Элементы подходов к управлению зданиями

Владимир Максименко, 25/10/23

Рассматривая вопрос об управлении зданиями, становится очевидным, что центральное место в этом процессе занимают данные. Именно получение и обработка данных позволяют принимать обоснованные решения по управлению оборудованием зданий.

В модели, представленной на Smart Buildings Show в Лондоне в октябре 2022 г. на конференции Cloud IoT Connectivity with UDMI Schema спикером компании Delta controls [1] в качестве ответа на вопрос "Что же на самом деле делает здание умным?", предлагается операционная система здания, основанная на трех столпах:

безопасности (в части устройств IoT);
синтаксисе (перемещении данных между устройством и облаком);
семантике (осмыслении данных).

Безопасность входит в автоматическую квалификацию устройств (АКУ) и обеспечивает тестирование основных функций устройства для подтверждения того, что безопасность ИТ/ОТ находится на приемлемом уровне. Синтаксис входит в универсальный интерфейс управления устройствами и определяет протокол для связи с облаком и охватывает конфигурацию, сообщения о состоянии, телеметрию и события журнала. Семантика, являясь частью онтологии (структуры и взаимосвязей) цифровых зданий, определяет соглашение об именах и набор инструментов, которые позволяют разрабатывать приложения интеллектуального анализа данных для облачной обработки, информационных панелей и аналитики.

Автоматическая квалификация устройств содержит программные инструменты для автоматического тестирования на соответствие АКУ, разработанные консорциумом под руководством Google на базе Linux (Debian/Ubuntu 20.04 LTS). АКУ направлена на компенсацию вызовов безопасности со стороны IoT. Тестирование устройства на соответствие содержит 143 теста.

Универсальный интерфейс управления устройствами (УИУУ) охватывает аутентификацию прибора, его конфигурацию, статус и телеметрию. Облако, общаясь с прибором посредством УИУУ, запрашивает и получает от него данные, которые могут быть опубликованы и обработаны.

Онтология цифровых зданий определяет модель данных, в которую входят:

сущности – представляют "вещь" реального мира;
типы объектов – представляют класс (или иерархию классов) определенного объекта;
свойства – описание полей данных объекта;
отношения – соединение двух или более сущностей.

Используя описанный инструментарий, операционная система здания позволяет сформировать онтологию допустимой для нас номенклатуры при представлении компонентов строительных услуг в IoT и на ее основе – единую схему с открытым исходным кодом и набор инструментов для представления структурированной информации о зданиях и оборудовании, установленном в здании.

Рис. 1. Здание как хранилище данных Рис. 1. Здание как хранилище данных

Практическое применение подхода

Вопросы практического применения такого подхода приведены, в частности, на мастер-классе того же Smart Buildings Show компанией Open System Technologies [2]. Здесь открытая система управления – это система, которая может взаимодействовать с продуктами разных производителей через общую платформу. Такая платформа будет использовать общий язык протокол), который обеспечивает связь между продуктами нескольких поставщиков. При этом проблемы, с которыми приходится сталкиваться, требуют беспрепятственного сотрудничества между игроками OT и ИТ/IoT/ИИ. Между тем традиционные инженеры BMS понимают технологии, связанные с OT, и могут иметь только базовые знания в области ИТ, а ИТ-инженеры не всегда разбираются в приложениях BMS и проектировании систем зданий. Экспертиза во всех областях известных цифровых услуг не известна ни одной компании. Управление выполнением контракта становится более сложным и требует назначения "главного системного интегратора", который должен поддерживать видение конечного пользователя в отношении проектирования, проверки и интеграции этих систем, поэтому он должен быть независимым в договорной цепочке.

Рис. 2. Пример вертикальной системной архитектуры

Переход к горизонтальной системной архитектуре

Решить такую задачу поможет переход от вертикальной к горизонтальной системной архитектуре [3]. Одна из проблем современных зданий состоит в том, что они выступают в качестве хранилищ данных. В этих хранилищах данные передаются "вверх" от датчиков через систему или шлюз, через Интернет или соединение 3/4G к диспетчерским и/или облачным приложениям. Команды, отправленные из диспетчерских или облачных приложений, поступают "вниз" к исполнительным механизмам.

Избавиться от многоточечных решений позволяет переход к горизонтальной архитектуре. Здесь вместо многоточечных решений используются стандартизированные слои:

прикладной уровень;
независимый уровень данных;
сетевой уровень;
уровень устройства.

При горизонтальной архитектуре:

все будут иметь IP-адрес – проводной или беспроводной;
каждый тип устройства будет иметь стандартизированный способ идентификации данных и метаданных;
реализуется стандартизированный подход к управлению сетевыми коммуникациями с удаленным доступом;
возникает четкая организационная ответственность за управление сетью и системами – ИТ или ОТ;
независимый уровень данных позволит избежать разрозненности данных и абстрагирует данные с помощью тегов и моделей данных.

Задачи, которые позволяет решить переход к горизонтальной системной архитектуре:

переносимость данных и абстракция;
сокращение ошибок при вводе в эксплуатацию;
мощные запросы данных;
интеллектуальные правила, переход к искусственному интеллекту (ИИ);
интуитивно понятные инструменты настройки и программное обеспечение пользовательского интерфейса;
автоматизированные рабочие процессы;
настоящие умные здания.

Рис. 3. Пример горизонтальной системной архитектуры

Российские решения

В части отечественных решений, близких к упомянутым выше, можно привести решение российской компании Intelvision для цифровизации жилищных комплексов [4].

Основной проблемой, которую необходимо преодолеть, является стоимость разработчиков. Из-за дефицита кадров она растет, стоимость поддержки решений тоже будет расти, или поддержка будет прекращена в принципе. В связи с санкционными ограничениями парк оборудования непременно будет постоянно изменяться и обновляться. Новые российские решения должны обладать такими характеристиками, как простота, модульность и открытость.

В качестве решений предлагается открытый API и открытый доступ к базам данных (БД):

современный популярный стек (много разработчиков на рынке);
Open Source большей части решений;
интеграция продуктов Open Source;
использование no-code-продуктов для управления бизнес-логикой;
использование облачной инфраструктуры (Яндекс.Облако).

Данный подход отражает ситуацию на отечественном рынке автоматизации зданий.

Список литературы

Smart Buildings Show, October 2022, ExCel London. Cloud IoT Connectivity with UDMI Schema. Delta controls.
Smart Buildings Show, October 2022, ExCel London. Open System Technologies Masterclass.
Саммит Iridi 2023. Умные решения для жилых комплексов. Доклад "Проблемы, задачи и решения".