CC BY
14
ВЕСТНИК 1/2013
1/2013
УДК 65.011.56
А.А. Волков, П.Д. Челышков, А.В. Седов
ФГБОУ ВПО «МГСУ»
АБСТРАКТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА НАДЕЖНОСТИ (ДОЛГОВЕЧНОСТИ) ПРИ ВЫБОРЕ ОПТИМАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ В САПР
Рассмотрен предлагаемый авторами подход к определению оптимальной структуры системы автоматического управления с применением САПР, основанный на введении абстрактной характеристики надежности систем автоматического управления, учитывающей неоднородность влияния различных инженерных систем на жизнеспособность зданий.
Ключевые слова: автоматизация, система управления, надежность, жизнеспособность зданий, оптимальная структура.
Разнообразие подходов к построению систем автоматического управления зданиями в настоящий период развития средств автоматического управления ставит новые задачи в проблеме оценки надежности таких систем. В статье рассмотрен вопрос оценки влияния степени централизации систем автоматического управления на их надежность [1].
Современные средства автоматического управления позволяют создавать системы с различной степенью централизации. Очевидно, что степень централизации существенно влияет на надежность системы. При этом, однако, невозможно определить значение степени централизации, которое соответствовало бы максимальному значению надежности любой системы автоматического управления [2]. Поясним на примере. Рассмотрим типовое офисное здание с обычным набором инженерных систем: отопления, вентиляции, кондиционирования, электро-, тепло-, водоснабжения, водоотведения, пожаротушения, сигнализации и освещения. Система автоматического управления в таком здании может иметь различную структуру. Варианты показаны на рис. 1—3. На рис. 1 приведена централизованная структура, на рис. 2 — децентрализованная, на рис. 3 — комбинированная. Относительно комбинированной структуры следует заметить, что на рис. 3 приведен лишь частный случай.
Несложно определить надежность системы управления, организованной по той или иной структуре. Классическая характеристика надежности системы — вероятность безотказной работы P, ее величина определяется по формуле
P'NT, (|>
NH
где NH — начальное количество элементов системы, которая подвергается испытаниям; NK — конечное количество элементов системы, оставшихся работоспособными. Так, например, формула для определения вероятности безотказной работы системы с децентрализованной структурой будет иметь вид
m
P(t) = 1 - П(1 - Pi). (2)
i=1
218
© Волков А.А., Челышков П.Д., СедовА.В., 2013
Рис. 1. Централизованная структура системы автоматического управления инженерными системами здания
Рис. 2. Децентрализованная структура системы автоматического управления инженерными системами здания
е>
св£
САУ инженерными системами здания
Рис. 3. Комбинированная структура системы автоматического управления инженерными системами здания
Информационные системы и логистика в строительстве
VESTNIK
MGSU
Таким образом, можно определить вероятность безотказной работы системы управления, обладающей любой из приведенных структур. Однако рассмотренная характеристика надежности не представляется приемлемой для принятия окончательного решения о выборе той или иной структуры системы управления, поскольку не учитывает степень критичности различных инженерных систем.
Речь идет о том, что в различных типах зданий критичными для жизнеобеспечения являются различные инженерные системы [1—4]. Следовательно, в различных типах зданий следует обеспечивать первоочередную надежность систем управления критичными инженерными системами для данного конкретного здания.
Учесть такую неоднородность влияния различных инженерных систем на жизнеспособность здания возможно путем введения абстрактной характеристики надежности систем автоматического управления N при вычислении которой вероятности безотказной работы систем управления различными инженерными системами Р будут умножаться на весовые коэффициенты, соответствующие критичности этих инженерных систем.
В качестве весового коэффициента для зданий различного назначения целесообразно использовать различные величины. Рассмотрим весовой коэффициент критичности инженерных систем для офисных зданий.
При определении «веса» инженерной системы здания представляется обоснованным выделить три характеристики инженерной системы: объем потребления тепловой энергии Н, Гкал, объем потребления электрической энергии Е, кВт-ч, и количество людей М, чей комфорт и дееспособность непосредственно зависят от корректности работы рассматриваемой инженерной системы. Так, абстрактный весовой коэффициент критичности инженерных систем для офисных зданий можно определить по формуле
Таким образом, формализованы абстрактная характеристика надежности систем автоматического управления и абстрактный весовой коэффициент критичности инженерных систем. Опираясь на предложенную характеристику, возможно определить оптимальный для данного здания вид структуры системы автоматического управления с точки зрения удовлетворения нужд критичных инженерных систем.
Очевидно, что для оценки надежности сложных систем автоматического управления зданиями необходимо произвести значительное количество достаточно объемных вычислений, что затруднительно и нерационально делать без использования средств автоматизированного проектирования. Для применения предложенного способа выбора структуры системы автоматического управления в САПР разработан алгоритм определения абстрактной характеристики надежности системы автоматического управления, который приведен на рис. 4.
Применение приведенного выше алгоритма в САПР позволит осуществлять выбор систем автоматического управления инженерными системами зданий, учитывая степень критичности управляемых инженерных систем для конкретного здания.
Ш
N = 1 - П (1 - kiPi ).
(3)
k = HEM.
(4)
ВЕСТНИК
МГСУ-
1/2013
Рис. 4. Алгоритм определения абстрактной характеристики надежности системы автоматического управления
222
КБИ 1997-0935. Vestnik МвЭи. 2013. № 1
Информационные системы и логистика в строительстве
VESTNIK
MGSU
Библиографический список
1. Волков А.А. Основы гомеостатики зданий и сооружений // Промышленное и гражданское строительство. 2002. № 1. С. 34—35.
2. Волков А.А. Гомеостат в строительстве: системный подход к методологии управления // Промышленное и гражданское строительство. 2003. № 6. С. 68—73.
3. Ильичев В.А. Принципы преобразования города в биосферосовместимый и развивающий человека // Промышленное и гражданское строительство. 2010. № 6. С. 3—13.
4. Ильичев В.А. Биосферная совместимость: Технологии внедрения инноваций. Города, развивающие человека. М. : Либроком, 2011. 240 с.
Поступила в редакцию в январе 2013 г.
Об авторах: Волков Андрей Анатольевич — доктор технических наук, профессор, проректор по ИИТ, заведующий кафедрой информационных систем, технологий и автоматизации в строительстве, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, volkov@mgsu.ru;
Челышков Павел Дмитриевич — младший научный сотрудник Научно-образовательного центра информационных систем и интеллектуальной автоматики в строительстве, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, chelyshkovpd@mgsu.ru;
Седов Артем Владимирович — младший научный сотрудник Научно-образовательного центра информационных систем и интеллектуальной автоматики в строительстве, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, se-dovav@mgsu.ru.
Для цитирования: Волков А.А., Челышков П.Д., Седов А.В. Абстрактная характеристика надежности (долговечности) при выборе оптимальной структуры системы автоматического управления в САПР // Вестник МГСУ. 2013. № 1. С. 218—224.
A.A. Volkov, P.D. Chelyshkov, A.V. Sedov
ABSTRACT CHARACTERISTIC OF RELIABILITY (DURABILITY) IN SELECTION OF THE OPTIMAL STRUCTURE OF AN AUTOMATIC CONTROL SYSTEM IN CAD
In this paper, the authors propose an approach to identification of the optimal structure of an automatic control system using CAD. The approach is based on the introduction of an abstract characteristic of reliability of control systems to take account of heterogeneity of versatile engineering systems designated for sustainable buildings.
Application of the proposed method of selection of an automatic control system designed for CAD algorithms helps determine reliability as an abstract characteristic of an automatic control system.
Integration of the above algorithm into the CAD system will ensure selection of automatic control engineering systems of buildings with account for the critical values of control systems with reference to particular buildings.
Keywords: automation, control systems, safety, sustainable buildings, optimal structure.
ВЕСТНИК 1/2013
1/2013
References
1. Volkov A.A. Osnovy gomeostatiki zdaniy i sooruzheniy [Fundamentals of Homeostasis of Buildings and Structures]. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo [Industrial and Civil Engineering]. 2002, no. 1, pp. 34—35.
2. Volkov A.A. Gomeostat v stroitel'stve: sistemnyy podkhod k metodologii upravleniya [Homeostasis in the Construction Industry: Systemic Approach to the Methodology of Management]. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo [Industrial and Civil Engineering]. 2003, no.6, pp. 68—73.
3. Il'ichev V.A. Printsipy preobrazovaniya goroda v biosferosovmestimyy i razvivayush-chiy cheloveka [Principals of Transformation of the City into the Human Development Vehicle Compatible with the Biosphere]. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo [Industrial and Civil Engineering]. 2010, no. 6, pp. 3—13.
4. Il'ichev V.A. Biosfernaya sovmestimost': Tekhnologii vnedreniya innovatsiy. Goroda, razvivayushchie cheloveka [Biospheric Compatibility: Innovation Implementation Technologies. Human Development Cities]. Moscow, Knizhnyy dom "Librokom" Publ., 2011, 240 p.
About the authors: Volkov Andrey Anatol'evich — Doctor of Technical Sciences, Professor, Vice Rector for Information and Information Technologies, Chair, Department of Information Systems, Technology and Automation in Civil Engineering, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; it@mgsu.ru;
Chelyshkov Pavel Dmitrievich — Junior Researcher, Research and Educational Centre for Information Systems and Intelligent Automation in Civil Engineering, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe Shosse, 129337, Moscow, Russian Federation; chelyshkovpd@mgsu.ru;
Sedov Artem Vladimirovich — Junior Researcher, Research and Educational Centre for Information Systems and Intelligent Automation in Civil Engineering, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe Shosse, 129337, Moscow, Russian Federation; sedovav@mgsu.ru.
For citation: Volkov A.A., Chelyshkov P.D., Sedov A.V. Abstraktnaya kharakteristika na-dezhnosti (dolgovechnosti) pri vybore optimal''noy struktury sistemy avtomaticheskogo upravleniya v SAPR [Abstract Characteristic of Reliability (Durability) in Selection of the Optimal Structure of an Automatic Control System in CAD]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2013, no. 1, pp. 218—224.
224
ISSN 1997-0935. Vestnik MGSU. 2013. № 1
