5035

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

“Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет”

Б.Б. Лампси, Л.П. Бех, П.А. Хазов, Б.Б. Лампси мл.

Системы Автоматизированного Проектирования (САПР)

Учебно-методическое пособие по подготовке к лекционным занятиям

(включая рекомендации для самостоятельной работы)

по дисциплине

«САПР» для обучающихся по направлению подготовки 08.04.01 Строительство,

профиль Теория и проектирование зданий и сооружений (программа прикладной магистратуры, очная и заочная формы обучения)

Нижний Новгород ННГАСУ

2017

2

УДК 004:624(075)

Учебно-методическое пособие по подготовке к занятиям по дисциплине «САПР» [Электронный ресурс/ Б.Б. Лампси, Л.П. Бех, П.А. Хазов, Б.Б. Лампси мл.; Ниже-

гор. гос. архитектур. - строит. ун-т – Н. Новгород: ННГАСУ, 2017. – 22 с.; ил., электрон. опт.

диск (CD-R)

В пособии рассмотрены основные теоретические положения в области автоматизированного проектирования.

Предназначено для подготовки к лекционным и самостоятельным занятиям по на-

правлению подготовки 08.04.01 Строительство, профиль Теория и проектирование зданий и сооружений (программа прикладной магистратуры, очная и заочная формы обучения).

© Б.Б. Лампси, Л.П. Бех, П.А. Хазов, Б.Б.Лампси мл., 2017 © ННГАСУ, 2017

3

4

ГЛАВА 1. Общие сведения о САПР. Цели и функции САПР

1.1.Понятие автоматизированного проектирования

Вшироком смысле под проектом понимается комплекс взаимосвязанных мероприятий, предназначенных для достижения в течение заданного периода времени и при определенных затратах поставленных целей.

Вболее узком смысле под проектом понимается комплект технической и сметной, то есть определяющий стоимость документации необходимой для создания зданий, сооружений, технологий, машин или оборудования.

Поэтому под термином проектирование понимается процедура разработки документации.

Проектирование технологического объекта – это создание и представление в принятой форме образа этого, еще не существующего объекта.

Образ его и отдельных частей первоначально создается в идеальной форме – воображаемые

врезультате творческого процесса. В любом случае инженерное проектирование начинается при наличии выраженной потребности общества в некоторых объектах, которыми могут являться объекты строительства, промышленные изделия или технологические процессы.

Проектирование начинается с приложения технологического приложения или технологического задания, отражающего эти потребности, а завершается созданием проектной документации, необходимой для реализации технологического задания.

Таким образом, проектирование – это процесс, заключающийся в получении и приобретении исходного описания объекта, в окончательное описание на основе выполнения комплекса работ исследуемого, расчетного и конструкционного характера.

Комплект проектной документации содержит технико-экономическое обоснование, подтверждение, целесообразность проектной обстановки, расчеты, чертежи, макеты, сметы, специфический перечень материалов, деталей, которые необходимы для объекта проектирования (пояснительные записки и другие материалы, необходимые будущим изготовителям объекта).

Таким образом, проект сам по себе не является конечным результатом созидательной деятельности; он используется на следующем этапе созидания в процессе реализации новой конструкции или строительстве сооружения.

Для монтажника или строителя проект является моделью будущего объекта. В процессе проектирования одновременно принимают участие специалисты разных специальностей, так при проектировании объекта строительства можно выделить несколько частей проекта, требуемых участия людей обладающих специфическими знаниями:

технологическая часть, учитывающая функциональное назначение здания и соору-

жения,

архитектурно-строительная часть, содержащая объемно-планировочное и архитек- турно-художественное решения строящегося объекта,

конструктивная часть, освещаемая прочностным расчетом и проектированием элементов конструкции,

часть разрабатываемых инженерных зданий, сооружений: Водоснабжение и канализация, вентиляция и кондиционирование воздуха, электротехническая система,

организационно-технологическая часть, определяемая расчет смет и техникоэкономических показателей,

5

Все участвующие в проектировании специалисты имеют свое представление об объекте, решают свою конструктивную подзадачу и выдвигают свои определенные требования к его проектированию, возведению и функционированию. В результате окончания проектировочное решение представляет собой синтез разнородных подходов и требований.

Главная трудность состоит в согласовании результатов решения всех подзадач, поскольку все требования бывают противоречивы.

Например, качество отделки здания имеет требования дополнительных капитальных затрат, но в тоже время по экономичности капитальные затраты должны быть минимальными.

Впроцессе многолетней практики был создан графический метод модифицирования объектов. Графическая модель или комплексные масштабные чертежи позволяют проектировщику видеть как весь проект целиком, так и его отдельные чертежи, вносимые в проект, самостоятельно не боясь переделок.

Чертежный метод проектирования позволяет задавать параметры объекта до его изготовления и создавать весьма сложные системы, последовательно вычерчивать варианты и сравнивать между собой, то есть на чертеже проводить любой эксперимент.

Возникает многовариантность архитектурно-строительного проектирования, то есть принципиальная возможность создания огромного числа дополнительных вариантов.

Кроме того, проектирование связано с производством многочисленных математических расчетов.

Недостатки графически изображаемой конструкции или схемы соединения элементов: параметры проектируемого сооружения должны быть подтверждены расчетами. Например, расчет фундаментов, освещенность помещения, воздухообмен.

При этом применяются существующие, многократно проверенные расчетные методики, алгоритмы, системы математических зависимостей, а зачастую требуется разработка новых методов расчета, адекватных конкретным условиям, с которыми встречаются при проектировании.

Такие расчеты также подразумевают многовариантность и сравнения вариантов между собой, что в конечном итоге упирается в оптимальное выражение.

Недостатком традиционных методов проектирования является отсутствие объектных методов нахождения наилучшего сочетания всех разнородных требований и невозможность многих специалистов. Кроме того, нахождение наилучшего проектного решения ограничивается числом ограниченных вариантов.

Врезультате создания устройств, автоматических вычислений появились современные компьютеры - что стимулировало развитие в математике специальных приемов и методов решения различных задач. Так возникли дисциплины, лежащие на границе между дискретной математикой и информационной, получившие название вычислительная математика и вычислительная геометрия.

Само слово “вычислительная” указывает на то, что эти науки направлены на создание методов ориентированных на реализацию в компьютерах.

Естественно, что технологическое проектирование и архитектурно-строительное проектирование начало широко использовать строительную технику для проведения сложных расчетов графопостроений для выдачи в графической форме.

6

1.2. Системы Автоматизированного Проектирования (САПР)

Проектирование, при котором все проектные решения или их часть получают в процессе взаимодействия человека и ЭВМ, называют автоматическим.

Человеко-машинная система, реализуемая автоматическое проектирование представляет собой Систему Автоматизированного ПРоектирования.

Аббревиатура САПР впервые использована основоположником этого научного направления Айленом Сазерлендом.

В современном представлении САПР представляет собой сложную информационную систему. Таким образом, САПР есть аппаратно-программный комплекс, поддерживающий процесс проектирования с использованием специальных средств в машинной графике поддерживаемый пакетом программ обеспечения для решения задач, связанных с проектной деятельностью.

Поэтому САПР есть специальная информационная система.

Сфера применения САПР охватывает такие области как архитектура, геофизика, медицина, гражданское строительство.

1.3. САПР – назначение

САПР является одним из мощных элементов системной комплексной автоматизации выполнения инженерных расчетов. При создании САПР наметилось 2 различных подхода:

А) с одной стороны создается в крупных ведущих проектных организациях Б) с другой стороны широко используется для выполнения типовых расчетов, алгоритмов и

программ. Возможность широко распространять в проектных организациях наиболее прогрессивные, а также типовые и стандартные методы расчетов, различные нормативные и справочные данные предопределяет высокую эффективность САПР. Данная небольшая организация получает возможность применять современные и эффективные методы инженерных расчетов, заимствуя их у организаций-разработчиков САПР.

КАК и другие типы автоматизированных систем САПР является развивающейся системой: происходит непрерывное обновление математических моделей, нормативов, данных о материалах.

САПР функционирует с одной стороны как самостоятельная система, а с другой - может быть связана с подсистемами и банками данных других автоматизированных систем. При этом САПР имеют свои специфические особенности, принципы создания и развития. Они создаются в проектируемых конструкциях, технологических организациях в целях:

-повышения качества и технико-экономического уровня проектируемой продукции

-повышение надежности объектов

-уменьшение затрат на их создание и эксплуатацию

-сокращение сроков, уменьшение трудоемкости проектирования и повышения качества проектных документов

Достижение целей создания САПР обеспечивается путем

-совершенствования, систематизации, унификации процессов проектирования на основе применения математических методов и средств вычислительной техники

-комплексной автоматизации проектных работ в проектной организации с необходимой перестройкой её структуры и кадрового состава

-повышения качества управления проектированием

7

-применения эффективных математических моделей проектируемых объектов, комплектующих изделий и материалов

-использования методов многовариантного проектирования и оптимизации

-автоматизации трудоемких и рутинных проектных работ

-замены натурных испытаний и макетирования математическим моделированием.

ГЛАВА 2. Классификация, состав, структура и принципы проектирования САПР

2.1. Классификация по ГОСТ 23501.108-85

Необходимо четко определить, что виды (классы, разновидности) САПР выделяются как по отечественному ГОСТ 23501.108-85, так и международными стандартами.

В соответствии с вышеуказанным ГОСТ, САПР классифицируются по следующим признакам:

-тип и разновидность объекта проектирования;

-сложность объекта проектирования;

-уровень автоматизации проектирования;

-комплексность автоматизации проектирования;

-характер выпускаемых документов;

-количество выпускаемых документов;

-количество уровней в структуре технического обеспечения.

По каждому признаку установлены классификационные группировки САПР.

2.2. Состав и структура САПР

Как любая сложная система САПР состоит из взаимосвязанных частей, которые носят название подсистем, в которых при помощи специализированных комплексов решается функционально законченная последовательность задач САПР с получением соответствующих проектных решений и проектных документов. Подсистемы обладают всеми свойствами систем и создаются как самостоятельные системы.

Под специализированными комплексами подразумеваются Программно-методический и Программно-технический комплексы.

Программно-методический комплекс - взаимосвязанная совокупность некоторых частей программного, математического, лингвистического, методического и информационного обеспечения, необходимая для получения законченного проектного решения по объекту проектирования или для выполнения определенных унифицированных процедур.

Примеры ПМК: оформления документации, синтеза проектных решений, моделирования и т. п.

Программно-технический комплекс - взаимосвязанная совокупность программнометодических комплексов, объединенных по некоторому признаку, и средств техниче-

ского обеспечения САПР. Понятие ПМК относится к программным средствам, а понятие ПТК к вычислительным системам, объединяющим аппаратные и программные средства и предназначенным для применения в САПР. Примерами ПТК могут служить автоматизированные рабочие места, включающие в себя ЭВМ, комплект периферийных устройств и ряд ПМК для выполнения проектных маршрутов и процедур.

Различают подсистемы проектирующие и обслуживающие.

Проектирующие - непосредственно выполняют проектные процедуры.

8

НАПРИМЕР: Подсистемой 3-х мерного моделирования строительного объекта, проведение конструкторского расчета, для обеспечения прочности сооружения, разработки конструкторской документации, необходимой для рабочих-строителей.

Применения вычислительной техники позволяет оснащать проектируемые подсистемы совершенно новыми возможностями.

НАПРИМЕР: 3-мерное моделирование. Можно сочетать с применением средств виртуального проектирования, когда на экране отображается 3-х мерная модель сооружения, а проектировщик будет перемещен внутрь проектируемого объема, наблюдая объект изнутри. Например можно наблюдать деформацию конструкции при изменении нагрузки. Например можно моделировать и наблюдать на экране систему внешнего освещения объекта и видеть эффект от перемещения источника света. Например, на экране можно совмещать запроектированное архитектурное сооружение с фотоизображением, окружающей его в будущем городской застройки. Соединив несколько проекций объекта можно достичь эффект мультипликации и наблюдать объект в движении. Автоматизированные вычисления позволяют за относительно небольшой промежуток времени проводить множество проектных расчетов при значительном диапазоне изменений параметров системы, сравнивать результаты и использовать математические методы системного анализа и принятия решений для выбора оптимальных параметров проектируемого объекта.

Автоматизирующие и проектирующие подсистемы строятся таким образом, чтобы увязать между собой разные требования к проектному решению.

Основные идеи и принципы проектирования сложных систем выражаются в системном подходе к проектированию, который означает изучение отдельных структурных систем проектируемого объекта, роли каждой из них в общем процессе функционирования системы и учет взаимосвязей всех элементов в проектном решении.

Обслуживающие подсистемы обеспечивают функционирование проектирующих подсистем. Типичными такими системами являются:

-подсистема управления ходом проекта(НАПРИМЕР: обеспечение планирования и контроля процесса проектирования, системы управления базами данных, управление поиском, хранением, обновлением необходимой для проектирования информации)

-графические подсистемы: для управления процедурами геометрического моделирования и машинной графики

-управляемые архивы типовых и ранее выполненных проектов

Одной из современных идей разработки обслуживающих подсистем является создание методологии ведения безбумажного проектирования, когда все проектные материалы находятся на машинных носителях информации, что позволяет осуществлять обмен ими по сетевым информационным каналам, не только между соисполнителями проектирования, но и с заказчиками, исполнителями строительных работ, поставщиками материалов, контролирующими органами и т.д.

Безбумажные технологии позволяют значительно сократить затраты времени и могут наладить работу соисполнителям, находящимся не только в различных городах, но и странах.

2.3.Принципы проектирования САПР

При создании и развитии САПР рекомендуется применять следующие общесистемные принципы:

9

-принцип включения – предполагает, что требования к созданию, функционированию и развитию САПР определяются со стороны более сложной, включающей в себя САПР-системы -принцип системного единства состоит в том, что на всех стадиях создания функционирования и развития САПР целостность метода должна обеспечиваться связями….

-принцип развивающих требований, чтобы САПР разрабатывало и функционировало как развивающая система, для этого должно предусматриваться наращивание и совершенствование компонентов и связей между ними как в любой системе с переменной структурой

-принцип комплексности требований, чтобы в САПР обеспечивалась связность проектирования отдельных элементов и всего объекта в целом на всех стадиях проектирования. Для этого в подсистеме должны предусматриваться компоненты САПР, осуществляющие комплексное согласование и контроль характеристик элементов и объекта в целом.

-принцип информационного единства, состоящий в том, что в подсистемах, средствах и компонентах системы должны использоваться термины, символы, условные обозначения, проблемно-ориентированные языки программирования и способы представления информации в соответствии нормативным документам;

-принцип совместимости состоит в том, что языки, символы , коды, информационные и технические характеристики САПР должны быть согласованы так, чтобы обеспечивать совместное функционирование всех подсистем и сохранять открытую структуру системы в целом;

-принцип инвариантности предопределяет, что подсистемы и компоненты САПР должны быть по возможности универсальными или типовыми, то есть инвариантными к типовым объектам, то есть инвариантными к проектируемым объектам и отраслевой специфике.

Применение указанных принципов в конкретных различных САПР должно быть логичным, непротиворечивым, не допускать возможных абсурдных логических решений, ведущих к

сбоям и распаду системы в целом.

2.4.Типовая схема САПР

Проектировщик

Базы данных