределенныевычислительные системы автоматизированные системы управления техническимипроцессами и объектами.

Дополненные беспроводными сенсорными сетями,способными работать в промышленной среде, сенсорами, ставшими объектами22интернета вещей, моделями данных, а также бизнес- и производственныхпроцессов, киберфизические системы стали системами состоящими из различныхприродных объектов, искусственных подсистем и управляющих контроллеров,позволяющихпредставитьтакоеобразованиекакединоецелое.Вкиберфизических системах обеспечивается тесная связь и фактическая слаженнаяработа по вариативным сценариям между вычислительными и физическимиресурсами. Киберфизические системы интегрируют в себе кибернетическоеначало, компьютерные аппаратные и программные технологии, качественно новыеисполнительные механизмы, встроенные в окружающую их среду и способныевоспринимать её изменения, самообучаться и адаптироваться. Ключевым вкиберфизических системах является модель, используемая в системе управления, от того как она соотносится с реальностью зависит работоспособностькиберфизической системы.