МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНИЙ ЛІСОТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ
Анатолій Бойко Михайло Олійник
КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ з дисципліни
АВТОМАТИЗАЦІЯ ПРОЕКТУВАННЯ ТА БУДІВНИЦТВА
ЛІСОВИХ ДОРІГ
ЛЬВІВ-2010
УДК
630*625.11
Бойко
А.А., Олійник
М.І. Автоматизація проектування і
будівництва
У навчальному посібнику висвітлені особливості вишукування траси за допомогою супутникових навігаційних систем та створення цифрових моделей місцевості; застосування систем автоматизованого проектування автомобільних доріг Robur, Indor, Credo та програмного комплексу AutoCAD для проектування земляного полотна та дорожнього одягу лісових доріг, принцип роботи систем автоматичного управління робочими процесами дорожньо-будівельних машин.
Розглянуто і рекомендовано до друку Вченою радою Національного лісотехнічного університету України.
2
IS
010 р.
© А.А.Бойко, М.І. Олійник, 2010
ЗМІСТ
Сторінки
Р(Хі,Х2,"(хх + Ь• ті),"Хп) <Р(Хі,Х2,"(Х1^ +Ь^ -1)),"Хп) . 18
А(х1,х2,"(хХ + Ь ^ * 'О -Р(х1,:^'• • <хХ +Ь • (т -1))" •Хп) < Є 19
дхг 20
хх+1 = хх + Ь. • §гаа(хі,х2," Хп). 20
^ = Ор /Он. 21
Мр=к у^-кі> 25
и = а _ 36
Бі = к в (г і + Ч 1і)Ь і > 39
кк = пк + к. 46
. ау х 47
я 48
селектор профилей 57
иі 62
Передумови та завдання застосування засобів автоматизації
З
Р(Хі,Х2,"(хх + Ь• ті),"Хп) <Р(Хі,Х2,"(Х1^ +Ь^ -1)),"Хп) . 18
А(х1,х2,"(хХ + Ь ^ * 'О -Р(х1,:^'• • <хХ +Ь • (т -1))" •Хп) < Є 19
дхг 20
хх+1 = хх + Ь. • §гаа(хі,х2," Хп). 20
^ = Ор /Он. 21
Мр=к у^-кі> 25
и = а _ 36
Бі = к в (г і + Ч 1і)Ь і > 39
кк = пк + к. 46
. ау х 47
я 48
селектор профилей 57
иі 62
Список використаної літератури
ВСТУП
Реалізація стратегії сталого розвитку лісової галузі України вимагає значного збільшення протяжності лісових доріг протягом 5-10 років, що вимагає якісно нових підходів під час їх проектування, будівництва та експлуатації. Різке збільшення обсягів дорожнього будівництва за значного покращення транспортно-експлуатаційних параметрів доріг вимагає впровадження автоматизації технологічних процесів на всіх стадіях транспортного освоєння лісових масивів, як головної умови підвищення продуктивності праці та якості інженерних рішень.
Застосування систем автоматизованого проектування (САПР) стало головною умовою в процесі проектування доріг, що підвищує якість і зменшує терміни проектування. Найбільший ефект можна одержати лише за умови організації процесу автоматизованого проектування комплексно, коли автоматизовані методи охоплюють всі стадії проектних робіт і дають можливість вносити корективи на будь-якому етапі проектування та редагувати графічні об’єкти проекту, використовуючи наочні зображення на екрані комп’ютера.
На сьогодні створено багато програмних комплексів для автоматизованого проектування доріг, які мають подібну структуру й пропонують майже однакову технологію проектування, що включає наступні етапи:
опрацювання матеріалів вишукувань і створення (ЦМР) цифрової моделі рельєфу чи (ЦММ) цифрової моделі місцевості;
проектування плану траси, поздовжнього профілю, поверхні земляного полотна, укосів і кюветів, дорожнього одягу;
техніко-економічне та екологічне оцінювання проектних рішень.
Опрацювання матеріалів вишукувань і створення цифрової моделі
місцевості є одним з найвідповідальніших процесів, тому що адекватність ЦММ реальним характеристикам місцевості визначає достовірність подальших результатів проектування. На цьому етапі вводять у комп'ютер з електронних носіїв або вручну дані геодезичних вишукувань, зрівнюють теодолітні ходи та формують базу даних точок знімання. Потім, за значеннями параметрів у точках знімання, будують низку поверхонь, що моделюють рельєф, геологічну будову та інші характеристики району проектування дороги.
Проектування плану траси полягає у прокладанні на ЦМР осі дороги, що складається з відрізків прямих, кіл і клотоїд. Проектування ведуть за допомогою спеціалізованих програмних засобів, які дозволяють зв'язувати елементи плану траси між собою, вписувати їх в існуючу ситуацію та формувати таблиці даних для винесення осі траси дороги на місцевість.
На етапі проектування поздовжнього профілю створюють вертикальний перетин поверхні землі вздовж осі дороги. Положення елементів поздовжнього профілю (відтинки вертикальних кривих і прямих) у просторі визначають за відстанню від початку траси та висотними відмітками.
Проектування поверхні земляного полотна є складною задачею, оскільки передбачає локальні зміни його ширини на кривих, роз’їздах, перетинах, примиканнях і віражах. Як правило, формалізація поверхні земляного полотна набором таблиць числових значень параметрів є недостатньо інформативною, а тому параметричне представлення поперечного профілю земляного полотна за допомогою типових шаблонів є універсальним і дозволяє описати будь-яку його конфігурацію.
Проектування укосів виконують, як правило, за допомогою типових поперечних перетинів. Опис кожного типового поперечника містить інформацію про коефіцієнти укосів, ширину полиць і висоту уступів.
Проектування кюветів часто виконують за два етапи. Спочатку на всій довжині траси задають глибину кювету від канту земляного полотна й будують поздовжній профіль кювету. Потім цей профіль редагують з метою
Таким чином, проектоване земляне полотно моделюють дискретними поперечними перетинами, які згодом об'єднують в проектовану поверхню. Просторові наочні зображення дають можливість побачити перспективне зображення дороги, оцінити можливі корективи для внесення в проекти плану та поздовжнього профілю дороги.
Під час багатоваріантного проектування, з метою визначення оптимального варіанту дороги, виконують оцінку проектних рішень за технологічними, економічними, транспортно-експлуатаційними чи екологічними показниками.
АВТОМАТИЗАЦІЯ ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ ДОРОЖНЬОГО БУДІВНИЦТВА - ВИМОГА ЧАСУ
Передумови та задачі впровадження засобів автоматизації.
Виробничий процес лісових підприємств характеризується значною часткою транспортних операцій, що вимагає наявності значної кількості доріг різноманітного призначення: лісовозних, господарських, протипожежних, рекреаційних та інших. Це, в свою чергу, обумовлює значні обсяги дорожнього будівництва.
В процесі функціонування інженерних споруд чітко виділяються три фази: проектування, будівництво та експлуатація. Впровадження автоматизованих систем на кожній фазі має свої особливості.
В процеси проектування доріг
Процес проектування - це багато етапний впорядкований (ієрархічний) процес, на кожному етапі якого доводиться виконувати багатоваріантне проектування з одночасним збільшенням деталізації проекту та обмеженням поля вибору проектних рішень. Кількість можливих варіантів часто настільки велика, що обґрунтувати вибір найкращого варіанту інтуїтивно майже неможливо. З іншого боку в процесі проектування беруть участь спеціалісти різних спеціальностей: лісівники, транспортники, технологи, економісти та інші. Всі учасники процесу рішають свою конкретну задачу, мають своє бачення проблеми і висувають до проекту певні вимоги. А тому проектне рішення дуже часто є синтезом різнопланових, часто навіть протилежних, вимог, правильність якого можна оцінити за комплексним критерієм.
Багатоваріантність проектування за значної кількості масових розрахунків визначає необхідність переходу на технологію проектування із застосуванням обчислювальної техніки, яка дозволяє опрацьовувати великі обсяги інформації автоматизованим способом та застосовувати економіко- математичні методи оцінки якості проектних рішень.
Окрім цього застосування автоматизованого проектування обумовлене такими чинниками:
Вимогою будувати лісові дороги з високими експлуатаційними якостями через дорожнечу паливо-мастильних матеріалів, транспортних засобів, робочої сили;
Необхідністю застосовувати більш точні методи розрахунків та проектування дорожніх конструкцій;
Потребою економити дорожньо-будівельні матеріали у зв’язку з їх дефіцитом, зростанням обсягів дорожнього будівництва та природоохоронними вимогами;
Необхідністю покращення умов праці проектувальників за рахунок підвищення інтелектуального рівня проектної роботи та зменшення обсягів одноманітних розрахунків та креслень.
Необхідно відмітити, що застосування систем автоматизованого проектування не завжди призводить до економії затрат. Часто автоматизоване проектування об’єктів обходиться значно дорожче порівняно з традиційними методами. Але ціль автоматизованого проектування - підвищення ефективності проекту - досягається за рахунок підвищення якості проектних рішень та скорочення термінів проектування.
Як передумови впровадження автоматизованих методів проектування можна визначити:
широке розповсюдження обчислювальної техніки та можливість передачі значних обсягів інформації на відстань;
поява математичних методів опрацювання великих обсягів інформації та пошуку оптимальних рішень;
застосування під час проектування масових розрахунків за єдиним алгоритмом та можливість застосування типових інженерних рішень;
можливість використання супутникових систем глобального позиціювання для вишукування траси дороги;
впровадження геоінформаційних систем в процеси проектування дороги, як інженерної споруди.
В процес управління дорожньо-будівельними машинами
Великі обсяги дорожнього будівництва та його першочергове значення для лісових підприємств визначають необхідність впровадження засобів автоматизації на дорожніх машинах.
Успішному впровадженню засобів автоматизації на дорожньо- будівельних машинах сприяють:
можливість застосування типових схем автоматизації та елементів автоматики;
наявність на сучасних дорожньо-будівельних машинах гідро-, пнемо- та електроуправління;
дешевизна та широке розповсюдження мікропроцесорної техніки.
Впровадження систем автоматизації дорожньо-будівельних машин
вирішує такі завдання:
інтенсифікується технологічний процес з одночасним полегшенням умов праці оператора;
контролюються умови та критичні режими роботи дорожньо- будівельних машин;
оптимізуються режими роботи та ефективність використання техніки;
автоматизується контроль якості та обсяги виконаних робіт;
забезпечується дистанційне керування машинами або окремими агрегатами.
В процес експлуатації доріг
В процесі експлуатації транспортної мережі можна виокремити такі напрямки впровадження автоматизованих засобів:
проектування ремонту та утримання транспортної мережі;
використання засобів автоматизації на дорожньо-будівельних машинах;
оперативне управління вивезенням деревини та господарських вантажів;
оперативне управління роботою автотранспорту.
Якщо на перших двох напрямках особливості впровадження автоматизованих засобів не відрізняються від розглянутих раніше, то на третьому напрямку можна відмітити такі особливості.
Передумови:
широке впровадження в процеси управління обчислювальної техніки;
можливість передачі великих обсягів інформації по лініях
автоматизованих систем бухгалтерського обліку;
впровадження системи банківських операцій з використанням мереж комп’ютерних мереж;
оснащення сучасних транспортних засобів мікропроцесорною технікою та радіозв’язком.
Впровадження автоматизованих методів в процеси вивезення вантажів та управління транспортом вирішує такі задачі:
об’єктивний облік виконаних робіт;
оперативне управління процесом перевезень вантажів та роботою технологічного устаткування;
розроблення оптимальних маршрутів руху автопотягів від лісосіки до споживачів деревини;
збільшення прибутку від продажу деревини за рахунок оптимального розподілу її за сортиментами.
Історія розвитку, структура та можливості сучасних автоматизованих систем
Історія розвитку автоматизованих систем проектування тісно пов’язана з розвитком засобів автоматизації, а саме обчислювальної техніки.
Необхідно відмітити, що основа методів автоматизованого проектування, точніше методів пошуку оптимальних рішень під час проектування доріг закладена ще до появи обчислювальної техніки. Ще 1906 році інженер В.Яцина запропонував метод визначення оптимального положення проектної лінії з умови мінімуму затрат на земляні роботи, штучні споруди та відвід земель шляхом вертикального переміщення проектної лінії без зміни її ухилу. Пізніше Подімов Л.М. розробив методику визначення положення проектної лінії з умови мінімальних будівельних затрат при вертикальному переміщенні проектної лінії та зміні її ухилу. Це були одинокі дослідження, які не отримали масового поширення.
Основна увага під час проектування доріг, в першій половині XX століття, була направлена на обґрунтування технічних умов проектування, які забезпечують безпеку руху транспорту із заданими швидкостями. Ідеологія проектування базувалась не на пошуку оптимальних рішень, а пошуку такого рішення, яке відповідає заданим технічним вимогам. Варто відмітити, що такий спосіб проектування дозволяв прийняти оптимальний варіант рішення тільки за рахунок досвіду та інженерної інтуїції проектувальника.
В 60-х роках появились обчислювальні машини першого покоління (типу УРАЛ, МИНСК, МИР), на яких були виконані автоматизованим способом найбільш трудомісткі розрахунки, такі як: об’єми земляних робіт, елементи кругових та вертикальних кривих та інші. Це і стало першим етапом впровадження автоматизованого проектування доріг. Основними результатами першого етапу можна назвати:
доведення принципової можливості застосування ЕОМ в проектних роботах;
демонстрація суттєвого підвищення точності розрахунків за одночасного їх ускладнення;
Незважаючи на те, що швидкість рахунку машин першого покоління в тисячі разів перевищувала швидкість рахунку на механічних калькуляторах або логарифмічних лінійках, як основних засобах виконання інженерних розрахунків на той час, автоматизовані засоби не знайшли широкого застосування через такі основні причини:
дефіцит обчислювальної техніки;
відсутність підготовлених кадрів проектувальників;
психологічний бар’єр до застосування автоматизованих методів;
відсутність економічного ефекту.
Якщо перші три причини були тимчасовими, то остання об’єктивною і основною. Відсутність економічного ефекту за умови автоматизованого проектування на той час обумовлена такими чинниками:
ЕОМ мали невеликі обсяги пам’яті, що вимагало багаторазового введення програм, вхідних чи проміжних даних;
Введення програм та числових даних за допомогою перфокарт або ключів на набірному полі машини було складним і трудомістким;
Результати розрахунків виводились у виді масивів чисел, що утруднювало їх аналіз та представлення;
В програмах були реалізовані методи ручного рахування, що робило їх малоефективними та громіздкими.
ДРУГИЙ ЕТАП застосування методів автоматизованого проектування доріг припадає на 70-ті роки 20 століття і пов’язаний з появою ЕОМ, які допускали складання програм на алгоритмічних мовах.
Створене на алгоритмічних мовах програмне забезпечення проектних розрахунків в значній мірі враховувало можливості ЕОМ, універсальність проектних задач і дозволяло текстовий та графічний супровід розрахунків. На цей час були розроблені нові методи цифрового рішення проектних та оптимізаційних задач. Найважливіші роботи по реалізації числових методів рішення задач під час проектування доріг були виконані в Інституті кібернетики НАН України, Київському філіалі НДІ “Союздорпроект”, НДІ “Ленгіпротранс”, Академії тилу та транспорту МО СРСР. Зокрема були алгоритмізовані задачі трасування дороги по карті в горизонталях, виготовлення основних графічних документів, які до цього часу вважались такими, що не мають розрахункового характеру.
Але і на цьому етапі процеси підготовки вхідних даних та аналізу вислідів залишались надто складними. Участь в процесі автоматизованого проектування вимагала від інженера знання мов програмування, системного програмного забезпечення застосовуваних ЕОМ, числових методів рішення математичних задач. Тому обчислювальною технікою користувалось обмежене коло інженерів, а автоматизоване проектування застосовувалось в одиночних випадках.
ТРЕТІЙ ЕТАП характеризується створенням та впровадженням СИСТЕМ АВТОМАТИЧНОГО ПРОЕКТУВАННЯ (САПР) в багатьох галузях господарства. Згідно визначення ДЕСТ ГОСТ 23501.079, САПР - це організаційно-технічна система, яка складається із комплексу засобів автоматизованого проектування взаємозв’язаного з підрозділами проектної організації, які виконують автоматизоване проектування. Отже САПР не може бути створена поза організацією, яка виконує автоматизоване проектування і не може тиражуватись. Тиражуватись можуть тільки засоби автоматизованого проектування та одержані результати.
В різних проектних організаціях та відомствах розроблялись свої специфічні САПРи. Зокрема в лісовій галузі найбільш відомі: СЕТЬ, САПАД, КАНАЛ, СМЕТА. На сучасному етапі виділяються такі функціональні підсистеми САПР АД:
ІНЖЕНЕРНО-ГЕОДЕЗИЧНІ РОЗРАХУНКИ - прокладення траси по карті в горизонталях, опрацювання матеріалів аерофотознімання, побудова математичної моделі місцевості;
МЕРЕЖА - оптимальне розташування мережі доріг в заданому районі, розрахунок перспективної інтенсивності руху, економічне обґрунтування черговості будівництва або реконструкції доріг;
ПЛАН - оптимальне трасування траси дороги на цифровій моделі місцевості (ЦММ), розбивання кругових та перехідних кривих та штучних споруд;
ЗЕМЛЯНЕ ПОЛОТНО - розрахунок проектної лінії та об’ємів земляних робіт, розподіл земляних мас, визначення стійкості земляного полотна;
КОНСТРУКЦІЯ - розрахунок та проектування дорожнього одягу, малих та великих мостів, підпірних стінок, визначення об’ємів дорожньо-будівельних матеріалів;
СПОРУДИ - гідрологічні та гідравлічні розрахунки штучних споруд;
БУДІВНИЦТВО - проектування технологічного процесу будівництва дороги, календарне планування;
УМОВИ РУХУ - визначення швидкостей руху, витрат паливно мастильних матеріалів, коефіцієнта аварійності траси;
ПЕРЕВЕЗЕННЯ - проектування організації руху, оперативне та перспективне управління перевезеннями;
ЕКОНОМІКА - техніко-економічне обґрунтування проектних рішень на основі розрахунку приведених дорожньо-транспортних затрат.
Необхідно відмітити, що не всі проектні роботи в організаціях, які експлуатують САПР АД виконуються в автоматичному режимі. Адже САПР
це система автоматизованого проектування, а не автоматичного.
ЧЕТВЕРТИЙ ЕТАП - автоматизованого проектування припадає на кінець 20-го століття. Масове розповсюдження персональних комп’ютерів, поява локальних та глобальних електронних мереж обумовлює інформатизацію технологічних процесів взагалі, а процесів проектування інженерних споруд однозначно.
Наявність потужного математичного забезпечення ПК дозволяє проводити обчислення в діалоговому режимі, редагувати тексти, виконувати креслення та створювати цифрові моделі графічних об’єктів дозволяє застосовувати комп’ютери на будь-якому етапі процесу проектування, а наявність електронних мереж - обмінюватись результатами роботи між окремими виконавцями чи цілими проектними колективами.
На початку 21-го століття настав такий час, коли без обчислювальної техніки вже не хоче працювати жоден інженер, а той хто не вміє на ній працювати вважається некваліфікованим працівником.
Розроблений пакет прикладних програм “Г И П” (інститутом “ГипродорНИИ”), що повністю автоматизує процес проектування доріг від опрацювання матеріалів вишукувань дороги до виготовлення проектної документації, створення альтернативних проектних рішень і вибір найкращого.
На сучасному етапі САПР АД має такі функціональні підсистеми:
ЦМР - побудова математичної моделі рельєфу місцевості за картами в горизонталях, матеріалами аерофотознімання чи геодезичного знімання;
МЕРЕЖА - розташування мережі доріг в заданому районі, розрахунок перспективної інтенсивності руху, обґрунтування черговості будівництва;
ПЛАН - трасування дороги на ЦМР, розбивання кругових та перехідних кривих;
ГІДРОЛОГІЯ - гідрологічні та гідравлічні розрахунки штучних споруд і дорожнього водовідводу;
ЗЕМЛЯНЕ ПОЛОТНО - розрахунок проектної лінії та поперечних профілів, стійкості земляного полотна, об’ємів земляних робіт, розподіл земляних мас;
ДОРОЖНІЙ ОДЯГ - розрахунок та проектування дорожнього одягу;
СПОРУДИ - проектування малих та великих мостів, труб, лотків, підпірних стінок тощо, визначення об’ємів дорожньо-будівельних матеріалів;
БУДІВНИЦТВО - проектування технологічного процесу будівництва дороги та його календарне планування;
УМОВИ РУХУ - визначення швидкостей руху, витрат паливно мастильних матеріалів, коефіцієнта аварійності траси;
ПЕРЕВЕЗЕННЯ - проектування організації руху, оперативне та перспективне управління перевезеннями;
ЕКОНОМІКА - техніко-економічне обґрунтування проектних рішень на основі розрахунку приведених дорожньо-транспортних затрат.
ЧЕТВЕРТИЙ ЕТАП - автоматизованого проектування припадає на кінець 20-го століття. Масове розповсюдження персональних комп’ютерів, поява локальних та глобальних електронних мереж обумовлює інформатизацію технологічних процесів взагалі, а процесів проектування інженерних споруд однозначно.
Наявність потужного математичного забезпечення ПК дозволяє проводити обчислення в діалоговому режимі, редагувати тексти, виконувати креслення та створювати цифрові моделі графічних об’єктів дозволяє застосовувати комп’ютери на будь-якому етапі процесу проектування, а наявність електронних мереж - обмінюватись результатами роботи між окремими виконавцями чи цілими проектними колективами.
На початку 21-го століття настав такий час, коли без обчислювальної техніки вже не хоче працювати жоден інженер, а той хто не вміє на ній працювати вважається некваліфікованим працівником.
У світі створена велика кількість систем автоматизованого проектування, які відрізняються потужністю, багатством інструментів та можливістю застосування національних стандартів проектування. Автоматизована система TERRAMODEL, виробник фірма Trimble, СІЛА - це потужне програмне забезпечення Trimble Terramodel® - одна із складових набору програм Trimble Office. Система забезпечує обробку геодезичних даних, проектування майданчиків і інфраструктур, та управління даними в будівельних проектах. Використовується геодезистами, інженерами та іншими виконавцями в багатьох країнах, Terramodel безпосередньо працює зі всіма інструментами та накопичувачами даних фірми Trimble, а також з безліччю систем збору даних інших виробників і пакетами САПР, забезпечуючи максимальну гнучкість, яка потрібна в сьогоднішньому світі, що швидко змінюється.
Г И П - розроблена в 90 роках XX століття інститутом “ГипродорНИИ” (СРСР)- потужний і зручний програмний комплекс, який дозволяє практично повністю автоматизувати процес проектування дороги від опрацювання матеріалів вишукування до виготовлення проектної документації, розрахувати альтернативні проектні рішення та вибрати найкращий.
Реалізована на ЕОМ CM з алгоритмічною мовою програмування.
PLATEIA - програмний комплекс для проектування автомобільних доріг, що працює на основі Autodesk Civil 3D, Autodesk Land Desktop, AutoCAD і забезпечує проектування нових і реконструкцію існуючих доріг. Може працювати зі стандартами Росії, Словенії, Німеччини, Австрії, Чехії, Польщі, Румунії.
PLATEIA автоматизує процеси проектування: плану траси;
поздовжніх і поперечних профілів; розмітки дороги й розташування дорожніх знаків; розрахунку об'ємів земляних робіт;
презентації проекту - тримірні моделі, візуалізація, документація.
CREDO - програмний комплекс розроблений компанією “Кредо - діалог”, м. Мінськ, Білорусія на основі САПР Autodesk Land Desktop.
оброблення матеріалів інженерних вишукувань;
проектування автомобільних доріг і залізниць;
проектування об'єктів промислового і цивільного будівництва;
маркшейдерського забезпечення розвідування та видобутку корисних копалин;
ведення великомасштабних цифрових планів міст і промислових об'єктів.
AutoCAD Дороги CS - синтетичний продукт, що об'єднав потужні можливості AutoCAD Land Development Desktop з досконалістю інструментів проектування доріг PLATEIA-5.0.
Програмний комплекс забезпечує автоматизацію проектувальних
картографії;
землеустрою;
проектування автомобільних доріг і залізниць;
проектування об'єктів промислового і цивільного будівництва.
ROBUR - виробник компанія “ТОРОМАТІК”, м. Санкт-Петербург,
Росія.
Програмний комплекс забезпечує автоматизацію;
створення ЦМР місцевості та роботу з поверхнями;
проектування плану траси;
проектування поздовжнього та поперечних профілів, розрахунок об'ємів земляних робіт;
генерацію графіків швидкостей руху, коефіцієнтів аварійності та епюри пропускної здатності дороги;
генерацію відомостей числових даних і креслень;
аналіз (опрацювання) зйомки виконаного об'єкта.
ОПТИМІЗАЦІЯ ІНЖЕНЕРНОГО ПРОЕКТУВАННЯ
Інженерне проектування - процес прийняття рішень
В процесі щоденної інженерної практики доводиться вирішувати складні задачі проектування нових споруд, приладів або машин. Задачі такі формулюються найчастіше у загальному вигляді, а інженер повинен реалізувати їх у конкретному рішенні. Під час виконання такого завдання він, застосовуючи свій досвід і знання, повинен виділити із множини можливих варіантів найкращий, враховуючи явні, неявні а часто і суперечливі чинники.
Схематично процес проектування можна подати у такій послідовності:
Формулювання задачі;
Аналіз вхідних даних та методів рішення;
Пошук можливих рішень;
Прийняття рішення.
Практика проектування споруд сягає сивої давнини, коли були створені геніальні споруди, що захоплюють нас своєю довершеністю та красотою і сьогодні. їх проектували люди, які мали величезний досвід, потужний талант, вміння експериментувати та пропонувати нове. Це класичні інженери. Вони мали енциклопедичну освіту і значну практику. їх замовляли для роботи монархи із найрозвиненіших країн. Останні роки характеризуються накопиченням великого обсягу нових знань, широкого застосування їх на практиці. СУЧАСНИМ ІНЖЕНЕР використовує найновіші досягнення науки настільки часто, що науковий підхід до рішення інженерних задач стає чи не однією з основних особливостей інженерної праці. Разом з цим інженеру як і раніше необхідні винахідливість, практика та інтуїція. Адже прийняти найкраще рішення - це інженерне мистецтво.
Розповсюдження обчислювальної техніки в інженерній практичній діяльності, розроблення математичних методів обґрунтування рішень суттєво міняють становище. Якщо раніше прийняття рішення ґрунтувалось на якісних показниках і часто було інтуїтивним, то тепер повсюдно впроваджуються кількісні показники для оцінювання рішення.
Процес прийняття рішення передбачає наявність альтернативних шляхів досягнення означеної мети. В противному випадку приймати рішення немає потреби, необхідно вирішувати поставлену без альтернативно задачу.
Практика показує, що інженерні задачі, як правило, мають багатоваріантний характер. А тому ПРИЙНЯТТЯ РІШЕННЯ - це найважливіший етан інженерного проектування. Сьогодні від інженера вимагається щоб рішення було не тільки добрим, а найкращим, тобто оптимальним. А тому пошук і прийняття оптимального інженерного рішення займає чільне місце в процесі проектування складних інженерних систем.
Визначення оптимального рішення - це вибір такого варіанта проектного рішення, який відповідає мінімальному (максимальному) значенню проектного критерію.
Під час проектування доріг вимоги до складових критерію проектування часто суперечливі. Наприклад: мінімум затрат на будівництво
обмеженому обсягу капітальних вкладень; мінімум часу перевезень при найбільшому рівні безпеки руху та інші. Крім цих, як основні параметри, виступають час проектування та кількість розглянутих варіантів.
Отже, ведучи мову про оптимізацію проектування, необхідно мати на увазі дві складових: якість проектного рішення та продуктивність проектування. Неважко пересвідчитися, що ці складові несумісні, так як підвищення якості проектування призводить до збільшення терміну проектування та вартості проекту.
Вибір ПРОЕКТНОГО КРИТЕРІЮ - основна проблема формулювання задачі на пошук оптимального проектного рішення. Як правило керуються принципами економічності, які передбачають досягнення найбільшого ефекту за мінімальних затрат. Часто пошук оптимального рішення ведеться при умовах, коли висувається кілька критеріїв оцінки. Відомо, що математично правильно сформульована задача оптимізації має тільки один критерій.
ПРОЕКТНИЙ КРИТЕРІЙ найбільш часто формують за допомогою штучних методів, а саме:
Вибирають один з критеріїв основним, а для інших встановлюють допустимі (порогові) значення;
Створюють комплексний критерій, як функцію від первинних.
В більшості випадків комплексний критерій задають, як лінійну функцію виду:
Р(АЬА2,.. .Ап)=а 1А1+ а 2А2+ ... а ПАП
де А; - критерії проектування; а і - вагові коефіцієнти.
Класично задача оптимізації формулюється так:
Знайти екстремальне значення деякої функції
Р(хьх2,.. .хп)—»тіп
У визначеній області значень параметрів хьх2,.. .хп ,якщо хп>0.
Область визначення задають системою нерівностей %(хьх2,...хп)>0, якщоі=1 ,т, при т>п.