книги / Основы автоматизации проектирования в строительстве

цированные решения и сборные элементы (с обязательным соблю­ дением СНиПов).

В процессе автоматизированного проектирования можно выде­ лить определенное число процедур, инвариантных к объектам проек­ тирования. Проектная процедура называется типовой, если она при­ меняется многократно при проектировании многих типов объектов (например анализ статики, динамики, устойчивости). Наличие средств АП для выполнения типовых проектных процедур позволя­ ет оперативно создавать проекты новых объектов.

Перспективными в совершенствовании и типизации технологии процессов автоматизированного проектирования являются централи­ зованная разработка математического аппарата моделирования типо­ вого процесса проектирования и выпуск базовых программно­ методических комплексов, реализующих такие модели.

В трудах по методологии проектирования процесс творческой деятельности расчленяется на три взаимосвязанных операции: ана­ лиз, синтез и оценка.

Анализ - операция, с помощью которой выясняют требования на проектирование, увязывая его с ресурсами, имеющимися в рас­ поряжении заказчика; уточняются методы, с помощью которых можно привести в соответствие заказ и ресурсы; определяются

имеющая целью получение информации о свойствах заданного проектируемого объекта.

Синтез - операция, с помощью которой осуществляется соз­ дание законченного проектного решения в результате совмещения частных решений в одно общее, отвечающее техническим эконо­ мическим и художественным требованиям. В САПР под синтезом понимают проектные процедуры, заканчивающиеся получением новых описаний проектируемого объекта или его частей.

Оценка - операция, с помощью которой исходные данные и тре­ бования к объекту сопоставляются с вариантами комплексного про­ ектного решения (по соответствующим критериям).

Контрольные вопросы

1.Раскройте понятие «проектирование».

2.Что такое «техническое задание на проектирование».

3.Что представляет собой проект здания или сооружения?

4.Раскройте сущность проектной документации.

5.Каковы цели и задачи автоматизации проектирования?

6. Опишите виды деятельности проектировщика и роль авто­ матизированных систем проектирования в них.

7. Раскройте сущность системного подхода.

8. Укажите сходство и различие между системным и традици­ онным подходом к процессу проектирования.

9. Раскройте основные методологические принципы системно­ структурного анализа.

10.Какие варианты стадийности проектирования существуют

впроектировании строительных объектов?

ЛЕКЦИЯ 2

САПР ОБЪЕКТОВ СТРОИТЕЛЬСТВА.

КОМПЛЕКС СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ САПР

§1. И с т о р и я САПР. Т е н д е н ц и и

И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ

Согласно ГОСТ 23501.0-79 САПР представляет собой ком­ плекс средств автоматизации и проектирования, взаимосвязанных с необходимыми подразделениями проектных организаций или кол­ лективами специалистов (пользователей), выполняющих автомати­ зированное проектирование.

1. Этапы развития САПР

САПР, как и другие автоматизированные системы, является непрерывно развивающейся системой. Пожалуй, трудно назвать другую область человеческой деятельности, которая развивалась бы с такой быстротой. Условно можно выделить следующие этапы развития САПР:

1. 1950-60 годы. Появление ЭВМ I—II поколения со слабой пе­ риферией. Основными задачами разработчиков САПР на этом этапе являлись: максимальная формализация проектных задач, выбор ме­ тодов их решения, написание программ на ЭВМ. Роль проектиров­ щика сводилась к формулировке целей задачи, подготовке исходной информации для расчета на ЭВМ, работе в пакетном режиме.

2. 1960-70 годы. Переход от отдельных частных программ к системному выбору проектных операций и процедур, подлежащих автоматизации; составление математических моделей, статический и динамический анализ конструкций, бурное развитие численных методов решения (ЧМ). Особое внимание уделяется разработке методов численного решения больших систем линейных алгебраи­ ческих уравнений (СЛАУ).

3.1970-80 годы. Появление ЭВМ III поколения способствует созданию отдельных подсистем, технологических линий, фрагмен­ тов САПР. Основное внимание при этом уделяется методам расчета напряженно-деформированного состояния, разработке и численной реализации метода конечных элементов (МКЭ).

4.1980-90 годы. Развитие САПР идет по пути повышения степе™ автоматизации проектных процедур и обеспечения сквоз­ ного проектирования. Основной акцент делается на выборе рас­ четных схем.

5.С 1990 года - по настоящее время. Создание мощных супер­ ЭВМ способствует бурному развитию всевозможных САПР, АСУ, ГИС и порождает сквозные автоматизированные системы, обеспе­ чивающие возможность передачи информации из одной системы

вдругую. Сквозные системы - это всеобъемлющий набор средств для автоматизации процессов проектирования, расчетов и конст­ руирования, технологической подготовки производства для различ­ ных объектов, в том числе объектов строительства.

2. Понятие о системах CAD/CAE/CAM/ PDM. Концепция комплексной автоматизации

Существует целый спектр устойчивых, общепринятых аббре­ виатур в области АС, расшифровка которых фактически дает клас­ сификацию АС по сложившимся к настоящему времени основным сферам их применения.

Термин САПР является смысловым эквивалентом английского CAD (сокращенное английское Computer Aided Design) и означает

проектирование с помощью ЭВМ или «системы машинного проек­ тирования». Развитие САПР во всем мире в определенной мере на­ правлено на интеграцию программных продуктов в единую про­ граммную платформу.

CAD/CAE/CAM-системы. Функции автоматизации графических работ принимают на себя CAD-системы; модули CAE (Computer Aided Engineering) выполняют инженерные расчеты и анализ про­

ектных решений; системы САМ (Computer Aided Manufacturing) служат для технологической подготовки производства.

Системы CAD/CAE/CAM представляют собой не просто объ­ единенный набор отдельных программных решений, а целостную интегрированную систему взаимосвязанных инструментальных модулей, способных функционировать на различных технических платформах, позволяющих в масштабе целого предприятия логиче­ ски связывать всю информацию об объекте, обеспечивать быструю обработку и доступ к ней пользователей, работающих в разнород­ ных системах, т.е. осуществлять комплексную автоматизацию.

Для реализации этих возможностей требуется соответствую­ щая информационная поддержка со стороны систем PDM {Product Data Management).

Системы CAD/CAM/CAE/PDM могут поддерживать техноло­ гию параллельного проектирования и функционирования различ­ ных подразделений, согласовано выполняющих в рамках единой компьютерной модели операции проектирования, сборки, тести­ рования, подготовки производства и поддержки объекта в течение всего его жизненного цикла, что способствует значительному улучшению качества, повышению эффективности капиталовложе­ ний, сокращению затрат труда, сроков и стоимости возведения объектов и комплексов.

В строительном проектировании под САПР чаще всего пони­ мают интеграцию CAD и САЕ. Несколько отдельно стоят САМсистемы автоматизации производства. В строительстве цепочка CAD/CAE/CAM крайне редка и в настоящее время реализована только при проектировании и производстве металлоконструкций.

Сегодня рынок САПР растет и, как любая растущая система, имеет свои особенности развития. В России, как и на Западе, рас­ тет интерес к интегрированным решениям CAD/CAE/CAM/PDM, а самые передовые организации рассматривают возможность по­ строения единого информационного пространства, в котором САПР взаимодействует с системами управления предприятием (ERP). Наблюдается постепенный переход от внедрения локаль­ ных рабочих мест проектировщика к автоматизации целых подраз­ делений и предприятий.

3. Автоматизированные системы в строительстве сегодня, тенденции и перспективы развития САПР

В настоящее время, как и ранее, в строительной отрасли акту­ альна задача повышения качества планировочных, архитектурных и строительных решений, снижения стоимости зданий и сооружений, а также жилых домов, сокращения удельных капитальных вложе­ ний на единицу вводимой в действие мощности. Решение этих задач возможно лишь при достижении высокого качества всех проектных разработок.

К сожалению, на современном этапе в большинстве организа­ ций строительного комплекса не существует единой программной платформы, способной комплексно решить эти задачи, а функцио­ нируют отдельные автоматизированные системы (АС):

♦АС планирования капитального строительства;

♦АС управления предприятием (АСУ);

♦АС управления технологическими процессами (АСУТП);

♦система автоматизации проектных работ (САПР);

♦АС обработки данных и документации;

♦и ряд других систем.

До недавнего времени создание отдельных АС строительства происходило, как правило, без обоснования их структуры, взаимоподчиненности и, что особо важно, без необходимой взаимосвязи. Отсутствие прямых и обратных связей между этими системами вызвало необходимость создания для каждой системы отдельного информационного обеспечения и отдельной автоматизированной системы обработки данных и документации. Такая разобщенность систем обусловлена рядом причин. С одной стороны, все строи­ тельные организации и предприятия строительной индустрии тесно связаны между собой принципами глубокой специализации и коопе­ рирования, общими объектами строительства и конечными результа­ тами своей деятельности. С другой стороны, природа и структура строительной отрасли в целом такова, что инженер-проектировщик и инженер-строитель редко являются одним лицом или хотя бы ра­ ботают в одной организации, поэтому у них мало заинтересованно­ сти в достижении оптимального решения. Разобщенность систем

отражала сложившуюся разобщенность планирования, проектиро­ вания, организации строительства, управления.

Непременными условиями высокой эффективности автомати­ зированных систем в строительстве должны быть их четкое взаимо­ действие и взаимосвязь на научной системотехнической основе. Только в этом случае возможно сокращение затрат труда, сроков и стоимости возведения объектов и комплексов, использование ре­ зервов повышения эффективности капиталовложений.

Что касается систем автоматизированного проектирования

(САПР), в настоящее время еще многие проектные организации предпочитают осуществлять внедрение средств автоматизации в процесс проектирования лишь для решения отдельных, особо сложных задач, таких как выполнение расчетов и выпуск чертежей. Во многих проектных организациях в эксплуатации находятся неодно­ родные системы, основной недостаток которыхслабая совмести­ мость. Причина этого очевиднапрограммы архитектурно-строи­ тельного проектирования (АЕС) создавались различными разработчи­ ками независимо друг от друга, поэтому методы описания строительных конструкций, элементов зданий и других объектов в них отличаются, так как соответствуют потребностям различных сфер деятельности. Неоднородность прикладного программного обеспечения усугубляется неоднородностью инструментальной базы систем CAD/CAM/CAE, к которой можно отнести системные программно-аппаратные средства, включая средства организации локальных вычислительных сетей, и системы управления базами данных.

Современный уровень проектных работ должен базироваться:

♦на единых компьютерных технологических платформах;

♦накоплении, использовании и обмене данными в электрон­ ном виде на всех этапах проекта (без дублирования и связанных

сним потерь), в том числе в среде Internet;

♦информационной поддержке проекта на протяжении всего жизненного цикла строительного объекта, при соблюдении требова­ ний целостности данных в части сохранения причинно-следственных связей.

В рамках деятельности строительного комплекса проектные работы и их автоматизацию следует рассматривать как часть еди­ ного процесса для решения не только технических задач, но и задач управления технологической подготовкой производства, процессом разработки проектно-сметной документации, а также организации взаимодействия с заказчиками, смежниками, а впоследствии и с экс­ плуатирующими организациями, поскольку сегодня необходимо оце­ нивать не только эффективность начальных инвестиций, но и «стои­ мость владения».

Таким образом, назрела необходимость качественного скачка в понимании и практическом применении комплексной автоматиза­ ции проектирования в строительстве с использованием современ­ ных Internet-технологий. Тем более что уже сегодня появляются новые технические и программные средства, комплексные САПР, обеспечивающие интеграцию процесса проектирования в рамках единой системы и поддержку методов коллективной работы

§2. П р и н ц и п ы п о с т р о е н и я и с о с т а в САПР

1. Основные принципы построения САПР

Как и всякая система, САПР характеризуется тем, что пред­ ставляет собой единое целое и состоит из отдельных, определенным образом связанных между собой элементов (подсистем), каждый из которых может воздействовать на другие. В настоящее время существуют общие теоретические и методологические принципы построения САПР:

1. САПР- человеко-машинная система. Тесное взаимодейст вие человека и ЭВМ в процессе проектирования - один из принци­ пов построения и эксплуатации САПР.

2. САПР - иерархическая система, реализующая комплексный подход к автоматизации всех уровней проектирования. Иерархия уровней проектирования отражается в структуре специального про­ граммного обеспечения САПР в виде иерархии подсистем. Иерар­ хическое построение относится и к техническим средствам САПР.

3. САПР - совокупность информационно-согласованных под­ систем. Этот очень важный принцип должен относиться не только к связям между крупными подсистемами, но и к связям между более мелкими частями подсистем. Информационная согласованность означает, что все или большинство возможных последовательно­ стей задач проектирования обслуживаются информационно согла­ сованными программами. Две программы являются информационно согласованными, если все те данные, которые представляют собой объект переработки в обеих программах, входят в числовые мас­ сивы, не требующие изменений при переходе от одной програм­ мы к другой, или что результаты решения одной задачи являются исходными данными для другой задачи. Если для согласования программ требуется существенная переработка общего массива с участием человека, то программы информационно не согласо­ ваны. Эта несогласованность превращает САПР в совокупность автономных программ, при этом снижается качество проектных решений.

4. САПР - открытая и развивающаяся система. Существует, по крайней мере, две веские причины, по которым САПР должна быть изменяющейся во времени системой. Во-первых, разработка столь сложного объекта, как САПР, занимает продолжительное время,

иэкономически выгодно вводить в эксплуатацию части системы по мере их готовности. Введенный в эксплуатацию базовый вариант системы в дальнейшем расширяется. Во-вторых, постоянный про­ гресс техники, проектируемых объектов, вычислительной техники

ивычислительной математики приводит к появлению новых, более совершенных математических моделей и программ, которые должны заменять старые, менее удачные аналоги. Поэтому САПР должна быть открытой системой, т. е. обладать свойством удобства исполь­

зования новых методов и средств.

5. САПР —специализированная система с максимальным ис­ пользованием унифицированных модулей.

Безусловно, может быть сформулирован и ряд других прин­ ципов, что подчеркивает многосторонность и сложность проблемы САПР.

2. Структура САПР

Разнообразие средств и выполняемых функций обусловливает сложность структуры САПР, в которой выделяют ряд подсистем

и видов обеспечения.

По назначению, как и в любой другой автоматизированной системе, в САПР можно выделить: проектирующие (или функцио­ нальные) и обслуживающие (или обеспечивающие) подсистемы. Первые из них непосредственно участвуют в выполнении проект­ ных процедур, а вторые обеспечивают правильное функционирова­ ние первых.

Подсистемой САПР называется выделенная по некоторым признакам ее часть, обеспечивающая получение законченных про­ ектных решений и соответствующих проектных документов.

Проектирующая (функциональная) подсистема- основная часть, реализующая отдельные фрагменты процесса проектирова­ ния, которая сама является сложной системой и делится на подсис­ темы, а они, в свою очередь, расчленяются на задачи или комплек­ сы задач. Примерами проектирующих подсистем могут служить подсистемы архитектурно-строительного, конструкторского, техно­ логического проектирования.

Проектирующие подсистемы по отношению к объекту проекти­ рования делят на объектно-ориентированные (<объектные) и объект­ но-независимые (инвариантные) подсистемы САПР.

Объектная подсистема САПР осуществляет проектирование объекта или класса объектов (жилых, общественных и промышлен­ ных зданий, дорог и т.п.).

Инвариантная подсистема САПР —проектирующая подсисте­ ма, выполняющая унифицированные проектные операции и проце­ дуры. Например, подсистемы численного анализа, оптимизации, ввода, обработки и вывода графической информации, информаци­ онно-поисковых процедур, размещения, компоновки, трассировки, прочностных расчетов строительных конструкций. В зависимости от взаимодействия с техническими средствами эти подсистемы могут быть пакетного, диалогового или смешанного типов.