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无限接近"虚实真相"的暖通控制软件:基于数据模型分布式智能体耦合协调&数字孪生可视化系统,即"智慧供热"方案
栏目:科技创新 发布时间:2020-10-29
每一个时代都有自己的王者、每一波后浪都有自己的浪头。早在十年前,华为就开始布局鸿蒙OS,而如今随着华为全场景智慧生活战略的不断完善,鸿蒙OS将作为华为迎接全场景体验时代到来的产物,发挥其轻量化、小巧、功能强大的优势,率先应用在智能手表、智慧屏、车载设
每一个时代都有自己的王者、每一波后浪都有自己的浪头。早在十年前,华为就开始布局鸿蒙OS,而如今随着华为全场景智慧生活战略的不断完善,鸿蒙OS将作为华为迎接全场景体验时代到来的产物,发挥其轻量化、小巧、功能强大的优势,率先应用在智能手表、智慧屏、车载设备、智能音箱等智能终端上,着力构建一个跨终端的融合共享生态,重塑安全可靠的运行环境,为消费者打造全场景智慧生活新体验。华为的野心不止手机,而是一统江湖。基于全场景微内核分布式操作系统二次开发集中供热控制系统,诞生了首款真正具有暖通特色的基于AI分布式智能体耦合协调&数字孪生可视化系统 ,即智慧供热

为什么是耦合协调而非监督管理?是因为:时代在变,时代已变组织(网络)做为一种合作(耦合)的方式,它极大地克服了个体的限制,创造更大的产出,这就是合作经济动因的主要来源。这个动因也使得人类受益,分工与合作不断深化,最终成为地球的统治者,组织起来的人类,足以战胜任何巨无霸。除了合作(耦合),组织效率的另一个来源是协调。在一个有机的系统内,即使个体不是最优,依然可以组成整体最优,这是组织最为奇妙的地方,平凡的人可以创造伟大的事业。
在网络数字时代,规模效应和网络效应同时存在,个体更需要合作的精神。短短数十年时间,互联网做为一个有效的连接工具,极大地解放了人的能力边界,创造了人类历史上未曾有过的财富奇迹和科技神话。
无限接近"虚实真相"的暖通控制软件:基于数据模型分布式智能体耦合协调&数字孪生可视化系统,即"智慧供热"方案(图1)
当下,冠以"智慧供热"的项目,千奇百怪。定义智慧决不是一件简单的事情。只能列举,譬如

在新的环境中能够找到适应环境的新途径;

能够探索并认知未知的世界和事物,并对新的发现给予定义;

对于新的目标,能够制定可行的计划;

在人与大自然的互动过程中,能够遵循自然规律;

人类本身面对新的挑战,或维系某个状态,能够达成共识;

面对错综复杂的社会,能够找到主要问题点,制定对策,提高人类福祉;

对过往的事物能够回顾反思、举一反三,总结经验教训;

能够透过表面现象判断事物的本质;

… …

以上只是智慧的例子。

其实,智慧供热是一个大概念,是新一代信息技术、新一代人工智能技术(具备认知和学习的能力、具备生成知识和更好地运用知识的能力)与先进供热技术的深度融合,贯穿于供热设备制造、供热系统规划设计、供热系统建……
智慧供热(简称iheating)是一个新概念,涉及到智能供热管网、智能供热等基本概念,不同研究人员有不同的定义,这里以新的视角,对智慧供热涉及到的几个概念进行介绍。
智能供热管网是由供热物理设备网(热源、供热管网、热用户系统、就地显示仪表和控制调节设备组成的网络)、供热信息物联网(传感器、数据采集设备、数据传输设备等组成的网络)和基于智能供热平台的智能决策系统组成的新型供热网络,简称智能热网。
智能供热是以供热物理设备网为基础,以供热信息物联网为支撑,通过智能决策系统,为运行管理人员提供辅助决策支持,形成在保证室内舒适度的前提下,降低运行能耗的供热系统形式。智能供热概念包含着智能热网概念,两者关系为真包含关系。
广义而论,智慧供热是一个大概念,是新一代信息技术(移动互联、大数据、云计算、物联网、区块链等)、新一代人工智能技术(具备认知和学习的能力、具备生成知识和更好地运用知识的能力)与先进供热技术的深度融合,贯穿于供热设备制造、供热系统规划设计、供热系统建造、人才培养、供热运行维护、供热服务全寿命的各个环节及相应系统的优化集成,用于解决供热行业全过程中的复杂性和不确定性问题,提高资源配置效率,实现资源优化。广义智慧供热是以人为基础、以供热系统为载体、以信息技术为先导,在新一代人工智能技术与先进供热技术的深度融合基础上,形成的新一代供热技术。在智慧供热iheating的各组成环节中,先进的供热技术是智慧供热的主体,智慧运行是主线,用户需求是智慧供热的核心。智慧供热将成为供热行业革新的推动力。
广义智慧供热涉及到设备制造及系统集成企业、设计建造企业和供热企业。智慧供热就是利用现代化科技手段为人们提供更舒适的供热服务,达到提高效率、降低能耗、节省成本、用热舒适的目的。智慧供热不仅包括民用供热,还包括工业供热;不仅是供热,还包含供冷;不仅是热水,还包括蒸汽。三个不仅,拓宽了供热内涵。
狭义智慧供热包括智能运行、智能管理和人才培养三部分。目前,许多人对供热的认识还停留在供热就是烧锅炉取暖这样的粗浅层面,这是对供热的认知不够深,缺少供热文化的培养与宣传。亟需强化人们对养生文化“PM2.5”的认知来凸显供热文化培养的重要性。
智能运行是智慧供热的核心,涉及到运行监督、运行调节、运行控制和运行评价四大部分。运行监督是对热源、热力站、供热管网、热用户的运行参数和环境参数(室内温度、室外温度)进行监测,获得供热系统运行的显性数据。运行调节是根据显性数据得出的分析结果形成供热负荷预报、运行调节优化、热力工况优化及运行调度的最优决策方案。运行控制是根据最优决策方案进行供热管网及热用户的平衡调节及控制,对能源转换设备和动力设备进行优化控制。运行评价是根据优化运行结果,对设备及系统性能进行评价。智能运行的目的是实现能源转换设备的高效运行,能源输送系统输送成本最小,保障系统安全。
智能管理的核心是管理环节的智能。是以智能的方式改造现有的管理体系,提高管理系统的智能水平。智能管理是综合运用现代化信息技术与人工智能技术,通过计划、组织、激励、协调、控制等手段,智能地为供热运行配置资源,建立并维持企业运营秩序,以达成预定的目标。智能管理涉及到供热业务管理、供热安全管理、环保及消防管理。供热业务管理包括:运行管理、设备管理、应急管理、热费管理及服务管理。供热安全管理包括:系统安全、人员安全和设备安全。智能管理的目的是实现供热企业管理中各类硬件和软件之间高效整合,并与企业人要素实现人机协调,做到人机结合智能和企业群体智能。
智慧供热iheating对员工能力的需求发生变化,将从单一的设备操作、单一的技能、常规管理能力转换到人机协同、供热技术与信息技术融合、数据诊断与应用、技术保障及支持(如智能设备和传感器的维护与管理)等综合能力需求。只有培养出满足智慧供热需求的运行人才和管理人才,才能保障智慧供热的健康发展。
智慧供热的总体目标
智慧供热是在中国推进能源生产与消费革命、构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系,大力发展清洁供热的新时代背景下,以供热信息化和自动化为基础,以信息系统与物理系统深度融合为技术路径,运用物联网、空间定位、云计算、信息安全等互联网+”技术感知连接供热系统---全过程中的各种要素,运用大数据、人工智能、建模仿真等技术统筹分析优化系统中的各种资源,运用模型预测等先进控制技术按需精准调控系统中各层级、各环节对象,通过构建具有自感知、自分析、自诊断、自优化、自调节、自适应特征的智慧型供热系统,显著提升供热政府监管、规划设计、生产管理、供需互动、客户服务等各环节业务能力和技术水平的现代供热生产与服务新范式。
现有操作系统不能满足工业物联网时代的壁垒弊病:
集中供热管网被控对象呈现多输入多输出系统,具有非线性、时变性、不确定性以及大迟滞与大惯性的特点。被控对象或过程的非线性、时变性、多参数点的强烈耦合、较大的随机扰动、各种不确定性以及现场测试手段不完善等,出现难以按数学方法构建被控对象的精确模型的情况下。对此而言,采用传统的方法包括现有控制理论的方法往往不如一位高素质的操作人员手动控制效果好。
大量智能终端出现,未来万物互联,我们是不是为每一种硬件开发OS呢?这样工作量非常巨大,生态协同工作也是很复杂。不同设备是割裂的。如何让工作效率更高,打破设备之间的墙,实现生态共享,跨终端实现,这是对我们OS提出的要求。当被控对象的结构和参数不能完全掌握,或得不到精确的数学模型时,控制理论的其它技术难以采用时,系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定,这时应用基于华为鸿蒙OS二次开发的控制技术最为方便。
全场景微内核分布式操作系统,即鸿蒙OS是基于微内核的面向全场景的分布式操作系统。随着华为全场景智慧生活战略的不断完善,鸿蒙OS将做为华为迎接全场景体验时代到来的产物,率先应用在智能手表、智慧屏、车载设备、智能音箱等智能终端上。
通过一套系统,一个OS实现模块化解耦,对应不同设备可以弹性部署,通过操作系统分布式软总线让同一个账户下的多种终端能够实现硬件能力跨终端之间调用。我们手表上没有摄像头,我们可以用手机的摄像头,我们觉得PC的摄像头不好,可以用手机的,一个账户共享互用,系统硬件解耦,弹性部署。同时希望让操作系统、让终端运行、App运行更加流畅安全。
首先,鸿蒙OS开发难度不会太大,第二鸿蒙OS移植的方便程度也非常高。而且鸿蒙OS本身是应用开发者一次开发,就可以通过编译运行在多个平台上,开发的难度也非常小,对于开发者来说很方便。再加上,华为也有自己的软件商店,它的用户、下载包括华为云服务的使用者都是非常多的,这比很多软件公司或者互联网公司提供的操作系统有很大的优势。
例如,智慧屏和传统彩电的差别,就如同今天的智能手机与传统手机的差别;智慧屏的功能丰富性和价值升级,就如同智能手机开启的移动新生活的革命性进步;智慧屏的定义标准和品质内涵,亦会向手机产品不断升级进步一样,开创大屏新时代。为什么是华为和荣耀?面对智慧屏的袭来,这是很多人不理解的问题!对于彩电,荣耀显然是新手。常规理解,不应该是彩电业的大佬更理解彩电的未来走势吗?答案的秘密在于智慧屏是一次灵魂性的质变。彩电业的传统逻辑和经验,这时候不管用了。荣耀智慧屏的核心变化无外乎两点,第一是突破传统电视音画维度;第二是,以智慧交互和多屏互联引领大屏市场的全新标准。传统彩电业的核心力量在第一点上,他们无法理解第二点的革命性意义。
比较而言,荣耀或者华为,作为通信产业的扛把子,在智慧互联时代、5G+宽带物联网、窄带物联网、独立组网物联网等领域,居于绝对性的创新优势。智慧屏的新,就新在基于新基础设施下的全新场景应用上。这让荣耀和华为成为下一代电视机概念的缔造者。
同时,华为系智慧屏产品不是独立产品,而是“1+8+N”体系的一元,是鸿蒙生态中必不可少的一环。2020年下半年,鸿蒙OS即将迎来升级。鸿蒙生态进一步成型和升级,将为国内信息产业提供第一个基于自主OS技术平台的生态体系;同时,新的智慧屏芯片也在路上,华为系硬核的软硬件研发实力、标准体系能力和基础通信产业的场景张力,将构成智慧屏单一产品背后的核心自主创新支持体系
再叙全场景微内核分布式操作系统
分布式架构是鸿蒙OS系统的首个特点,可实现多终端能力共享,互为外设。其次是天生流畅,具备高性能低时延的能力,此外鸿蒙OS还拥有内核安全和生态共享的特性。
在过去的传统模式下,每一类新形态终端的出现,都会伴随新的操作系统的诞生。无论是在PC时代,还是移动互联时代,还是5G即将催生的物联时代,不同的时代催生不同的操作系统。因此,面对即将到来全场景智慧时代,也应该有相对应的操作系统。随着全场景智慧时代的到来,华为认为需要进一步提升操作系统的跨平台能力,包括支持全场景、跨多设备和平台的能力以及应对低时延、高安全性挑战的能力,因此逐渐形成了鸿蒙OS的雏形,可以说鸿蒙OS的出发点和AndroidiOS都不一样,是一款全新的基于微内核的面向全场景的分布式操作系统,能够同时满足全场景流畅体验、架构级可信安全、跨终端无缝协同以及一次开发多终端部署的要求,鸿蒙应未来而生。
鸿蒙”OS的前世今生
2017年,鸿蒙内核1.0完成技术验证。
2018年,鸿蒙内核2.0应用于终端TEE
2019年,鸿蒙OS1.0完成,基于开源框架,其中华为在关键模块自研,采用分布式架构、方舟编译器。确定时延引擎,推出TEE微内核形式化验证、多终端开发IDE(Beta),目前鸿蒙系统将应用于智慧屏。
2020年,鸿蒙OS 2.0即将出现,内核及应用框架自研,推出通用微内核架构、高性能图形栈,支持多语言统一编译、多终端开发IDE、满足车规级标准,并应用于创新国产PC、手表/手环、车机等产品中。
预计到2021年,鸿蒙OS 3.0将完成软硬协同优化,垂直加速文件系统软硬件协同高性能IPC,并应用于音响耳机。2022年之后,鸿蒙系统将应用于vr眼镜等更多设备。
名词解释什么是微系统?
微内核(Micro kernel)是提供操作系统核心功能的内核的精简版本,它设计成在很小的内存空间内增加移植性,提供模块化设计,以使用户安装不同的接口,如DOSWorkplace OSWorkplace UNIX等。IBMMicrosoft、开放软件基金会(OSF)UNIX系统实验室(USL)等新操作系统都采用了这一研究成果的优点。
在软件开发领域,微内核是一种架构原则,其同时也被称为插件化架构。此种架构最大的优势是允许第三方开发者添加额外的插件化应用,前提是该插件应用需要遵从下文所述的开发规范。采用微内核架构的软件随处可见,如IDE软件Eclipse、企业ERP软件,这类软件自身具备丰富功能,同时支持第三方应用的即插即用。而且,第三方插件化程序的安装、运行、卸载以及故障不会对原有系统造成任何影响。
架构图

无限接近"虚实真相"的暖通控制软件:基于数据模型分布式智能体耦合协调&数字孪生可视化系统,即"智慧供热"方案(图2)

微内核架构包含两类组件:核心系统和插件系统。核心系统的功能稳定,很少变更,其只拥有能使应用运行的最小功能逻辑,这些通用逻辑(例如插件模块的注册、加载、卸载,以及插件模块之间的相互通信等)不涉及任何特定业务;插件系统则具备良好的扩展性,其负责实现特定的业务逻辑,可根据特定业务需求而变更。
显而易见,微内核架构本质上其实是将一个软件系统中的变化部分封装在插件中,从而实现不同业务之间的隔离性,达到系统快速灵活扩展的目的,同时所有特定业务相关逻辑的变更不会影响整体系统的稳定性。
设计要点
微内核架构设计有以下三个关键点:插件管理、插件链接和插件通信。
插件管理
核心系统需要知道当前系统中共有多少个插件,哪些插件处于可用状态,什么时候加载一个插件,如何加载一个插件等。
实现上述功能的一个常用机制是插件注册表:核心系统提供一个服务来响应插件的注册请求,最终将当前系统的所有插件信息(插件标识,类别,启动方式等)保存起来。存储方式可以选择配置文件存储或者数据表存储等。

无限接近"虚实真相"的暖通控制软件:基于数据模型分布式智能体耦合协调&数字孪生可视化系统,即"智慧供热"方案(图3)

插件链接

插件链接制定了一个插件与核心系统的通信方式,也就是链接规范,故任何一个可用插件都务必遵从核心系统中该类别插件所制定的链接规范。
 常见的链接规范有OSGI(Eclipse),消息队列,依赖注入(Spring),RPC等。
插件通信
 插件模块的设计是为了达到低耦合目的,也符合这一原则。但一个业务请求往往需要几个插件模块共同协作来实现,这就需要插件之间可以实现相互通信。插件之间的通信则需要通过中央处理器(核心系统)来作为桥梁,故核心系统除去提供上文提及的注册表机制之外,还需要提供类似操作系统总线之类的通信机制。
深入探讨
OSGI(Open ServiceGateway Initiative)架构
OSGI是一个插件化的标准而非一个可运行框架,当前遵循该标准的软件有:Eclipse, ApacheFelix, Spring DM。其具备热插拔、扩展性、可复用性、高效性、稳定性的优点。请参看下面的逻辑架构图:

无限接近"虚实真相"的暖通控制软件:基于数据模型分布式智能体耦合协调&数字孪生可视化系统,即"智慧供热"方案(图4)

ModuleLayer:模块层主要涉及Jar包及共享的代码;

 LifecycleLayer:生命周期层主要涉及组件的运行时生命周期管理;
 ServiceLayer:服务层主要涉及模块之间的交互和通信。
规则引擎架构
规则引擎其实是微内核架构的一种具体实现,其执行引擎可以看作是微内核架构中的核心系统,执行引擎解析配置好的业务流规则,进而执行其中的条件和规则,以此来支撑业务层面的灵活性和扩展性。
规则引擎常用于计费、保险、促销等业务领域,其存在以下几个优点:
便于扩展
利用规则引擎,业务逻辑实现与业务系统分离,可以在不改动业务系统的情况下,灵活扩展业务共功能。
便于理解
 规则通过自然语言描述,业务人员更容易理解和操作。
可视化
规则引擎一般情况下,会提供可视化的规则定制、审批、查询、管理及示例规则,便于业务人员快速配置,满足业务发展需求。

无限接近"虚实真相"的暖通控制软件:基于数据模型分布式智能体耦合协调&数字孪生可视化系统,即"智慧供热"方案(图5)

对上图的简要介绍如下:

 开发人员将业务功能分解提炼为多个规则,将规则保存在规则库中;
业务人员根据业务需要从规则库中拉取规则,并将规则排列组合,配置成业务流程,并保存在业务库中;
规则引擎同时从规则库和业务库中拉取规则,解析业务人员配置的业务流程,最终实现业务功能。