Диссертация (Киберфизическая интеграция строительных систем), страница 5

В связи с постоянно растущей конкуренцией настроительном рынке и сменой технологических укладов как внутри страны,так и в мире” [105].1.3 Направления повышения эффективности и инновационного потенциалауправления жизненными циклами “проектирование – производство –эксплуатация”Предлагаемый подход к проектированию КСС должен обеспечить ихцелостность и последовательность в части управления данными между и внутристадий жизненного цикла, в части аппаратного и программного обеспечения, а,следовательно, и обеспечить необходимое качество управления.28Научно-техническая гипотеза работы состоит в предположении возможностиповышения эффективности и инновационного потенциала процессов и результатовреализации жизненного цикла “проектирование – производство – эксплуатация” наоснове автоматизации проектирования киберфизических строительных систем.Приэтомдолжнабытьоднозначносформулированаметодологияавтоматизации проектирования киберфизических строительных систем, включаявопросы автоматизации проектирования аппаратного обеспечения функцийкиберфизическихсистемиавтоматизацииобеспечения функций киберфизических систем.проектированияпрограммного291.4 Выводы по главе 11.

Проведен анализ теории и практики построения и функционированиястроительных систем как объектов управления и киберфизическойинтеграции. В рамках проведённого анализа установлено определениеКСС, рассмотрены подходы к классификации строительных систем иопределен подход к классификации строительных систем применяемый врамках настоящей работы, опирающейся на объектно-ориентированноерассмотрения строительных систем с точки зрения удовлетворения ихфункционалом потребностей объекта строительства. Выделены группыпотребностей: обеспечение конструктивных параметров, обеспечениеводой, обеспечение микроклимата, обеспечение освещения, обеспечениеэлектропотребления, обеспечение газоснабжения, обеспечение связи,обеспечение транспорта, обеспечение охраны, обеспечение пожарнойбезопасности.

Относительно каждой группы потребностей объектовстроительства определена группа инженерных систем, представляющаясядостаточной для рассмотрения в рамках настоящей работы и включающаяв себя 42 строительные системы, обеспечивающие 10 выделенныхпотребностей объектов строительства.Также, выделены 3 измерения интеграции КСС - “жизненный цикл”,“иерархия” и “связи”, характеризующие интеграцию КСС по различнымаспектам.2. Проведён анализ объектов и процессов автоматизации проектированияКСС. В рамках проведённого анализа рассмотрены подходы кформализации жизненных циклов строительных систем, а также средстви способов обмена информацией в КСС. Задачи автоматизациипроектирования КСС рассматриваются в рамках настоящей работы какзадачи реализации жизненного цикла “проектирование – производство –эксплуатация”,построениеметодологииавтоматизированногопроектирования, разработку и исследование моделей и алгоритмов длясинтеза и анализа проектных решений.303.

Предлагаемый подход к проектированию КСС должен обеспечить ихцелостность и последовательность в части управления данными между ивнутри стадий жизненного цикла, в части аппаратного и программногообеспечения, а, следовательно, и обеспечить необходимое качествоуправления.4. Сформулированапредположениинаучно-техническаявозможностигипотеза,повышениясостоящаявэффективностииинновационного потенциала процессов и результатов реализациижизненного цикла “проектирование – производство – эксплуатация” наоснове автоматизации проектирования киберфизических строительныхсистем.31Глава 2Киберфизическая интеграция строительных систем2.1 Методология киберфизической интеграции строительных системКиберфизическая интеграция строительных систем – это процесс построениякиберфизических строительных систем.Цель киберфизической интеграции строительных систем, как указывалосьвыше, – создание интегрированной среды управления процессами строительныхсистем, охватывающей все стадии жизненного цикла (от концепции до вывода изэксплуатации) и все уровни иерархии киберфизических систем (от физическогоуровня строительных систем до уровня управления).Задачи киберфизической интеграции строительных систем:1.

Формализация структуры жизненного цикла киберфизических строительныхсистем.2. Интеграция процессов киберфизических строительных систем междустадиями жизненного цикла.3. Формализация уровней иерархии киберфизических строительных систем.4. Интеграция процессов киберфизических строительных систем между всемиуровнями иерархии на каждой стадии жизненного цикла.5. Формализациявзаимодействиямеждуразличнымикиберфизиескимисистемами.6. Интеграция процессов взаимодействия между различными киберфизиескимисистемами.Предлагаемыйтеоретическийаппараткиберфизическойинтеграциистроительных систем содержит ряд методологий, методик, моделей и алгоритмов,обеспечивающих повышения эффективности и инновационного потенциалапроцессов и результатов реализации жизненного цикла “проектирование –32производство – эксплуатация” на основе автоматизации проектированиякиберфизических строительных систем.Методологиякиберфизическойинтеграциистроительныхсистемрассматривает ряд измерений интеграции КСС (“иерархия”, “жизненный цикл” и“связи”) и опирается на модель киберфизической интеграции (рассмотрена впараграфе 2.3 настоящей работы), модель внешней интеграции КСС (рассмотренав параграфе 5.3 настоящей работы) и методологию автоматизации проектированияКСС (рассмотрена в параграфе 4.1 настоящей работы).Модель киберфизической интеграции строительных систем рассматриваетвсе возможные состояния, занимаемые КСС на жизненном цикле (при различныхструктурах жизненного цикла и сложности КСС).

Настоящая модель рассматриваетвзаимосвязь и структуры информационных потоков между различными уровнямииерархии и различными стадиями жизненного цикла КСС и применяется дляописания процессов обмена и управления данными на жизненном цикле КСС.Модель киберфизической интеграции строительных систем основана на трёхвзаимосвязанных моделях – универсальной модели топологии КСС (рассмотрена впараграфе 2.2 настоящей работы), общей модели обмена данными КСС(рассмотрена в параграфе 3.1 настоящей работы) и общей модели управленияданными КСС (рассмотрена в параграфе 3.2 настоящей работы).

Модель описываетинтеграцию КСС по двум из трёх рассматриваемых измерений интеграции –“иерархия” и “жизненный цикл”.Универсальная модель топологии КСС рассматривает топологическиеуровни КСС на всех стадиях жизненного цикла. Модель описывает полную группувозможных состояний КСС на всех возможных стадиях жизненного цикла ипроцессы перехода из одного состояния в другое для каждого уровня топологии.Общая модель обмена данными КСС рассматривает вопросы обменаданными между различными уровнями топологии КСС в рамках одной стадиижизненного цикла. Модель описывает процессы управления объектами различной33природы, включая аспекты формирования управляющих воздействий и реакцийобъектов управления.Общая модель управления данными КСС рассматривает вопросы управленияданными в рамках одной стадии жизненного цикла.

Модель описывает процессысбора и накопления данных, обеспечивая расчет необходимых вычислительныхмощностей. Также, модель рассматривает процессы анализа объекта управления иавтоматизированногосоставленияправилформированияуправляющихвоздействий.Структураинформационныхпотоков,описываемаямодельюкиберфизической интеграции строительных систем, лежит в основе моделивнешней интеграции КСС. Настоящая модель рассматривает вопросы внешнейинтеграции КСС (см.

главу 5 настоящей работы), распространяя, таким образомкиберфизическую интеграцию от интеграции уровней иерархии и жизненногоцикла на межсистемную интеграцию различных КСС. Модель внешней интеграцииКСС описывает структуру и процессы обмена данными между двумя и более КСС– рассматривает интеграцию КСС по измерению “связи”.Как указывалось выше, одним из основных элементов методологиикиберфизическойинтеграциистроительныхсистемявляетсяметодологияавтоматизации проектирования КСС.

Методология автоматизации проектированияКСС основана на алгоритме автоматизированного проектирования структурданных КСС (рассмотрен в параграфе 4.2 настоящей работы) и методикеверификации структур данных КСС (рассмотрен в параграфе 6.2 настоящейработы).Алгоритм автоматизированного проектирования структуры данных КСописываетпроцедурыавтоматизированногопроектированиянастадияхпроектирования, восстановления и преобразования (согласно универсальноймодели топологии КСС). В структуру настоящего алгоритма включены элементы,основанные на применении методики автоматизации проектирования аппаратного34обеспечения функций КСС (рассмотрена в параграфе 4.3 настоящей работы) иметодики автоматизации проектирования программного обеспечения функцийКСС (рассмотрена в параграфе 4.4 настоящей работы).МетодикафункцийКССавтоматизациипроектированияраспространяетсянааппаратногопроцедурыобеспеченияавтоматизированногопроектирования аппаратных средств, обеспечивающих определённый наборфункцийКСС.Методикаавтоматизациипроектированияпрограммногообеспечения функций КСС распространяется на процедуры автоматизированногопроектирования программных средств, обеспечивающих определённый наборфункций КСС.Методика верификации структуры данных КСС рассматривает алгоритмыверификации структуры данных КСС на различных стадиях жизненного цикла(согласно универсальной модели топологии КСС).

Настоящая методика описываетпроцедуры автоматизированной верификации структуры данных КСС.Логико-смысловаясхемакиберфизическойинтеграциистроительныхсистем, графически демонстрирующая взаимосвязи описанных выше компонентовтеории киберфизической интеграции строительных систем, приведена на Рисунок2.1.35Автоматизацияпроектированияаппаратного обеспеченияфункций КССОбласть применения:автоматизированноепроектирование аппаратныхсредств КССПредставление:Методика автоматизациипроектирования аппаратногообеспечения функций КССАвтоматизацияпроектирования структурыданных КССОбласть применения:автоматизированноепроектирование структурыданных КСС для различныхстадий жизненного циклаПредставление:Алгоритмавтоматизированногопроектирования структурыданных КССАвтоматизацияпроектированияпрограммного обеспеченияфункций КССОбласть применения:автоматизированноепроектирование программныхсредств КССПредставление:Методика автоматизациипроектированияпрограммного обеспеченияфункций КССАвтоматизация проектирования КССОбласть применения:автоматизированное проекирование КССПредставление:Методология автоматизации проектирования КССКиберфизическая интеграция строительных системОбласть применение:описание, анализ и проектирование интегрированных жизненных циклов "проектирование-производствоэксплуатация" КССПредставление:Методология киберфизической интеграции строительных системВнешняя интеграция КССОбласть применения:описание структуры ипроцессов обмена даннымимежду двумя и более КССПредставление:Модель внешней интеграцииКССПроцессы киберфизическойинтеграциистроительных системОбласть применения:описание процессов обменаданными и управленияданными на жизненном циклеКССПредставление:Модель киберфизическойинтеграции строительныхсистемВерификация структурыданных КССОбласть применения:автоматизирвоаннаяверификация структурыданных КССПредставление:Методика верификацииструктуры данных КССОбмен данными КССОбласть применения:Описание структуры данныхпо уровням иерархии КССПредставление:Общая модель обменаданными КССУправление данными КССОбласть применения:описание процессовуправления данными КССПредставление:Общая модель управленияданными КССТопология КССОбласть применения:описание динамики развитияукрупненной структуры КССна протяжении жизненногоцикла (в различных вариантахего реализации)Представление:Универсальная модельтопологии КССРисунок 2.1Методология киберфизической интеграции строительных систем(логико-смысловая схема)362.2 Универсальная модель топологии киберфизических строительных системУниверсальная модель топологии КСС рассматривает топологическиеуровниКССнатопологическимвсехуровнямстадияхжизненногоотносятся–цикла.Кфизическийрассматриваемымуровень;уровеньпреобразования; уровень контроля и уровень управления.Под физическим уровнем понимаются непосредственно строительныесистемы, то есть физические процессы и объекты, являющиеся объектамиуправления для систем автоматического и автоматизированного управления.Понятие “уровень преобразования” объединяет совокупность устройств,реализующихобменвоздействиями(преобразованиеинформации)междустроительными системами и программно-аппаратными средствами и комплексамиавтоматизированного и/или автоматического управления.