Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Системный анализ, управление и обработка информации

Диссертационная работа:

Волков Андрей Анатольевич. Методология проектирования функциональных систем управления зданиями и сооружениями : Гомеостат строительных объектов : диссертация ... доктора технических наук : 05.13.01.- Москва, 2003.- 350 с.: ил. РГБ ОД, 71 03-5/324-2

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 7

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПРАКТИКИ УПРАВЛЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫМ ОБЪЕКТОМ 18

1.1. Анализ возмущений, инициирующих процессы управления строительным объектом 18

1.2. Управление строительным объектом 32

1.2.1. Адаптивное и оперативное управление 34

1.2.2. Функциональное управление 35

1.3. Анализ методов аналитической и информационной поддержки процессов управления строительным объектом 38

1.4. Выводы по главе 1 43

ГЛАВА 2. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЗДАНИЯМИ И СООРУЖЕНИЯМИ (ГОМЕОСТАТ СТРОИТЕЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ) 45

2.1. Перспективы функциональных систем управления зданиями и сооружениями 45

2.2. Гомеостат строительных объектов 47

2.3. Теория проектирования функциональных систем гомеостатического управления 51

2.3.1. Принципы 51

2.3.2. Структура и состав 54

2.3.3. Анализ и моделирование объектов и процессов 56

2.3.4. Информационное окружение 57

2.4. Выводы по главе 2 58

ГЛАВА 3. МЕТОДОЛОГИЯ ГОМЕОСТАТИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ 60

3.1. Гомеостатическое проектирование 60

3.2. Моделирование ситуаций и анализ проекта 62

3.3. Информационное обеспечение процессов и результатов гомеостатического проектирования 78

3.4. Использование систем и технологий автоматизации проектирования 79

3.4.1. Технологии Computer Aided Design (CAD) 82

3.4.2. Технологии Computer Aided Manufacturing/Management (CAM) 82

3.4.3. Технологии Computer Aided Engineering (CAE) 83

3.4.4. Технологии Product Data Management (PDM) 83

3.5. Технологии Continuous Acquisition and Life Cycle Support (CALS) .84

3.6. Выводы по главе 3 94

ГЛАВА 4. ГОМЕОСТАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ СТРОИТЕЛЬНЫМ ОБЪЕКТОМ. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ 96

4.1. Гомеостатическое управление 96

4.1.1. Ситуационное моделирование 98

4.1.2. Стратегии и сценарии управления 103

4.2. Функциональные системы гомеостатического управления зданиями и сооружениями 106

4.2.1. Основы. Системная интеграция 107

4.2.2. Уникальные компоненты систем 109

4.3. Гомеостатический мониторинг строительного объекта 112

4.4. Модель функциональной системы гомеостатического управления строительным объектом 126

4.5. Выводы по главе 4 134

ГЛАВА 5. ИНФОРМАЦИОННЫЕ ОСНОВЫ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СИСТЕМ ГОМЕОСТАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ЗДАНИЯМИ И СООРУЖЕНИЯМИ 137

5.1. Функциональные системы гомеостатического управления на основе открытых информационных систем 137

5.2. Проектирование информационных потоков в составе функциональных систем гомеостатического управления 138

5.2.1. Концепция объектно-ориентированных приложений 138

5.2.2. Технологии Object Linking and Embedding (OLE) 140

5.3. Парадигма интероперабельности информационных компонент функциональных систем гомеостатического управления 141

5.3.1. Архитектура Common Object Request Broker Architecture (CORBA) 151

5.3.2. Архитектура Enterprise JavaBeans (EJB) 153

5.4. Анализ данных в функциональных системах гомеостатического управления 155

5.4.1. Интерактивная аналитическая обработка данных 155

5.4.2. Технологии On-Line Analytical Processing (OLAP) 155

5.5. Интерфейсы информационной афферентации 164

5.5.1. Оперативная обработка транзакций в режиме реального времени 164

5.5.2. Технологии On-Line Transaction Processing (OLTP) 164

5.6. Интеграция информационных компонент функциональных систем гомеостатического управления в структуры глобального коммуникационного пространства 173

5.6.1. Web-технологии. Специализированные формализованные языки 174

5.6.2. Документирование и публикация средствами Extensible Markup Language (XML) 175

5.7. Выводы по главе 5 177

ГЛАВА 6. ПРАКТИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СИСТЕМ ГОМЕОСТАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ЗДАНИЯМИ И СООРУЖЕНИЯМИ 179

6.1. Анализ программного обеспечения процессов строительного проектирования, производства и управления 179

6.2. Совместимость оригинального программного обеспечения 181

6.2.1. Уровень протоколов обмена данными 181

6.2.2. Уровень операционных платформ 182

6.2.3. Уровень аппаратных платформ 186

6.3. Анализ средств разработки оригинального программного обеспечения функциональных систем гомеостатического управления 187

6.3.1. Автоматизация разработки элементов программного обеспечения 187

6.3.2. Технологии Computer Aided Software Engineering (CASE) 196

6.4. Проектирование распределенных систем на уровне составных сетей 224

6.5. Информационные системы в открытых сетях 226

6.6. Выводы по главе 6 227

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ 229

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 236

ИНФОРМАЦИОННЫЕ РЕСУРСЫ WEB 268

ОПУБЛИКОВАННЫЕ РАБОТЫ АВТОРА 275

ПРИЛОЖЕНИЯ 286

Приложение №1. Спецификация терминов, определений и аббревиатур 287

П1.1. Авторская терминология и определения 287

П1.2. Англоязычные аббревиатуры 292

Приложение №2. Критерии чрезвычайных ситуаций 296

Приложение №3. Обзор расчетных программных комплексов 306

Приложение №4. Обзор современного программного обеспечения Autodesk Inc 313

Приложение №5. Стандарты CALS: военно-промышленный комплекс США 319

Приложение №6. Фрагменты кода описания и реализации классов очередей обработки событий 323

Приложение №7. Документы, подтверждающие внедрение результатов исследования 345 

Введение к работе:

Прогресс в области современных технологий строительного производства, а также объективная необходимость, обусловленная целым рядом техногенных и социальных причин, определяют актуальность решения комплекса научно-методологических и инженерно-технических задач, ориентированных обеспечение безопасной и эффективной эксплуатации строительных объектов.

Анализ отчетов и результатов деятельности Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий (МЧС России), Всероссийского научно-исследовательского института по проблемам гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций (ВНИИ ГОЧС), Института инженерной безопасности в строительстве Московского государственного строительного университета (МГСУ), Открытого акционерного общества "Информационные технологии, телекоммуникации, связь, управление информацией в строительстве" Комплекса архитектуры, строительства, развития и реконструкции города Правительства Москвы (ОАО "ИНТУС"), работ отечественных и зарубежных ученых показывает, что именно строительные объекты представляют наибольшую потенциальную опасность в момент возможных нештатных ситуаций, а во многих случаях - являются их эпицентром. Согласно данным МЧС России, общий материальный ущерб, причиненный государству чрезвычайными ситуациями только в 2001 году, составил свыше 70 млрд. рублей.

Комплекс современных научных знаний, теория функциональных систем и системотехника строительства, а также значительный прогресс в области создания и использования новых информационных и телекоммуникационных технологий в строительстве дают возможность -выдвинуть и обосновать научно-техническую гипотезу о возможности расширения концепции функциональных систем управления на область строительства и эксплуатации зданий и сооружений, что способно качественно изменить традиционный подход к обеспечению безопасности и решению многих актуальных задач строительного производства в аспекте представления современных зданий и сооружений как управляемых технических систем.

Системный анализ существующей практики строительного производства позволяет говорить о научной новизне предлагаемой гипотезы, поскольку в настоящее время, в силу ряда объективных причин, не существует адекватной методологии, моделей и средств, позволяющих распространить концепцию функциональных систем управления на область строительства и эксплуатации зданий и сооружений.

Анализ теоретических основ, составляющих упомянутую концепцию, выявил очевидную ориентацию проблем, возникающих при реальном проектировании функциональных систем управления зданиями и сооружениями, на плоскость комплекса аналитического и информационного окружения процессов строительного проектирования, производства и управления.

В свете сказанного, научная проблема, решаемая в диссертации, представляется актуальной и значимой.

Следует особо отметить, что в диссертации изложены теоретические основания комплексной методологической концепции решения обозначенной научной проблемы на основе системного анализа современных научных парадигм, созерцания и осмысления различных явлений живой природы, в том числе - принципов и особенностей функционирования живых организмов, что предопределило возможность качественно нового подхода к генерации и оценке инженерных решений в области архитектурно-строительного проектирования, производства и управления, практическая реализация которых - дело недалекого будущего.

Научно-техническая гипотеза представленной диссертации предполагает возможность расширения научно-фундаментальной концепции функциональных систем управления на область строительства и эксплуатации зданий и сооружений.

Целью работы является разработка методологии проектирования функциональных систем управления зданиями и сооружениями.

Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие основные задачи:

? анализ и классификация возмущений, инициирующих процессы управления строительным объектом, методов организации аналитической и информационной поддержки процессов адаптивного и оперативного управления зданиями и сооружениями;

? анализ концепции, исследование перспективных направлений развития и возможностей функциональных систем управления зданиями и сооружениями;

? разработка структур и состава аналитического и информационного окружения функциональных систем управления зданиями и сооружениями;

? создание методологии проектирования зданий и сооружений в соответствие с принципами функционального управления;

? разработка методики моделирования ситуаций и анализа проекта;

? создание методологии проектирования функциональных систем управления зданиями и сооружениями;

? исследование основ и уникальных компонент функциональных систем управления зданиями и сооружениями;

? разработка концепции мониторинга объектов и процессов в составе функциональных систем управления зданиями и сооружениями;

? разработка информационных основ функциональных систем управления зданиями и сооружениями;

разработка принципов интеграции информационных компонент

функциональных систем управления зданиями и сооружениями в структуры глобального коммуникационного пространства;

? анализ практики проектирования функциональных систем управления зданиями и сооружениями, исследование проблем информационной совместимости, сетевой интеграции и автоматизации разработки оригинального программного обеспечения;

? экспериментальная проверка результатов исследования;

? определение перспективных направлений дальнейших исследований в рамках рассматриваемой предметной области.

Объектом исследования является здание (сооружение) как управляемая система.

Предмет исследования: проектирование функциональных систем управления зданиями и сооружениями.

В основу методологии диссертационного исследования положены системный анализ, теория функциональных систем, системотехника строительства, теория принятия решений, математическое, имитационное и инфографическое моделирование, тематические работы отечественных и зарубежных ученых, теоретические и прикладные исследования в области создания информационно-аналитического обеспечения строительного проектирования, производства и управления.

Научная новизна исследования состоит в следующем:

? предложена концепция функциональных систем управления зданиями и сооружениями;

? создана методология проектирования зданий и сооружений в соответствие с принципами функционального управления;

? разработана методика моделирования ситуаций и анализа проекта;

? создана методология проектирования функциональных систем управления зданиями и сооружениями;

? разработана концепция мониторинга объектов и процессов в составе функциональных систем управления зданиями и сооружениями;

? предложена модель функциональной системы управления строительным объектом, разработаны информационные основы проектирования систем в рамках и на основе такой модели;

? сформулированы принципы интеграции информационных компонент функциональных систем управления зданиями и сооружениями в структуры глобального коммуникационного пространства.

Практическая значимость диссертации заключается в разработке моделей, информационных, аналитических, технических, технологических и иных решений, алгоритмов и компонентов программного обеспечения функциональных систем управления зданиями и сооружениями. Полученные результаты предложены в качестве основы проектирования реального информационного, аналитического и технического обеспечения процессов строительного проектирования, производства и управления, направленных на практическую реализацию предлагаемой концепции, разработки, научно-методологического и инженерно-технического обоснования рекомендаций в области совершенствования существующих схем организации информационного обеспечения строительства, действующих Государственных стандартов и Строительных норм и правил в области безопасности строительства и эксплуатации зданий и сооружений.

Внедрение результатов. Результаты исследования (методология, модели, информационные, аналитические, технические, технологические и иные решения, алгоритмы и компоненты программного обеспечения) использованы в следующих организациях:

? Институт инженерной безопасности в строительстве;

? ОАО "ИНТУС" - "Информационные технологии, телекоммуникации, связь, управление информацией в строительстве" Комплекса архитектуры, строительства, развития и реконструкции города Правительства Москвы;

? Центральный научно-исследовательский и проектно-экспериментальный институт организации, механизации и технической помощи строительству (ЦНИИОМТП);

? Инженерная фирма "ГИПРОКОН".

Отдельные теоретические разделы и практические результаты исследования:

? положены в основу лекционных курсов "Системотехника строительства", "Современные информационные технологии в строительстве" и "Информационное обеспечение процессов строительного проектирования и производства", читаемых автором на кафедрах САПР в строительстве и системного анализа в строительстве Московского государственного строительного университета (МГСУ);

? включены в программу международного сотрудничества МГСУ (кафедра информационных систем и технологий управления строительством) и Строительного университета г.Веймара, ФРГ (кафедра информатики в строительстве (Bauhaus-Universitat Weimar, Professur Informatik im Bauwesen)) по теме "Новые информационные и коммуникационные технологии как инструментальные средства практики строительного проектирования и управления" (Neue Informations- und Kommunikationstechnologien als Hilfsmittel fur die Bauplanungpraxis und Verwaltung);

? явились теоретической основой научного направления, открытого в Международном центре строительной информатики (International Centre of Construction Informatics) при МГСУ и Техническом университете Берлина, ФРГ (Technische Universitat Berlin).

Теоретические и практические результаты исследования ориентированы также на разработку и оптимизацию структур и состава широкого спектра информационного и аналитического обеспечения процессов строительного проектирования, производства и управления.

Внедрение результатов диссертационной работы подтверждено соответствующими документами (см. Приложение №7).

Апробация работы. Результаты диссертационного исследования многократно докладывались и получили одобрение российских и зарубежных ученых и специалистов на всероссийских и международных конференциях, симпозиумах, форумах, коллоквиумах и семинарах, основные из которых следующие: Международный семинар "Моделирование в области гражданского строительства" в Строительном университете г.Веймара, ФРГ, Веймар, 1997г. (ERASMUS Seminar (ICP-1043/06) Product Modeling in Civil Engineering, Bauhaus-Universitat Weimar, Weimar, Bundesrepublik Deutschland); 10 Форум "Исследования молодых ученых в области информатики в строительстве" в Строительном университете г.Веймара, ФРГ, Веймар, 1998г. (10. Forum Bauinformatik Junge Wissenschaftler forschen, Bauhaus-Universitat Weimar, Weimar, Bundesrepublik Deutschland); I Всероссийский Форум по проблемам жилищно-коммунального хозяйства, Москва, 2000г.; Международный Коллоквиум об информационных и математических приложениях в архитектуре и строительстве (ІКМ 2000), Строительный университет г.Веймара, ФРГ, Веймар, 2000г. (Internationales Kolloquium iiber Anwendungen der Informatik und der Mathematik in Architektur und Bauwesen (IKM 2000), Bauhaus-Universitat Weimar, Weimar, Bundesrepublik Deutschland); Научно-техническая конференция "Программа строительства сельского жилья "Славянские корни": современные экологические и ландшафтные требования к архитектуре и строительству", Орловский государственный строительный университет, Орел, 2000г.; IX, X и XI Российско-польский семинар "Теоретические основы строительства", МГСУ, Москва, 2001г., Польша, Варшава, 2000, 2002гг. (Polsko-Rosyjskie Seminarium "Teoretyczne podstawy budownictwa", Rzeczpospolita Polska, Warszawa); Городская научно-практическая конференция "Современные технологии в строительстве. Образование, наука, практика", Москва, 2001г.; I и II Международная научно-практическая конференция "Моделирование. Теория, методы и средства", Новочеркасск, 2001, 2002гг.; I и II Международная научно-практическая конференция "Информационные технологии в обследовании эксплуатируемых зданий и сооружений", Новочеркасск, 2001, 2002гг.; II международная научно-практическая конференция "Компьютерные технологии в науке, производстве, социальных и экономических процессах", Новочеркасск, 2001г.; Международная научно- практическая конференция "Строительство в XXI веке. Проблемы и перспективы", МГСУ, Москва, 2001г.; Межвузовская научно-техническая конференция "Управляющие и вычислительные системы. Новые технологии", ВоГТУ, Вологда, 2001г.; 59-я региональная научно-техническая конференция "Актуальные проблемы в строительстве и архитектуре. Образование. Наука. Практика", СамГАСА, Самара, 2002г.; VI международная экологическая конференция студентов и молодых ученых "РИО+10 Экологическая безопасность как ключевой фактор устойчивого развития", МГГУ, Москва, 2002г.; II международная научно-практическая конференция "Развивающиеся интеллектуальные системы автоматизированного проектирования и управления", Новочеркасск, 2002г.; III, IV, V и VI Международная научно-практическая конференция молодых ученых, аспирантов и докторантов "Строительство - формирование среды жизнедеятельности", МГСУ, Москва, 2000-2003гг. [А5,А15,А16,А28,А30, АЗЗ,А40-А44,А46,А47,А49-А53,А57-А60,А62-А64,А66,А76 и др.].

Результаты работы обсуждались на заседаниях и семинарах кафедры САПР в строительстве (1997-2000гг.), информационных систем и технологий управления строительством (2000-2003гг.), системного анализа в строительстве (2000-2003гг.), совете специального факультета систем автоматизации проектирования (2000-2003 гг.) МГСУ, секции "Строительство" Российской инженерной академии (1998—2003гг.).

Результаты исследования отмечены грамотами Госстроя России и Информационного научно-технического журнала "Строительные материалы, оборудование и технологии XXI века".

Публикации. Основное содержание и результаты исследования опубликованы в более чем семидесяти научных и учебно-методических работах обшим объемом 55,0 п.л., в том числе лично соискателем - 47,5 п.л. [А1-А77]. По результатам исследования опубликована монография (15,75 п.л.) [А77].

Основное содержание диссертационного исследования отражено в двадцати двух печатных работах, выполненных лично автором (две работы в соавторстве), опубликованных в пяти различных ведущих научных журналах и изданиях, выпускаемых в Российской Федерации, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени доктора наук в соответствие с решением Высшей аттестационной комиссии Министерства образования Российской Федерации в период с 1999 по 2003гг. [А11,А17,А18,А20,А2!,А24,А27,А29,А31,А36, А37,А45,А48,А54-А56,А65,А69,А71 ,А73-А75].

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, основных выводов и предложений, библиографического списка (в том числе - списка использованных информационных ресурсов Web и авторских публикаций) и приложений.

Текст диссертации содержит 350 страниц, 25 иллюстраций, 9 таблиц, 7 приложений.

Библиографический список включает 404 наименования печатных работ, 81 информационный ресурс Web и 77 авторских публикаций.

На защиту выносятся положения, составляющие научную новизну представленного диссертационного исследования.

Отдельные теоретические направления исследований, представленные в диссертационной работе, поддержаны Министерством образования Российской Федерации в рамках Федеральной целевой научно- технической программы "Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники" (Шифр: 05.01.199, Проект: "Разработка принципов построения и исследование особенностей иерархических моделей управляемых интеллектуальных процессов в системах автоматизации строительного проектирования") и признаны соответствующими следующим важнейшим позициям перечня "Приоритетные направления развития науки и техники и критические технологии федерального уровня":

? информационно-телекоммуникационные технологии и электроника;

? производственные технологии;

? искусственный интеллект;

? компьютерное моделирование;

? снижение риска и уменьшение последствий природных и техногенных катастроф.

Автор выражает благодарность научному консультанту, доктору технических наук, профессору Александру Антоновичу Гусакову за научно-методологическую помощь при выполнении диссертационного исследования, результаты которого развивают научное направление системотехники строительства, созданное А.А. Гусаковым и школой его учеников.

Методологическая схема, отражающая основные составляющие исследования в их взаимосвязи, представлена на рис. В.1.

Подобные работы
Хранилов Валерий Павлович
Методология и технологии интерактивного управления ресурсами технических систем при проектировании
Кутуков Виктор Александрович
Автоматизация проектирования систем юстировки многокаскадных лазерных установок средствами имитационного моделирования
Папкова Марианна Дмитриевна
Разработка и исследование методов проектирования систем управления промышленными объектами с упругими связями
Бойченко Ольга Леонидовна
Разработка методики проектирования системы безопасности объектов индивидуального строительства
Свечников Сергей Владимирович
Разработка и исследование алгоритмических, программных и архитектурных решений для проектирования систем тематической категоризации Интернет-ресурсов в телекоммуникационных сетях
Ахмад Бадер
Интеллектуальные компоненты для автоматизированного проектирования систем электронного документооборота
Самарский Дмитрий Анатольевич
Методика проектирования систем автоматизации процессов делопроизводства с использованием объектно-ориентированных технологий
Иванов Дмитрий Александрович
Разработка модели данных автоматизированной системы проектирования и создания информационной базы данных промышленного предприятия
Лейченко Андрей Леонидович
Проектирование систем автоматизации делопроизводства
Родин Сергей Рудольфович
Планирование вычислений и организация вычислительного процесса в диалоговых системах проектирования

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net