НАДЕЖНОСТЬ СИСТЕМЫ "УМНЫЙ ДОМ" КАК ОСНОВНОГО КРИТЕРИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ОБЪЕКТА

Аннотация

В статье рассмотрены основные аспекты надежности системы «умный дом»: наличие в здании единой системы управления всеми инженерными системами; наличие вычислительных мощностей, достаточных для принятия решений; устранение всего обслуживающего персонала здания и передача функций контроля, принятия решений и выполнения действий «интеллектуальному центру» и его подсистемам; возможность мгновенного отключения компьютерного управления умным домом и передача управляющих функций человеку; собственная автоматика, обеспечивающая их безопасное функционирование при отключении центрального управления; конфигурация системы должна предусматривать возможность расширения.

Если рассматривать концепцию умного дома по пунктам, то можно отметить: пункт первый выполнен и даже перевыполнен. Созданы инженерные системы, оснащенные программируемым управлением, они обладают собственным интеллектом и могут интегрироваться в единую систему, подключаться к общему центру управления. Однако их применение не столь широко распространено. Причины этого рассмотрены в следующих разделах.

Рассмотрим второй пункт: распознавание ситуаций и выполнение последовательности действий, соответствующих ситуации. В этом направлении добились успехов создатели систем безопасности. При возникновении пожара выполняется несколько действий: включается звуковой сигнал, посылаются сообщения в пожарную охрану и на телефон владельца, активизируются средства пожаротушения.

Сложившийся в прошлом веке образ умного дома включает в себя присутствие умных машин, выполняющих роль обслуживающего персонала. В том умном доме фантастов и футурологов роботы наводят чистоту и порядок, готовят пищу и сервируют стол, чистят обувь, вовремя ремонтируют сантехнику и электропроводку, утилизируют мусор, выполняют указания хозяев. Причем все это они, по замыслу авторов концепции, делают быстрее и лучше, чем люди [1].

Таких роботов в современном умном доме нет. Системы, предлагаемые на рынке, включают в себя сложную электронику, программируемые устройства на микропроцессорах или управляющие компьютеры и довольно простые исполнительные механизмы. Большинство наборов не имеют в комплекте исполнительных устройств; их нужно приобретать отдельно или использовать имеющиеся электродвигатели.

Здесь проявляется основная проблема робототехники: не получается создать искусственное тело. Не создан механизм, по функциональности близкий или превосходящий человеческое тело.

На самом деле время до возникновения отказа какого-нибудь узла еще меньше, поскольку каждый двигатель подключается к источником питания посредством разъемов. Вероятность ухудшения проводимости электрических контактов, особенно в условиях подвижной системы, выше, чем вероятность отказа двигателя. Нужно также учесть сенсоры, которых должно быть несколько сотен или тысяч для адекватной ориентации в пространстве и выполнения действий, аналогичных действиям человека. В результате сложность системы оказывается слишком высокой, и она не способна к длительному функционированию.

Создатели концепции умного дома, поставив амбициозные задачи во втором и третьем пунктах, опасались результатов их воплощения. Итак, в соответствии с концепцией, искусственному интеллекту, превосходящему человеческий, будет доверена оценка ситуации, принятие решений и выполнение действий. Из здания будет удален обслуживающий персонал и заменен роботами, подчиненными центральному компьютеру. Какими могут быть последствия? Мощный искусственный интеллект может выйти из повиновения. Это даже неизбежно, если его мощность будет выше человеческого. В таком случае умный дом, в котором люди заменены роботами, может оказаться в конфликте с владельцем, и эта ситуация может стать опасной.

Поэтому сразу после самых амбициозных пунктов следует четвертый: должна быть обеспечена возможность мгновенного отключения центральной управляющей системы, переход на ручное управление.

На современном этапе системы умного дома не столь интеллектуальны, как ожидалось в прошлом веке, и не собираются выходить из повиновения. Но возможность перехода на ручное управление есть во всех управляющих устройствах. Это бывает необходимо, в том числе, и в случае отказа электроники.

Отключение центрального управления не должно приводить к авариям и серьезным затруднениям. Это требование изложено в четвертом пункте. Например, холодильник и электропечь могут работать по командам с центрального пульта, но могут функционировать как самостоятельные устройства. Система отопления, вентиляции, пожарной сигнализации и т.д. должны иметь свое автономное управление.

Завершающие пункты концепции умного дома носят чисто технический характер. Системы умного дома должны быть унифицированы и легко интегрироваться в единую систему; к единому центру должно подключаться неограниченное число подсистем; инженерные системы дома должны проектироваться с учетом взаимодействия с интеллектуальными управляющими и обслуживающими устройствами.

Системы, существующие и разрабатывающиеся в настоящее время, соответствуют этим требованиям. Команды с единого управляющего центра могут подаваться системам внутреннего и наружного освещения, системам вентиляции и кондиционирования, обогревателям, кухонным приборам и т.д. Расширение системы умного дома выполняется по тому же принципу, что и расширение компьютерной сети. Логичным этапом явилось подключение умного дома к интернету и мобильной связи, появилась возможность дистанционного контроля и управления.

Прогнозировалось создание системы, внушающей обоснованные опасения и даже мистический страх. Фраза «весь персонал здания удаляется, принятие решений передается системе» – вызывает ассоциации со сценарием фильма ужасов. Чтобы снять напряжение, в концепцию включен пункт о мгновенном отключении системы [2].

Странно, что инженера и программисты, авторы концепции, игнорировали факт, что сами технические устройства нуждаются в техническом обслуживании, программировании, ремонте. То есть уборщица заменяется роботом, к которому приставлены программисты, ремонтники, системотехники. Этот персонал – весьма квалифицированный и высокооплачиваемый – нельзя удалить из здания, начиненного техническими системами. Стоимость эксплуатации роботизированного жилища значительно выше, чем простого.

Другой момент – снижение надежности системы при увеличении ее сложности. Количество больших и малых аварий и неисправностей в сложной технической системе становится неприемлемо высоким при возрастании сложности. Теория надежности позволяет оценить ресурс технической системы, затраты времени на техническое обслуживание, время работы до отказа. Производились ли расчеты надежности отдельных роботов и умного дома в целом, при создании концепции? Публикаций на эту тему нет.

Более сложные и дорогие системы контролируют освещение, системы микроклимата, включают и выключают бытовые приборы.

Рынок систем умного дома пополняется новинками во всех ценовых сегментах; наиболее продвинутые системы проектируются по заказу.

В связи с новыми возможностями, предоставляемыми интернетом и мобильной связью, возникли и новые проблемы. Самая важная проблема – это сохранение конфиденциальности, защита управляющей системы от взлома и хакерских атак. Эту опасность следует учитывать, устанавливая мобильное приложение «умный дом» на смартфон.

Еще один сюрприз для любителей эффектных решений – системы, в которых команды даются голосом. Системы с голосовой связью достаточно популярны, для них разработаны программные продукты:

1. BitVoicer. Этот продукт работает исключительно на операционной системе Windows, что исключает его использование на множестве устройств;

2. Arduino Voice Recognition. Является фирменным устройством для распознавания голосовых команд от компании Arduino. Среди недостатков специалисты отмечают ограничение по количеству команд, долгий процесс обучения управлением системой, а также необходимость перепрошивать устройство для записи новых фраз, что неудобно при существующем отлаженном комплексе;

3. Speech to Text Library for Java/Processing. Выступает решением сразу для всех операционных систем, так как написано приложение на языке Google Speach API. Среди его возможностей стоит отметить отслеживание голоса человека в условиях реального времени, указание порога громкости, подключение микрофонов внешнего типа, установку языка распознавания речи (полный перечень возможностей написан на сайте приложения).