Автор: Волков А.А. д.т.н., профессор, декан факультета ИСТАС МГСУ
Настоящая статья продолжает серию публикаций, представляющую основы перспективной науки проектирования “интеллектуальных” зданий, прямо ориентированной на устранение существующего методологического разрыва практики с теорией создания систем автоматизации зданий и сооружений всех уровней (см. Бюллетень “АЗ”, №5/2006г.; №6/2007г.).
Рассматривается оригинальная парадигма гомеостата зданий и сооружений
В целом, методология функционального управления зданиями и сооружениями предполагает анализ теории и практики построения ультра- и мультиустойчивых систем управления строительным объектом, исходя из предположений (суть – научно-технических гипотез) существования объективно реальной возможности:
1) управления процессами изменения действительных функциональных и/или технических характеристик здания (сооружения) и/или его элементов (при этом управление собственно зданием (сооружением) трактуется как управление процессами изменения таких характеристик);
2) построения стратегии и сценариев такого управления для объекта с известным набором функциональных и технических характеристик в терминах существующих или оригинальных формальных языков (при этом целевая функция управления есть компенсация и/или подавление влияния возмущений любого характера и интенсивности на устойчивое состояние объекта управления);
3) создания инженерно-технических систем, практически реализующих процесс управления зданием (сооружением) в описанном смысле с учетом установленных ограничений и допущений.
Остановимся на сути концепции функциональных систем управления зданиями и сооружениями, как основе методологии гомеостата строительных объектов, анализе теоретических основ проектирования функциональных систем гомеостатического управления зданиями и сооружениями.
Анализ перспектив использования принципов теории функциональных систем (П.К. Анохин) и системотехники строительства (А.А. Гусаков) для решения задач управления зданиями и сооружениями в описанном выше смысле позволяет говорить о возможности создания методологии гомеостата строительных объектов именно как функциональной системы.
Гомеостат (от греч. homoios – подобный, одинаковый и statos – стоящий, неподвижный) – самоорганизующаяся система, моделирующая способность живых организмов поддерживать некоторые величины в физиологически допустимых границах. Английский ученый У.Р. Эшби, изобретатель гомеостата, сконструировал его простейшую форму в 1948 году в виде устройства, состоящего их четырех магнитных систем, имеющих перекрестные обратные связи.
Понятие “гомеостата” – системное воплощение явления гомеостаза или гомеостазиса (от греч. homoios – подобный, одинаковый и stasis – состояние, неподвижность), в физиологии – относительного динамического постоянства состава и свойств внутренней среды и устойчивость основных физиологических функций живых организмов. Термин “гомеостаз” был предложен американским физиологом У. Кенноном в 1929 году.
Однако, представление о постоянстве внутренней среды было сформулировано еще в 1878 году французским ученым К. Бернаром как результат сложных координационных и регуляторных взаимоотношений, осуществляемых как в целостном организме, так и на органном, клеточном и молекулярном уровне.
Необходимо отметить факт существования ряда работ отечественных и зарубежных авторов, созданных в разное время, в которых понятие “гомеостата” так или иначе используется для решения теоретических и, в значительно меньшей степени, – практических задач в различных областях науки и техники. Отдельные исследования, не содержащие, однако, аналогичных постановок задач управления и признаков комплексной методологии, затрагивают вопросы использования принципов гомеостата в строительстве.
Характер целевой функции управления зданиями и сооружениями в контексте исследования предполагает определение гомеостата строительных объектов как функциональной системы, ориентированной на ограничение и подавление влияния возмущений любого характера и интенсивности на устойчивое состояние строительного объекта. Очевидной целью подобного подхода к построению методологии является объективная необходимость “научить” здания и сооружения адекватной реакции на негативные воздействия окружающей среды и внутренние возмущения средствами оригинальных информационно-технических систем – функциональных систем гомеостатического управления строительным объектом.
Гомеостатическое управление – комплексное, в том числе – оперативное, адаптивное управление объектами, процессами, системами и их элементами, функционально ориентированное на ограничение и подавление влияния возмущений любого характера и интенсивности на устойчивое состояние объекта управления с целью его сохранения.
Эффективность реальных функциональных систем гомеостатического управления строительным объектом зависит, в первую очередь, от того, насколько здание или сооружение “управляемо” в принципе, насколько оригинальные технические, технологические и иные проектные решения отвечают принципам гомеостатического управления, т.е. комплексное решение задач гомеостатического управления подразумевает обязательное проектирование строительного объекта на гомеостатическом уровне.
Гомеостатическое проектирование – системотехническое проектирование объектов, процессов, систем и их элементов, концептуально ориентированное на адаптацию оригинальных технических, технологических и иных решений к функциям гомеостатического управления. Важно отметить, что формирование структуры и состава систем и сценариев гомеостатического управления должно происходить на стадии гомеостатического проектирования строительного объекта.
Использование методологии гомеостата при проектировании, возведении и эксплуатации зданий и сооружений – сложная системотехническая проблема, решение которой открывает перспективные направления развития систем в рамках предлагаемой концепции, основными из которых являются качественно новый уровень интеллектуальной автоматизации и активной безопасности строительных объектов (рис. 1).
Системотехнический анализ теории и практики решения подобных задач позволяет сформулировать принципы проектирования функциональных систем гомеостатического управления зданиями и сооружениями, основные из которых следующие:
1. Принцип гомеостатического проектирования (гомеостатическое проектирование строительного объекта).
2. Принцип моделирования (формирование и анализ стратегий и сценариев управления, структуры и состава функциональных систем гомеостатического управления на стадии гомеостатического проектирования зданий и сооружений).
3. Принцип оптимизации проектных решений (оптимизация оригинальных технических, технологических и иных проектных решений по критерию минимизации числа возможных сценариев управления для строительного объекта с известным набором функциональных и технических характеристик).
4. Принцип системного проектирования (анализ и проектирование функциональных систем гомеостатического управления в рамках концепции, системно объединяющей все направления интеллектуальной автоматизации и активной безопасности зданий и сооружений).
5. Принцип открытых информационных систем (проектирование информационных компонент функциональных систем гомеостатического управления зданиями и сооружениями в рамках концепции открытых (в том числе распределенных) систем).
Руководствуясь предложенным, как методологической концепцией, основные задачи ее практической реализации проецируются на плоскость создания комплекса аналитического и информационного окружения процессов гомеостатического проектирования и управления.
Аналитическая поддержка функциональных систем гомеостатического управления представляет собой комплекс системно интегрированных методологических, методических, математических и иных решений и средств, позволяющих оптимально и в полном объеме осуществлять функции гомеостатического проектирования и управления на основе представления зданий и сооружений как объектов целевого управления. Сказанное предполагает как широкое использование существующих расчетных методов и вычислительных алгоритмов, так и разработку и внедрение принципиально новых подходов к решению задач управления процессами в рамках жизненного цикла зданий и сооружений, достаточное многообразие и прогресс в создании которых в настоящее время являются объективными доказательствами возможности анализа, моделирования и результативного решения задач гомеостатического проектирования и управления для строительных объектов, системно объединяющих современные и перспективные направления теоретических и практических исследований в обозначенной области. Так современное развитие системотехники строительства (А.А. Гусаков) позволяет говорить о перспективах декларируемых принципов с научными достижениями организационно-антропотехнической надежности (В.О. Чулков) на уровне инфографического моделирования систем ”человек – техника – среда”.
Информационное окружение функциональных систем гомеостатического управления представляет собой комплекс информационных технологий и программного обеспечения всех уровней, ориентированный на поддержку процессов гомеостатического проектирования и управления на основе использования технологий открытых информационных систем. Основой проектирования информационных компонент функциональных систем гомеостатического управления является адаптация и использование стандартных решений в области информационной поддержки процессов строительного проектирования, производства и управления. Класс оригинальных составляют задачи, не предполагающие стандартной постановки и решений.
Проведенный анализ позволяет говорить о возможности и перспективах разработки комплекса информационного окружения функциональных систем гомеостатического управления на основе современных информационных технологий и методов проектирования систем, объединенных предложенной методологической концепцией.
Продолжение читайте в следующем номере.
Бюллетень АЗ №9 2007