8 (495) 987 43 74 доб. 3304
Мы в соцсетях -              
Рус   |   Eng

Авторы

Кычкин А. В.

Ученая степень
канд. техн. наук, Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики», филиал в г. Перми
E-mail
avkychkin@hse.ru
Местоположение
г. Пермь
Статьи автора

Проектирование IoT-платформы для управления энергоресурсами интеллектуальных зданий

Авторами рассматривается задача проектирования киберфизической системы, применяемой в качестве сервиса для управления интеллектуальными зданиями с использованием технологий Интернета вещей — Internet of Things (IoT). Такие программные платформы входят в состав комплексных систем класса BEMS — Building Energy Management System и являются инструментальным средством для реализации энергоресурсосберегающих мероприятий в зданиях. Сервера и контроллеры IoT образуют инфраструктуру системы управления, в которой особую роль играют механизмы адаптации и интеллектуального анализа данных, поступающих непрерывно с большого числа узлов. В условиях отсутствия стандартов по реализации BEMS систем на базе IoT, а также возрастания требований, предъявляемых к составу и функциям аналитического обеспечения, возникает необходимость в унификации программных архитектур и обеспечении их эффективной реализации при решении практических задач.
Читать дальше...

Шаблоны проектирования программного обеспечения киберфизических систем зданий

Рассматриваются научно-прикладные аспекты проектирования алгоритмического и программного обеспечения киберфизической системы (cyber-physical system, CPS) здания. CPS здания является базовым элементом ИТ-архитектуры SmartCity и представляет собой множество интегрированных в помещение устройств управления системами жизнеобеспечения, средств связи и вычислительных средств, необходимых и достаточных для реализации пользовательских сервисов. В киберфизической системе здания всё оборудование и подсистемы объединяются в экосистему для повышения уровня комфорта и безопасности, а также снижения издержек на его эксплуатацию и экономию ресурсов. Исследуются требования к программному обеспечению (ПО) CPS здания. Представлены группы паттернов проектирования, использование которых на практике существенно сокращает время на программирование и настройку элементов CPS здания, повышает интероперабельность разрабатываемых информационных приложений. Уделяется внимание алгоритмам работы ПО CPS в условиях применения «Интернета вещей» (IoT). Используя предложенные шаблоны, разработчики ПО смогут оперативно формировать новые сервисы, их оперативно интегрировать и сопровождать. Представленные в исследовании паттерны наиболее эффективны при реализации сервисов управления внутренним и уличным освещением, силовыми нагрузками и электроприборами, а также такими системами, как отопление, кондиционирование, вентиляция, охранная сигнализация, контроль доступа, контроль протечек воды, аудио- и видеотехника. Шаблоны проектирования архитектур ПО CPS могут быть востребованы производителями систем и сервисов управления част-ными или многоквартирными жилыми домами, разработчиками ПО систем автоматизации объектов коммерческой недвижимости и государственных организаций, разработчиками и администраторами ПО производственных сооружений, объектов агропромышленного комплекса. Исследование выполнено в рамках приоритетного направления развития науки Пермского филиала НИУ ВШЭ «Исследование методов управления в киберфизических системах».
Читать дальше...

Разработка программной системы для управления IoT-устройствами с использованием структурных и поведенческих паттернов

Рассматривается задача создания программной системы, предназначенной для управления устройствами Интернета вещей (IoT), киберфизических систем (CPS) интеллектуальных зданий, производств или городской среды. Предлагается архитектурный подход к проектированию программного обеспечения, основанный на использовании типовых решений – структурных и поведенческих паттернов. Адаптация шаблонов на предметную область CPS приводит к появлению новых методов оперативного создания программных сервисов, в том числе с открытым исходным кодом, обладающих высокой устойчивостью, интероперабельностью и возможностью модификации. Разработанное с использованием паттернов ПО может применяться в качестве прототипа системы управления «умным» офисом – помещением с интегрированными подсистемами: контроль климата, пожарная безопасность и контроль протечек, управление освещением, управление мультимедиа, контроль и управление доступом, взаимодействие с клиентами, автоматизация процессов аренды и т.п. Реализация взаимодействия сервера с IoT- контроллером через нестандартные форматы обуславливает применение паттерна «Интерпретатор». Передачу данных между компонентами с кэшированием пакетов и контролем доступа предложено реализовать с помощью паттерна «Заместитель», а «Наблюдатель» предложено использовать в качестве стабильного средства управления сценариями. Предложенные в исследовании интерпретации шаблонов проектирования системных архитектур решений для управления IoT-устройствами в составе CPS зданий позволяют оперативно создавать новые или модифицировать существующие программные сервисы. Так, например, предложенные архитектуры могут быть использованы для создания модулей сбора и передачи информации, а также управления оборудованием по сценариям в условиях большого числа пользователей и персонифицированных конфигураций. Исследование выполнено в рамках приоритетного направления развития науки Пермского филиала НИУ ВШЭ «Исследование методов управления в киберфизических системах». Читать дальше...

Технология программной имплементации цифрового двойника в контур IoT управления HVAC-системой

Развитие прикладного программного обеспечения киберфизических систем зданий подразумевает широкое использование интеграционных платформ Интернета вещей (IoT). На практике гибкая функциональность IoT-платформ часто приводит к дополнительным затратам на программную доработку существующих и подключение новых блоков, в частности цифровых двойников. В статье предложено технологическое решение по программной имплементации цифрового двойника процесса проветривания в состав контура IoT управления системы отопления, вентиляции и кондиционирования (HVAC) для зданий и промышленных сооружений. Рассматривается реализация и исполнение цифрового двойника в виде динамической имитационной модели на языке объектно-ориентированного моделирования Modelica в среде OpenModelica. В качестве примера интеграционной среды рассматривается IoT- платформа InfluxData на базе стека TICK. Это горизонтально-ориентированная платформа Интернета вещей, которая содержит механизм сбора данных с устройств и базу данных временных рядов InfluxDB для хранения метрик. Для интеграции имитационных моделей на Modelica с InfluxDB предложено использовать сервер OMPython. В этом случае управляющие и интерфейсные сценарии выполняются на языке Python, что в результате в значительной степени расширяет традиционные возможности IoT- платформы до уровня системы управления с цифровым двойником. Такое управление HVAC предусматривает адаптацию контуров управления за счет учета динамики процесса воздухораспределения по вентиляционной сети, оценки и компенсации инерционности процессов. Публикация подготовлена в ходе проведения исследования (№ 21–04–039) в рамках программы «Научный фонд Национального исследовательского университета "Высшая школа экономики (НИУ ВШЭ)"» в 2020–2021 гг. Читать дальше...

Интеграция предиктивно-аналитических моделей с IoT-платформой цифрового экомониторинга

Исследование направлено на развитие прикладных программных систем для автоматизированного мониторинга окружающей среды. Рассматривается задача по разработке и интеграции прикладного программного обеспечения, в частности расчетно-аналитических моделей на основе методов машинного обучения (ML), с IoT-платформой цифрового экомониторинга для промышленных предприятий. Такая платформа используется для создания программно-аппаратных систем класса CEMS – Continuous Emissions Monitoring System, предназначенных для непрерывного контроля выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух на производствах. Использование ML-инструментов, интегрированных с платформой, позволяет значительно расширить функциональность существующих CEMS, в частности оперативно конструировать новые SaaS-сервисы для прогнозирования динамики распространения загрязнений. С учетом высоких требований к промышленным системам возникает необходимость создания специализированного программного продукта – аналитического сервера, реализующего управление подключаемыми предиктивно- аналитическими ML-моделями с требуемым уровнем качества обслуживания, в том числе автоматической инициализацией новых аналитических скриптов в виде классов, изолированностью отдельных компонентов, автоматическим восстановлением после возникновения сбоев, защищенностью и безопасностью данных. В статье предложена схема функционально-алгоритмического взаимодействия IoT-платформы цифрового экомониторинга и аналитического сервера. Представленный вариант реализации аналитического сервера имеет иерархическую структуру, в вершине которой стоит приложение, способное принимать высокоуровневые REST-запросы на инициализацию расчетов в реальном времени. Данный подход позволяет минимизировать влияние одного аналитического скрипта (класса) на другой, а также расширять функциональность платформы в «горячем» режиме, то есть без остановки или перезагрузки. Приведены результаты, демонстрирующие автоматическую инициализацию и подключение базовых ML-моделей для прогнозирования концентраций вредных веществ. Читать дальше...