Сапр в строительстве что это такое

Внедрение САПР в проектной организации архитектурностроительного профиля как составная часть комплекса системных решений

Скачать статью в формате PDF — 245.9 Кбайт

Главная » CADmaster №3(38) 2007 » Архитектура и строительство Внедрение САПР в проектной организации архитектурностроительного профиля как составная часть комплекса системных решений

Прежде всего определимся с тем, что такое комплекс системных решений и какова вообще цель его внедрения. Комплекс системных решений (КСР) — это общий организационный, управленческий, аналитический, системный подход к производственной деятельности, призванный решить две основные задачи: повышение качества продукции и сокращение сроков ее выпуска. КСР имеет стратегический характер и оптимизирует весь производственный процесс. Одним из его элементов является система автоматизированного проектирования.

САПР автоматизирует решение широкого круга задач — от черчения и расчетов до систем управления электронным документооборотом, проектами В то же время хотелось бы сразу предостеречь от расхожего представления о САПР как о палочке-выручалочке, с помощью которой решается любая проблема. Конечно же, это не так. Думать придется всегда. Практическое освоение КСР потребует (прежде всего от руководства) высокого уровня организации внедрения новых методов работы, волевых усилий и внятного представления о желаемых результатах. В противном случае всё так и останется на уровне бумажных прожектов…

Программно-вычислительные комплексы и системы автоматизированного проектирования в строительстве

Обратим внимание на принятое словосочетание — «системные решения». Это значит, что цель каждой организации — повышение производительности труда и качества продукции — требует взглянуть на производство как на систему, которая включает в себя множество других систем и при этом сама включена в огромное их многообразие.

Поэтому принципиально важно проследить всю цепочку производственной деятельности, специфичную и индивидуальную для каждого предприятия.

Первый шаг в этом направлении — определение системы, охватывающей производственный процесс в целом. Второй — обследование и анализ текущего состояния системы, выявление всех ее плюсов и минусов. Третий — разработка стратегии и планирование действий в рамках КСР с учетом всех ресурсов организации. Четвертый — поэтапная реализация намеченных действий (с контролем финансовых и временных затрат).

Руководитель должен быть готов к росту материальной и профессиональной мотивации его сотрудников: овладение современными средствами организации рабочего места повышает их позиции на рынке труда.

Рис. 1

В левой части рис. 1 отображена примерная организационная структура проектной организации. Глава организации — директор, который управляет всеми ее ресурсами. Основным локомотивом являются непосредственные исполнители — отделы проектирования 1 , сформированные в соответствии со специализацией и возглавляемые руководителями, которые в свою очередь подчинены главному инженеру проекта. Контроль хода работ по всем выполняемым проектам осуществляет координатор проектов.

САПР в строительстве

Для обеспечения работы отделов проектирования предназначена вспомогательная служба, в чьем ведении находятся техническое обеспечение САПР, разработка локальных программ — утилит, хозяйственные вопросы, бухгалтерия

Справа на рис. 1 перечислены ключевые понятия, влияющие на общий ход развития производственной деятельности организации.

Мобильная структура — структура организации и управления, изменяемая под воздействием различных факторов. Результатом этих изменений должно стать постоянное совершенствование результатов производственной деятельности.

Мотивация — распределение адекватных профессиональных и материальных требований между всеми участниками производственной деятельности.

Обучение — комплекс образовательных мер, направленных на повышение квалификации специалистов и овладение навыками работы со вспомогательными программными и техническими средствами.

Опыт — растущий потенциал сотрудников организации, наращивание числа вариантов возможных решений текущих задач, отбор вариантов, формирование своего рода базы данных по этим решениям.

Внедрение САПР осуществляется с использованием следующих ресурсов:

• технических (аппаратное и техническое обеспечение САПР: компьютеры, плоттеры, локальные сети и др.);
• программных (подбор программного обеспечения и разработка стандартов его взаимодействия);
• образовательных (образовательный уровень, позволяющий специалистам предприятия профессионально работать с программными и техническими ресурсами. Постоянное обучение, повышающее этот уровень);
• финансовых (инвестиции);
• организационных и управляющих (всё что касается автоматизации управления проектом в рамках существующей структуры организации, а также методов, используемых для управления производственной деятельностью);
• вспомогательных (отдел технического обеспечения).

Прежде всего требуется ясно определить цели и задачи внедрения САПР, критерии отбора программного обеспечения.

Определившись с целью, приступаем к многовариантному проектированию САПР — с учетом ресурсов, сроков, сложности реализации. Эта работа невозможна без тесного взаимодействия со всеми участниками производственного процесса (от руководителя до рядового инженера), без учета их интересов, а равно и без консультаций со специалистами различного профиля.

Критерии отбора программного обеспечения должны быть следующими:

• единая программная платформа;
• возможность работы с интеллектуальной 3D-моделью;
• полноценный, без потери информации обмен данными между различными системами;
• единый доступ к различным базам данных.

Внедрение САПР в составе КСР требует выполнения следующих шагов: подбор программного обеспечения, формирование базы данных, стандартизация информационного взаимодействия между различным ПО, определение состава необходимых ресурсов и соответствующих затрат — с учетом ресурсных возможностей проектной организации, составление календарного плана внедрения САПР, создание общей технической документации, обучение сотрудников.

Ввиду сложности процессов, с которыми сопряжена производственная деятельность, следует понимать, что в каждой своей составляющей комплекс системных решений не может быть реализован окончательно. Держать планку эффективности производства на должной высоте позволит только постоянное развитие.

Из сказанного следует необходимость доверить управление этим процессом соответствующему специалисту в ранге заместителя директора по развитию. В его должностные обязанности должно входить управление всеми процессами, касающимися эффективности (а значит и конкурентоспособности) организации.

Следует хотя бы упомянуть и о таком важном элементе КСР, как внедрение системы менеджмента качества ИСО 2001, но масштаб этой темы требует отдельного разговора и здесь мы не будем развивать ее более подробно.

Рис. 2

На рис. 2 представлена схема движения информационного потока в проектной организации.

Хранилищем всех информационных данных организации является общий сервер, к которому подключено руководство организации, отделы проектирования и вспомогательная служба (плоттер, сканер, модем

Каждый отдел имеет в своем распоряжении профильное программное обеспечение. Все результаты работы сохраняются на сервере отдела, связанном с общим сервером (рис. 3).

Рис. 3.

Как происходит реальное управление проектом?

На уровне отделов контроль над проектом осуществляет руководитель отдела, далее информация передается ГИПам, которыми она также анализируется и контролируется. Затем уже в более обобщенном виде она поступает к координатору проекта, а от него, в заранее определенном формате, — к директору предприятия.

На каждом этапе происходит определенная фильтрация информации, и каждому участнику производственного процесса передается только необходимая ее часть. Это способствует реальному отслеживанию жизненного цикла проекта на всех его стадиях в цепочке «отдел — руководитель отдела — ГИПы — координатор проекта — директор».

Устанавливаются единые стандарты обмена информацией — они фиксируются в инструкциях и обязательны к исполнению. Определяются, например, общие шаблоны наименования проекта, единые правила назначения шифра файлам проекта, создаваемым в каждом отделе

Для развития и поддержки САПР формируется специальный отдел, задача которого — развитие профильного программного обеспечения, техническая поддержка. Примерная схема работы этого отдела выглядит так. От сотрудника отдела проектирования поступает заявка на написание утилиты, работающей в среде основного ПО. К этой заявке прилагаются формулировка задачи и алгоритмическая модель ее решения. Далее заявку анализирует программист и, если она выполнима, пишет программу на базе языковой среды основного программного обеспечения.

Кроме того, в функции этого отдела может входить формирование баз данных, разработка удобного интерфейса, обучение сотрудников информационным технологиям и др.

Информационный поток проектной организации носит динамический характер и имеет различные срезы для каждого участника производственного процесса. Поэтому при проектировании САПР на базе проектной организации необходимо учесть индивидуальные параметры отбора информации.

Основные задачи, решаемые с помощью предлагаемых процедур:

1. Создание системы управления информационными базами данных (общий сервер организации, локальные серверы отделов проектирования).
2. Управление проектом в соответствии с рангом руководителей: руководитель отдела, координатор проекта, директор.
3. Автоматизация проектных работ по отделам.
4. Взаимодействие между отделами на основе единых стандартов.
5. Организованный доступ к отфильтрованной информации с сервера, общего для всех участников проекта.
6. Вспомогательные комплексы для автоматизированного выполнения отдельных задач 2 .
7. Подбор технических средств.

Поясним сказанное на примере.

Постановка задачи: произвести автоматизацию рабочих мест архитектурно-строительного отдела. Задачи архитектурно-строительного отдела: разработка архитектурно-строительных решений проектируемого объекта в соответствии с требованиями «СПДС. Основные требования к проектной и рабочей документации».

Возможный набор программных средств для рабочих мест руководителя архитектурно-строительного отдела и инженера-проектировщика представлен в таблице.

• Постановка задач сотрудникам отдела, организация доступа к требуемой информации (от других отделов, от заказчика
• Контроль хода работ.
• Проверка результатов.
• Оформление результатов и их размещение на общем сервере предприятия.

• Разработка комплекта рабочих чертежей марок АР и АС в соответствии с требованиями .501−93 «СПДС. Правила выполнения комплекта архитектурно-строительных рабочих чертежей».

…Мы коснулись лишь малой части шагов, необходимых при внедрении САПР в практику проектной организации. Но даже эта часть позволяет сделать основной вывод: требуется четкая, ясная и продуманная программа действий с учетом всех основных факторов, влияющих на процесс автоматизации предприятия, — тогда и только тогда внедрение САПР сможет оправдать связанные с ним ожидания.

Источник: www.cadmaster.ru

САПР: что такое система автоматизированного проектирования

САПР — это программная среда, дословно ― система автоматизированного проектирования. Предназначена для проектирования и черчения в различных областях: архитектуры, механики. Система позволяет также выполнять технологическую подготовку, анализ изделий и технической документацией.

Технология САПР применяется в области архитектуры и строительств зданий, производственных сооружений, дорог, развязок, мостов и других объектов. В систему входят СУБД и подсистемы, схемы, топологии кристаллов и иные специализированные среды. Наиболее известное в мире программное обеспечение выпускается компанией Autodesk.

Программы САПР

На рынке представлено большое количество САПР-программ, позволяющих решают разнообразные задачи. Безусловный лидер среди них ― AutoCAD, разрабатываемый компанией Autodesk. Программа на протяжении десятилетий активно используется не в России и во всем мире. Это позволяет обмениваться проектами, разработанными в разных странах. Студентам достаточно пройти обучение САПР с изучением только этого софта и компонентов, чтобы трудоустроится.

Система позволяет проектировать в двумерной и трехмерной среде. Позволяет строить 3D-модели и чертежи в разных срезах. Поскольку платформенная САПР не имеет четкой профильной сферы, применяется при создании строительных, машиностроительных проектах, при работе с изысканиями, электроникой, электрокоммуникациями и со многими другими объектами и сетями.

К преимуществам AutoCAD стоит отнести:

• Мировой стандарт проектирования в САПР.
• Адаптация под любые задачи.
• Большой выбор сопутствующих приложений от сторонних разработчиков.

В линейке продуктов Autodesk есть узконаправленные программы для отдельных специалистов. Среди них AutoCAD Mechanical (для промышленного машиностроительства), AutoCAD Electrical (расширенная версия для инженеров-электриков) и многие другие.

Среди ПО пытающегося составить конкуренцию Автокаду наиболее известна программа Bricscad от разработчика Bricsys. Существует также программный комплекс SolidWorks от Dassault Systemes для промышленных конструкторов. ПО SolidEdge от PLM Software также направленное на промышленное моделирование и многие другие продукты незначительно или кардинально отличающиеся от классического Автокада.

История развития систем автоматического проектирования

В связи с увеличением и усложнением проектных задач возникла потребность в комплексном подходе. Разработанные для этого программы позволили реализовывать не только часть проекта, а все его системы. Например, в механическом проектировании в рамках одного проекта разные специалисты выполняют:

• проектирование электрики и гидравлики;
• расчет прочностные и другие показатели;
• оценивают стоимость производства;
• анализируют технологичность конструкции.

Созданные цифровые макеты и распечатанные на бумаге копии можно использовать для полного анализа изделия до запуска в производство. Программная среда позволяет провести виртуальные испытания, а затем с максимальной точностью изготовить разработанный механизм.

Развитие систем проектирование берет свое начало в 80-х годах прошлого столетия. Первоначально использовалась для автоматизации труда, исключения человеческого фактора, увеличение производительности. Постепенно задачи усложнялись. С одновременным развитием компьютерной техники совершенствовались и автоматизированные системы проектирования. Сегодня мы имеем действительно уникальные и многозадачные продукты.

Современные возможности САПР

Компания выпускает бесплатные версии с ограниченным периодом действия, учебные и коммерческие программы. С любым продуктом Autodesk можно ознакомиться на практике перед покупкой.

AutoCAD LT разработан для создания 2D-чертежей, объектов проектирования с одновременным выпуском документации. Поддерживает мобильную и веб-версию.

AutoCAD полностью автоматизированная система проектирования для изготовления 2D- и 3D-чертежей. Используется архитекторами, инженерами и строителями. Позволяет проводить сравнение схем и чертежей, осуществлять расчет, создавать спецификации, выполнять множество других действий.

3ds Max и Maya― программы позволяющие реализовывать проекты художественного замысла. Создавать демонстрации строительных объектов, а также разрабатывать миры и персонажей для компьютерных игр. Есть функции анимации и визуализации.

Revit ― продукт информационного моделирования зданий, позволяет автоматизировать рутинные процессы, контролировать процесс от проектирования до строительства.

Это только малая часть продуктов, которые можно использовать при проектировании зданий и сооружений. Благодаря тому, что они выпускаются одним производителем, можно обмениваться данными внутри проекта. Веб-версии и облачные приложения позволяют специалистам работать вместе, даже если они находятся в разных места, города и странах.

Обмен данными происходит практически мгновенно. Каждый видит этапы работы другого. Системы автоматизированного проектирования подняли возможности инженеров на новый уровень.

Зачем учить AutoCAD и других программы САПР

Постоянного повышения производительности труда требует применения передовых технологий. Невозможно представить технического сотрудника современной компании, не умеющего работать с основными компьютерными программами своей отрасли. Современные САПР — это сложны и многофункциональны, которые при этом постоянно обновляются и модифицируются. Поэтому периодически проходить обучение необходимо даже тем, кто уже работает.

Специалист должен владеть технологиями BIM ― информационного моделирования, проектирования, визуализации, машиностроения, приборостроения. Знать базовые продукты САПР, инструменты, уметь производить расчеты, управлять проектами. Современные технологии позволяют пройти курсы очно и дистанционно через интернет. Поэтому, людям, нацеленным на карьеру, стоит воспользоваться этой возможностью.

Добавлено: 21.06.2021 16:39:15

Еще статьи в рубрике Статьи на тему проектных и изыскательских работ:

На предпроектной стадии строительства практически все инвесторы интересуются, нужно ли делать геологию участка в Калуге и Рязани. Необходимость проведения таких исследований .

Всесторонняя и достоверная информация о территории предстоящего строительства и строящихся объектах, собираемая специалистами компании «Самара-Гео», помогает эффективно проектировать, вести строительно-монтажные работы, .

Перед тем, как начать строительство магазина. Необходимо пройти согласование с государственными органами. При отсутствии разрешения на строительство объект считается самостроем. Владельцу .

Согласование перепланировки нужно для того, чтобы контролирующие органы знали, что вносимые вами в планировку помещения изменения строго соответствуют строительным и санитарным .

Согласно действующим законодательным нормам, большинству инвесторов необходимо провести инженерно-геодезические изыскания для строительства и ряд других проверок перед началом монтажных работ. Порядок .

Подготовительный этап строительства не менее важен для обеспечения качества постройки, чем собственно строительно-монтажный процесс и качество строительных материалов. Ключевые проектные решения .

Источник: www.stroi-baza.ru

САПР системы и их основные направления. Внедрение BIM в объектную модель

Хей йо, Хабр! Меня зовут Королёв Николай. Я инженер-конструктор компании BIMeister и при этом успеваю доучиваться в Московском Политехническом Университете на факультете машиностроения. Наш отдел разрабатывает высокодетализированные 3D модели для крупнейших компаний на рынке, к примеру, Газпром, а также внедряет BIM технологии в объектные модели.

Технология САПР

Создание механизмов и машин в условиях прогрессивного роста современных технологий требуют от инженера владения современными методами расчёта и конструирования. При проектировании механизмов машин инженеры-конструкторы обращаются к цифровой модели. Но как её получить? Для разработки таких машин всё больше внедряется технология САПР.

САПР – это автоматизированная система, которая выполняет функции проектирования с упрощёнными способами по внедрению ряда информационных данных и технологий. Отсюда мы получаем главную функцию данной технологии — автоматизация.

Уже многие годы и всё чаще старые методы уходят на задний план. Лишь редкий представитель инженера, но опытный человек в своём деле, предпочитает бумажные чертежи электронным. Именно оптимизация процесса — великий “перестройщик” нашего времени.

Для выполнения разного вида оптимизации САПР делится на несколько типов системы:

CAD (Computer-aided design) — системные комплексы для проектирования,

CAE (Computer-aided engineering) — современные системы инженерного анализа,

CAM (Computer-aided manufacturing) – прописывания алгоритма действий станков с ЧПУ.

Рассмотрим простейшие примеры из жизни.

CAD – это процесс создания объекта с использованием методов его воспроизведения. Например, стул. Ножки, спинка, гвозди, сиденье — это его комплектующие. Молоток, отвёртка, шуруповёрт — способ сборки. Его материал: дерево, сталь — то, из чего делают комплектующие.

Рабочий рубит дерево, а на заводе его обрабатывают, чтобы в магазине вы купили необходимые части для своего стула.

Казалось бы, что сложного может быть в создании стула?

Именно процесс создания и подготовки для дальнейшего воссоздания объекта в жизни заменяет нам технология CAD. В свою очередь, такие же жизненные процессы воплощают в себе CAE и CAM системы. Например, CAE сейчас может заменить привычный для любого инженера расчёт на сопротивление материала, а CAM – прописать последовательность выполнения процессов для создания стула. Именно технология САПР позволяет современным инженерам тратить меньше усилий и выдавать наилучший результат.

Пример использования САПР

Теперь, когда мы разобрались, что такое САПР и какие основные направления входят в него, внедрим немного конкретики, и подробно разберём все нюансы на примере.

В рамках проектной деятельности моего университета я разработал выскодетализированную модель «Коробка перемены передачи» по предложенному техническому заданию заказчика на основе патента. Начнём поэтапно.

Проектная деятельность – это отдельное направление, которое присутствует на каждом факультете вуза. Можно выбрать как тематику своего направления, так и вовсе изменить направление. Здесь важно понимать, что в 45% случаев при ведении успешной проектной работы эта тематика используется на защите диплома. Признаюсь, я не стал искать в себе что-то новое, а, наоборот, решил подкрепить уже полученные знания и выбрал своё направление.

На проектной деятельности я контролирую выполнение проектирования объектной модели «отдела моделирования», а также сам попутно принимаю участие в создании 3D визуализации изобретений.

Итак, вернёмся к модели.

По описанию патента и прилежащим эскизом (Рис. 1) была разработана модель (Рис. 2). Работа осуществлялась в программе Autodesk Inventor. При помощи CAD программы получилось не только воссоздать реалистичную модель изобретения, но также внедрить ряд полезных функций, а именно — модель полностью параметризированная.

Это значит, что если изобретение пойдёт на эксплуатацию, то будет весьма просто автоматически подобрать просчитанные размеры.

Рисунок 1 — Эскиз изобретения Рисунок 2 — 3D модель «Коробка перемены передач»

Также в рамках данного изобретения была внедрена BIM технология. Давайте разберём, что это такое.

Технология BIM

BIM (Building Informational Modeling) — информационное моделирование зданий (термин 1992 года). Но причём здесь здания, когда мы говорим о механизмах и возможности визуализации их с применением САПР-систем?

Джон Месснер, профессор PennState говорил: «Через десять лет термин BIM исчезнет из употребления, поскольку информационное моделирование станет обычной работой со зданиями».

Важно выделить из цитаты профессора, что ключевое понятие в BIM — это информационное моделирование.

Моё видение такое: BIM — это информационная модель объекта с использованием цифровых данных. Какую ценную информацию мы можем внести в 3D модель. К примеру: вес, материал, стоимость изделия, расчёты, чертежи, визуализация работы механизма и многое другое.

Внедрение BIM

Отдельным вопросом стоит рассмотреть, как внедрить данную технологию в проект.

Внедрение в моём проекте происходило следующим образом: поскольку это должна быть атрибутивная информация, я задал параметры каждому элементу механизма, основные из которых: вес, материал, вычисления прочности, и вычисление стоимости конкретной детали по усреднённым значениям на рынке. Добавил чертежи и визуализацию принципа работы оборудования.

Итогом проекта стал полный пакет информационной модели. Теперь это не только твёрдое тело, но это и носитель информации — он позволяет изобретателю увидеть все параметры, чтобы воссоздать механизм вживую.

Примечание. Более подробно вы можете ознакомиться с изобретением на сайте заказчика технопарк.рф, где я описываю принцип работы механизма.

Проект получился весьма неплохим, поэтому мне предложили презентовать его на ежегодной студенческой научной конференции. Рассказывать сильно не о чем, примерная выдержка содержится выше, но а итогом стало почётное второе место с разрывом в 0.01 балла.

И конечно, я не мог оставить вас без интерактивной части. Давайте посмотрим на принцип работы механизма по предложенному описанию из патента.

Итоги

Я постарался наглядно показать и рассказать простым языком, что такое САПР, и BIM технологии, и для чего они нужны. Также на примере разработанной модели КПП мы посмотрели, какую актуальность играет CAD и BIM в сегодняшнее время.

Так нужно ли внедрять САПР и BIM технологии при проектировании механизмов? Однозначно, да. Это не просто технология визуализации параметров — это процесс контроля качества изобретения с использованием информационной цифровой модели, который позволяет устранить все ошибки на этапе разработке до начала эксплуатации изделия.

В заключении хотелось бы сказать, что время течёт словно река, а мы лишь следуем его течению.

С вами был Николай и компания BIMeister, оставляйте свои мысли по поводу статьи в комментариях. Пишите, на какие темы вам бы хотелось поговорить в уютном уголке Habr.

P.S. В следующем блоге, мы поговорим на тему актуальности IT образования и внедрения программирования при проектировании.

Источник: habr.com

Глава 1. Введение в автоматизированное проектирование

Проектирование – это процесс создания описания, необходимого для построения в заданных условиях еще несуществующего объекта. Проектирование начинается при наличии выраженной потребности общества в объекте проектирования.

В основе действий проектировщика лежит некий способ или принцип. И если способ действия машины (компьютера) удается предвидеть достаточно точно, то выбор способа действия человека не является столь же определенным. В настоящее время, когда в проектировании все более активно применяются компьютерная техника и технология, можно говорить о способах и действиях «человеко-машинных» систем. В основе осознанного рационального способа действия человека лежит метод.

Для существования метода необходимы:

· правила поведения как описание способа действия;

· осознание использования метода как основы действия;

· строгое подчинение правилам поведения;

· описание ситуаций, в которых целесообразен данный метод.

Анализируя проектную деятельность с позиции частного и общего, можно сказать, что в ее основе лежат:

действия – способы (принципы) – методы.

В зависимости от того, какие средства для реализации творческих действий применяет проектировщик, различают:

В эвристических методах определяющее значение имеют:

· способы управления мышлением.

Эвристические методы основаны на использовании общих правил и рекомендаций. Они помогают при поиске различных понятий и утверждений, которые позволяют благодаря случайным или логическим ассоциациям открыть или создать абстрактное соотношение, способное дать решение задачи.

Алгоритмические методы основываются на алгоритме, который можно определить как последовательность указаний, касающихся процедур (операций), позволяющих решить задачу. Можно выделить логические алгоритмы и математические алгоритмы.

Проектирование может быть:

· ручным – без применения компьютера;

· автоматизированным – на основе взаимодействия человека и компьютера, когда эвристические действия проектировщика дополняются вычислительным возможностями компьютера, реализованными посредством определенных алгоритмов;

· автоматическим – без участия человека на промежуточных этапах проектирования.

Проектирование сложных технических объектов, к которым относятся и автомобильные дороги, выполняется, как правило, автоматизировано, то есть с помощью САПР – систем автоматизированного проектирования ( CAD – Computer Aided Design ).

При проектировании автомобильных дорог применяют блочно-иерархический подход, который заключается в декомпозиции проектных задач на иерархические уровни и установлении связей между этими уровнями. На данном этапе развития существующие САПР автомобильных дорог включают, как правило, следующие уровни:

· формирование цифровых моделей местности зоны проектирования;

· трассирование автомобильной дороги;

· проектирование продольного профиля;

· проектирование поперечных профилей и дорожных одежд;

· проектирование искусственных сооружений и инженерно-сервисного обустройства дороги;

· оценка проектных решений.

1.2. Стадии процесса проектирования

В практике дорожного проектирования установлены следующие стадии работ.

Программа (концепция) развития сети автомобильных дорог, которая разрабатывается для определенной территории (региона, страны) и определяет последовательность развития дорог для обеспечения транспортной потребности населения на период 5-10 и более лет. При разработке программ используются специальные методики, базирующиеся на возможностях, в первую очередь, ГИС – геоинформационных систем ( GIS – Geographic Information Systems ). В настоящий момент развитие автомобильных дорог в Российской Федерации планируется на основе положений Программы «Транспортная стратегия Российской Федерации на 2002-2010 г.г.».

Обоснование инвестиций (ОИ) является основным предпроектным документом, обосновывающим целесообразность строительства (реконструкции) автомобильной дороги, ее техническую категорию с учетом прогнозируемой интенсивности движения, выбор оптимального проложения трассы и сроков ее строительства, а также стадийность и очередность этого строительства (реконструкции). Разработка ОИ осуществляется, как правило, на объекты, включенные в утвержденные федеральные и региональные целевые программы развития сети автомобильных дорог. При разработке ОИ широко применяют геоинформационные технологии: как ГИС, так и САПР.

ОИ в строительство или реконструкцию дорог включает следующий комплекс инженерных работ:

· сбор исходных данных;

· анализ и прогноз транспортных потоков;

· проектные проработки с необходимым объемом инженерно-изыскательских работ;

· экономические и экологические (ОВОС) расчеты;

· определение социально-экономической и экологической эффективности проекта;

· текстовые, табличные и графические материалы по обоснованию проектных решений.

Последующее проектирование выполняется на основании решений, принятых и утвержденных в ОИ, обосновывающих хозяйственную необходимость и экономическую целесообразность строительства (реконструкции) автомобильной дороги.

Порядок разработки проектно-сметной документации в одну стадию – инженерный проект или в две стадии – проект и рабочая документация, также определяется в ОИ. В одну стадию проектируют технически не сложные и не капиталоемкие объекты, а также объекты, сооружение которых будет осуществляться по типовым и повторно применяющимся проектным решениям.

Рабочая документации для строительства (реконструкции), как правило, содержит:

· рабочие чертежи, разрабатываемые в соответствии с государственными стандартами системы проектной документации (СПДС);

· ведомости объемов строительных и монтажных работ;

· сборники спецификаций оборудования, необходимого для реализации проекта;

Основанием для выполнения проекта служит Задание на его разработку. В Задании должны быть отражены следующие положения:

· основание для проектирования (перечень целевых программ и ОИ);

· начало и конец проектируемого участка дороги;

· перечень и объем инженерных изысканий, полнота проектно-технических решений, перечень согласующих проект государственных и общественных органов;

· основные технические параметры проектируемого объекта (категория дороги, расчетная нагрузка, параметры земляного и проезжей части, тип дорожной одежды, специальные и особые требования;

· требования к составу работ, содержанию и оформлению проекта.

Если речь идет о новом объекте проектирования, то выполняется проект строительства автомобильной дороги. В то же время для действующих дорог, в процессе их эксплуатации периодически возникает потребность повторного проектирования с целью их реконструкции, модернизации или ремонта. Следует отметить, что в зависимости от стадии проектирования, капитальности объекта проектирования и глубины проектных преобразований объекта, методы и информационно-инструментальные средства проектирования могут существенно различаться.

Рассматриваемая в данном пособии технология автоматизированного проектирования относится, в первую очередь, к этапу проекта (инженерного проекта) строительства (реконструкции) автомобильных дорог.

1.3. Системы автоматизированного проектирования и их место среди других информационных технологий

Система автоматизированного проектирования – организационно-техническая система, состоящая из комплекса средств автоматизации проектирования, взаимосвязанного с подразделениями проектной организации и выполняющая автоматизированное проектирование.

Таким образом, САПР следует понимать и как компьютерную программу, и как организационно-техническую систему в широком смысле.

Автоматизация проектирования занимает особое место среди информационных технологий, являясь собственно синтетической дисциплиной, включающей множество информационных элементов: от вычислительных сетей и телекоммуникационных технологий до передовых методов вычислительной математики и средств моделирования трехмерной виртуальной реальности.

Классификацию САПР осуществляют по разным признакам, например, по приложению, целевому назначению, комплексности решаемых задач, характеру базовой подсистемы.

По приложениям наиболее актуальными и широко развитыми являются:

· САПР архитектуры и строительства.

САПР автомобильных дорог можно классифицировать как архитектурно-строительная САПР. В тоже время САПР АД необходимо рассматривать как самостоятельную ветвь (подкласс) в этом классе.

Специфика проектирования дорог заключается в том, что это – линейно-протяженные объекты. Очертания дороги, с одной стороны, существенно зависят от рельефа, грунтово-геологических и гидрологических условий местности. С другой стороны, геометрические характеристики проектируемой дороги тесно связаны с планируемой интенсивностью и составом транспортного движения.

Основой формообразования будущей дороги является ее трасса, которая проектируется с учетом физических законов движения транспортных средств. И очертания этой трассы во многом предопределяют технические и транспортно-эксплуатационные качества будущей дороги.

К подклассу линейно-протяженных проектируемых строительных объектов, наряду с автомобильными дорогами, можно также отнести: аэродромы, железные дороги, трубопроводы, каналы, линии электропередач.

По целевому назначению различают подсистемы САПР, обеспечивающие разные аспекты проектирования. Так, например, под термином CAD обычно подразумевают процедуры геометрического проектирования.

Расчеты прочности, устойчивости, долговечности и других аспектов функциональности объектов проектирования выполняют в подсистеме СAE ( Computer Aided Engineering ). При проектировании дорог к задачам CAE следует отнести: расчеты дорожных одежд на прочность, морозоустойчивость, сдвиг и изгиб; расчеты осадки земляного полотна на слабых основаниях и устойчивости откосов; гидрологические расчеты отверстий искусственных сооружений; моделирование транспортных потоков и др.

Расчеты, связанные с технологической подготовкой производства, реализуют в подсистеме САМ ( Computer Aided Manufacturing ). К задачам CAM в дорожной отрасли можно отнести: подготовку разбивочных ведомостей, технологических карт производства работ; разработку схем организации движения транспорта при производстве работ, составление линейно- календарных графиков работ и др.

По комплексности решаемых задач различают отдельные подсистемы и комплексы из изложенных выше подсистем: CAD/CAE/CAM.

Важным компонентом комплексных систем в последнее время становятся подсистемы управления данными PDM ( Product Data Management ), которые обеспечивают коллективную работу над проектами, целостность данных и способствуют реализации эффективных систем управления качеством.

Способность компьютерных технологий поддерживать функционирование объектов от стадии проектирования до их утилизации в единой информационной системе породила концепцию PLM ( Product Lifecycle Management ), которая является чрезвычайно перспективной и для будущего дорожной отрасли.

Наиболее точно сущность этой концепции приведена в следующем определении: «PLM – это стратегический подход к ведению бизнеса, который использует набор совместимых решений для поддержки общего представления информации о продукте в процессе его создания, реализации и эксплуатации, в среде расширенного предприятия – начиная от концепции создания продукта и заканчивая его утилизацией – при интеграции людских ресурсов, процессов и информации». Следуя логике этого определения, PLM – это не система (типа CAD) и не класс систем (типа CAD/CAM/CAE), а стратегия производства с применением комплексной компьютеризации, которая базируется на едином представлении информации об изделии (продукте) на всех стадиях его жизненного цикла. Эта информация может (и должна) совместно использоваться всеми участниками расширенного предприятия, к которым относятся основной производитель, поставщики, субподрядчики, заказчики и потребители.

По характеру базовой подсистемы различают:

· САПР на базе подсистем машиной графики. К таким САПР можно отнести Plateia (Словакия) на базе AutoCAD , InRoads (США) на базе MicroStation ;

· САПР, в основе которых лежат собственные программные графические ядра, учитывающие специфику задач конкретной области проектирования. Примером таких САПР можно считать MXRoad (США), Pythagoras (Бельгия), IndorCAD / Road (Россия).

1.4. САПР и ГИС: отличие, сходство, единство

В последние годы, в связи с бурным развитием геоинформационных систем (ГИС), рассматривается вопрос их применимости, наряду с САПР, в автоматизированном проектировании автомобильных дорог.

При значительном внешнем сходстве ГИС и САПР имеют принципиальные различия:

Различия по моделям данных

В ГИС выделяются несколько основных типов данных: точки, линии, полигоны, поверхности и растры. Смешение этих данных в пределах одного слоя, как правило, недопустимо. Исключение составляют модели данных типа «сеть» (состоит из узлов, которые соединены дугами) и «покрытие» (как и сеть, состоит из узлов, которые соединены дугами; кроме того, имеются регионы, границы которых задаются дугами).

Одной из причин небольшого числа графических примитивов в ГИС является также то, что исторически они развивались как мелкомасштабные картографические системы, в которых не требуется большого разнообразия графики.

Небольшое число типов данных позволяет строго определить различные пространственные операции: пространственный поиск (в заданном регионе, поиск смежных или пересекаемых объектов), построение оверлеев (объединения, пересечения и разности полигонов), построение буферных зон, зон близости (зон ближайшего обслуживания).

Из-за того, что реальные электронные карты могут содержать тысячи и миллионы графических объектов, в ГИС значительно развиты различные алгоритмические методы для хранения больших объемов данных, быстрого поиска объектов, упрощения данных для быстрого вывода на экран.

В САПР, в отличие от ГИС, используется большое число различных графических примитивов, так как одной из главных задач САПР является получение качественных чертежей. Сложность структуры чертежей САПР не позволяет хранить чертежи в базах данных (а если они и хранятся, то целиком, в виде единого большого поля), а поэтому они хранятся в виде отдельных файлов.

В дорожной отрасли ГИС используются для представления сети дорог на электронных мелкомасштабных картах, для анализа транспортного обеспечения районов, для получения оперативной информации по объектам дорожной сети.

При проектировании дорог ГИС применяются для выбора наилучшего из возможных коридоров варьирования проектируемой трассы с учетом существующей цифровой модели местности (ЦММ).

Различия по атрибутной поддержке

В ГИС, как правило, в одном слое графических данных представляются графические объекты одного типа (например, здания, дороги или реки), имеющие одинаковый набор атрибутов. Таким образом, слой графических данных совместно с наборами атрибутов можно представить как таблицу реляционной базы данных, а, следовательно, и адаптировать соответствующий аппарат баз данных для анализа атрибутов графических объектов. Например, в ГИС можно выделить все дорожные знаки, расположенные на консолях, или дорожные трубы, находящиеся в неудовлетворительном состоянии.

Идеологическая близость моделей данных ГИС и реляционных баз данных позволила создать соответствующие надстройки над различными СУБД для хранения и анализа графических (ГИС) данных.

Одним из принципиальных различий между ГИС и САПР является то, что графический примитив в ГИС является самостоятельным объектом, имеющим свои атрибуты, а в САПР – только изобразительным средством, т.е. частью объекта, а поэтому своих атрибутов, как правило, не имеет.

В САПР же объекты образуются обычно из нескольких графических примитивов, выстраиваясь в иерархии с помощью группировки. Глубокое отличие модели САПР от реляционной модели данных не позволяет полноценно сохранять чертежи САПР в современных базах данных и не позволяет анализировать атрибуты объектов.

В дорожной отрасли наличие атрибутивной поддержки является наиболее важным при решении задач диагностики, паспортизации, инвентаризации, кадастра дорог. В связи со скудностью возможностей атрибутного описания САПР представляется наиболее целесообразным создание информационных систем автомобильных дорог на основе ГИС.

Различия по методам визуализации

В САПР, как правило, графические объекты сразу создаются такими, как они выглядят на экране и печати. В ГИС же понятия модели объекта и его внешнего вида специально разнесены.

Одной из сильнейших функций ГИС является возможность «тематического картографирования», когда для имеющихся геоинформационных данных задаются «визуализаторы», отображающие данные в зависимости от их геометрических и атрибутивных характеристик.

Наиболее распространенными являются:

· отрисовка одинаковым условным знаком всех графических объектов;

· отрисовка разными знаками в зависимости от значений некоторого атрибута;

· отрисовка подписями из атрибутов (автоматическое подписывание объектов);

· отрисовка точками плотности (случайное размещение некоторого числа точек в полигоне, например, чтобы показать плотность населения страны);

· отрисовка диаграмм на объектах, показывающих распределение некоторых атрибутных характеристик объектов;

· отрисовка линий сплайнами, различная декоративная отрисовка.

В САПР внешний вид объекта обычно уже жестко зафиксирован. Иногда проектировщику предоставляется несколько предопределенных вариантов отрисовки.

Еще одной особенностью ГИС является возможность задания немасштабируемых условных знаков и надписей. Этот способ визуализации применяются в основном для отображения на экране компьютера, когда важно быстрое получение информации без изменения текущего масштаба изображения.

В связи с тем, что ГИС и САПР в чистом виде имеют свои сильные и слабые стороны, в последнее время всё большее распространение получают интегрированные графические системы, обладающие возможностями как ГИС, так и САПР. В дорожной отрасли такие комбинированные возможности необходимы, например, для представления комплексных проектов автомобильных дорог на плане местности, когда в мелком масштабе пользователь на экране компьютера видит общую схему сети дорог, а при постепенном увеличении появляются детальные чертежи автомобильных дорог.

В мире существует ряд фирм, которые разрабатывают только ГИС-продукты. Наиболее известными из них являются: ESRI (США) и MapInfo (Канада). Другие производители, такие, как AutoDesk (США) и Bentley Systems (США), разрабатывают на едином графическом ядре ( AutoCAD в Autodesk и Microstation в Bentley ) как САПР, так и ГИС.

Среди отечественных ГИС наиболее известными являются GeoGraph (ЦГИ ИГ РАН, Москва), КАРТА-2000 (КБ Панорама, Москва), GeoCAD (Геокад, Новосибирск).

Для дорожной отрасли комплексное решение САПР ( IndorCAD ) + ГИС ( IndorGIS ) разрабатывается фирмой «ИндорСофт. Инженерные сети и дороги» (Томск).

1.5. Проектирование автомобильных дорог на основе САПР АД

Рынок IT-технологий предлагает множество программных продуктов класса САПР, которые различаются между собой по комплексности, удобству интерфейса, соответствию сложившемся технологиям проектирования и пр. Выбор наиболее приемлемых программ для проектирования дорог целесообразно вести, в первую очередь, среди перечня сертифицированных программных средств.

С 1999 году, в соответствии с Распоряжением Госстроя РФ «О сертификации программных средств», всем организациям, выполняющим проектно-изыскательские работы для строительства, а также осуществляющим экспертизу проектов на строительство объектов различного назначения, рекомендовано использовать сертифицированные программные продукты. В этом же Распоряжении рекомендовано организациям – разработчикам программных средств (как отечественным, так и зарубежным) осуществлять сертификацию программной продукции на соответствие требованиям нормативных документов, действующих на территории РФ.

Ниже представлен обзор сертифицированных САПР автомобильных дорог, зарегистрированных в перечне фонда программных средств Гоcстроя РФ по состоянию на начало 2004 года .

САПР АД PLATEIA (в переводе с древнегреческого – дорога, путь) разрабатывается с начала 90-х годов словенской фирмой CGS. PLATEIA использует в качестве графического ядра AutoCAD и состоит из модулей: Местность, Оси, Продольный профиль, Поперечные сечения, Транспорт.

Модуль Местность ( Layout ) – набор инструментов для работы с ЦММ и картами. Модуль обладает средствами импорта данных из электронных геодезических тахеометров и из файлов различных форматов. На основе этих данных Layout генерирует трехмерную модель рельефа, которую можно импортировать в специализированные программы визуализации и в ГИС ( AutoCAD Map , Autodesk World ).

Модуль Ось ( Axes ) позволяет трассировать осевые линии проектируемой дороги. Трассирование выполняется с помощью прямых, круговых и переходных кривых. В модуле Axes хорошо развит блок контроля параметров проектируемой трассы в соответствии с заданной категорией дороги и расчетной скоростью движения.

Модуль Продольный профиль ( Longitudinal Sections ) включает инструменты формирования проектной линии, водоотводных канав и приближенного расчета объемов земляных масс. Расчет проектной линии осуществляется по методу тангенсов.

Рис. 1.1. Система Plateia в среде AutoCAD 2000

Модуль Поперечные сечения ( Cross Sections ) позволяет производить параметрическую отрисовку откосов, канав, растительного слоя, слоя подсыпки и др. Построение поперечников обеспечивает возможность точного расчета объемов всех элементов земляного полотна дороги.

Модуль Транспорт ( Traffic ) – это набор инструментов для проектирования пересечений, разметки дорожных знаков. Уникальная функция Динамическая траектория ( Dynamicle Vehicle Curves ) позволяет в интерактивном режиме анализировать траектории движения транспорта с учетом их габаритов и заносов на поворотах.

Российским дистрибьютором, осуществляющим распространение и поддержку программы PLATEIA , является компания «Прин».

Программа PYTHAGORAS была создана бельгийской фирмой ADW Software в 1992 году и названа в честь греческого математика и философа Пифагора, чья одноименная теорема положила начало базовым геодезическим принципам. PYTHAGORAS , в первую очередь, это программа для подготовки высококачественных чертежей на основе принципов координатной геометрии. Благодаря хорошо развитому пакету обработки данных геодезии PYTHAGORAS востребован при выполнении инженерно-геодезических работ, составлению топографических и кадастровых планов, а также в дорожном проектировании и ГИС-приложениях.

Рис. 1.2. Система PYTHAGORAS – общий вид

Программа имеет простой и дружественный интерфейс. Рабочая область программы разделена на три основные части: окно чертежа, в котором выполняются построения; главное меню, содержащее простые и комплексные процедуры; панель управления, на которой отображается необходимая для работы информация и набор кнопок для быстрого вызова чертежных и вычислительных функций.

PYTHAGORAS обладает открытой архитектурой. Эта открытость реализуется посредством создания макросов на языке программирования VBA ( Visual Basic for Application ).

К недостаткам программы можно отнести отсутствие возможности корректировать триангуляционные поверхности посредством структурных линий, что существенно снижает точность построения таких поверхностей.

Поддержку русскоязычной версии программы PYTHAGORAS осуществляет московская компания Прин .

САПР АД MXRoad является одним из модулей семейства продуктов MX от фирмы Infrasoft (США). Помимо MXRoad в состав модулей входит система проектирования железных дорог и их инфраструктуры ( MXRail ), система планировки земельных участков под застройку ( MXSite ), система проектирования модернизации и ремонта улиц и дорог ( MXRenew ) и редактор подготовки проектной документации ( MXDraw ).

В начале 90-х годов этот программный продукт, но под маркой английской компании MOSS , чьи технологии впоследствии были приобретены компанией Infrasoft , позиционировался на российском рынке. Но тогда он не получил широкого распространения как из-за высокой стоимости, так и из-за плохой адаптации к требованиям российских нормативных документов. Следует также отметить, что Infrasoft в 2003 г. вошла в состав компании Bentley Systems, одного из мировых лидеров в разработке программ класса САПР и ГИС.

Рис. 1.3. САПР MXRoad – элементы примыканий

В настоящее время программы серии MX полностью совместимы с MS Windows и способны работать с Windows либо как самостоятельные приложения, либо в среде наиболее популярных САПР AutoCAD и Micr о Station . MX в AutoCAD и MX в Micr о Station привносят новые возможности в 3D-моделирование, которые обеспечиваются за счет использования последних достижений объектно-ориентированной технологии. MX -модели, созданные в одной среде, могут быть открыты и использованы без какой-либо трансляции в другой среде.

Главной концепцией, которая лежит в основе продуктов MX , является моделирование стрингами (струнами). Струны – эта трехмерные ломаные линии, которые представляют собой модель проектируемого объекта. Каждая струна должна иметь свое наименование и быть связана с определенными характеристиками.

· ввод исходных данных и их анализ;

· проектирование дороги с помощью динамического 3D-трассирования;

· использование 3D-осевых линий для определения всех элементов проезжей части дороги и обочин;

· автоматический расчет виражей и приведение уклонов виража в соответствие с местными стандартами;

· автоматическое проектирование перекрестков;

· проектирование земляных работ;

· интерактивное изменение поперечных сечений;

· проектирование дорожных одежд;

· подсчет объемов дорожных работ;

· автоматическая подготовка чертежей и визуализация.

Подготовку русскоязычной версии системы MXRoad осуществлял Иркутский государственный университет, а поддержку и распространение этой программы обеспечивает компания EMT .

САПР АД CREDO развивается с 1989 г. в научно-производственном объединении (НПО) Кредо-Диалог (Минск). Изначально это был пакет программ по проектированию ремонта дорожных покрытий. Название этой системы проектирования сохранилась с тех времен по аббревиатуре слов: Капитальный РЕмонт Дорожных Одежд.

Руководителю НПО «Кредо-Диалог» Жуховицкому Г.Л. удалось создать сильный творческий коллектив специалистов дорожной отрасли из России, Украины, Белоруссии. Над разработкой системы работали и продолжают работать к.т.н. Величко Г. В. (генеральный конструктор), д.т.н. Филиппов В. В., к.т.н. Пигин А. Н.и др.

Рис. 1.4. САПР «Дороги» от НПО Кредо-Диалог

Система с самого начала была ориентирована на эксплуатацию в производственных условиях и получила широкое распространение ни только в дорожных проектных организациях, но и в организациях других отраслей, занимающихся проектированием линейно-протяженных объектов (нефтегазовая, электроэнергетическая), а также при проектировании генеральных планов в промышленном и гражданском строительстве.

В 1999 г. Кредо-Диалог приступила к разработке системы CREDO 3-го поколения под управлением ОС Windows . Однако на начало 2004 г. эта работа еще не была завершена. Ряд модулей системы, в том числе и по проектированию дорог, до сих пор существует лишь в DOS -версии, что в значительной мере ослабляет позиции этой системы на рынке программных средств.

Но вклад системы CREDO в проектирование дорог трудно переоценить, поскольку именно с этой системы во многих дорожных проектных организациях начался процесс комплексной автоматизации работ. А многие расчетные схемы и алгоритмы системы CREDO и сегодня оцениваются, как новаторские и взяты на вооружение другими разработчиками программных средств.

В состав системы CREDO 3-го поколения вошли 4 подсистемы (ТОПОПЛАН, ЛИНЕЙНЫЕ ИЗЫСКАНИЯ, ГЕНЕРАЛЬНЫЙ ПЛАН, ДОРОГИ) и ряд пакетов прикладных программ (проектирование индивидуальных знаков, расчет нежесткой дорожной одежды и др.).

САПР АД Robur разрабывается в научно-производственной фирме Топоматик (г. Санкт-Петербург). Реализованный на единой методологической основе, Robur обеспечивает решение комплекса дорожных задач от обработки материалов изысканий до выноса проекта в натуру.

Robur имеет три рабочих окна: План, Профиль и Поперечник (см. рис. 1.5), что позволяет вести проектирование трассы как пространственного объекта.

Данные в окнах взаимосвязаны. Редактирование в одном окне приводит к модификации данных в других окнах. Например, изменение продольного профиля оси трассы ведет к соответствующему вертикальному сдвигу поперечников.

Фактические и проектные данные в Robur представлены в виде поверхностей. Проект может содержать неограниченное количество поверхностей.

В Robur имеется обширный набор функций для работы с поверхностями:

· импорт материалов изысканий;

· редактирование съемочных точек;

· автоматизированное построение структурных линий;

· построение поверхности (триангуляция по Делоне);

· редактирование ребер поверхности.

Рис. 1.5. Система Robur в трехоконном режиме

Поверхности могут создаваться как встроенными средствами Robur , так и импортироваться из специализированных пакетов обработки материалов изысканий (например, Credo , Gip , Inroads и др.).

Ось трассы представляется в виде набора вершин горизонтальных углов поворота. В каждый угол могут быть вписаны круговая и две переходных кривых. Вершины углов, вместе с вписанными кривыми, можно перетаскивать мышью, что обеспечивает дополнительную гибкость при проектировании в стесненных условиях. Robur позволяет проектировать биклотоиды по тангенсам и подбирать параметры закругления по радиусу и биссектрисе.

Черные продольный и поперечные профили могут быть созданы как по цифровой модели рельефа, так и введены в табличной форме или импортированы из текстовых файлов.

Продольный профиль представляется в виде вершин вертикальных углов с вписанными в них вертикальными кривыми.

Robur позволяет автоматически создавать продольный профиль по руководящей отметке и шагу проектирования. Имеется исчерпывающий набор функций для редактирования профиля, что обеспечивает чрезвычайную гибкость и удобство проектирования, особенно на сложных участках.

Для проектирования дорог в условиях городской застройки Robur предоставляет специальный механизм создания продольного профиля путем перемещения поперечника, а также возможность автоматического создания пилообразного продольного профиля по водоотводным лоткам в условиях плоского рельефа.

Верх покрытия и конструкция дорожной одежды представлены в виде шаблонов. Шаблон – это текстовый файл, создаваемый при помощи любого текстового редактора. Шаблон позволяет описать произвольную конфигурацию поперечного профиля (например, бортовые камни, дренаж и т.д.). Более того, замкнутые контуры внутри шаблона могут быть использованы для подсчета объемов работ. Таким образом, шаблон является универсальным способом представления верхней части дороги.

В базовый комплект Robur включены следующие шаблоны:

· для загородных дорог без разделительной полосы (II–V категории);

· для загородных дорог с разделительной полосой (I категория);

· для городских дорог с односкатным профилем;

· для городских дорог с двускатным профилем.

Проектирования виражей в Robur производится при помощи механизма, позволяющего выполнить отгон по произвольной схеме, задавая ширины полос и поперечные уклоны на характерных поперечниках. На промежуточных пикетах эти величины интерполируются.

Откосы в насыпи и в выемке могут иметь до четырех ступеней. Каждая ступень задается коэффициентом заложения откоса, высотой ступени и длиной полки.

Robur рассчитывает объемы и записывает их в текстовый файл, который может быть импортирован в любой табличный процессор (например, Excel) для создания ведомостей, а также использован в дальнейшем для автоматизированного составления смет.

САПР АД GIP является программным продуктом одного из ведущих дорожных проектных институтов – ОАО Гипродорнии и развивается с середины 70-х годов. Версия этой системы в DOS -варианте алгоритмически была хорошо проработана, но отражала в основном идеологию ручного проектирования дорог. Windows-версия системы GIP во многих аспектах отвечает современным концепциям автоматизированного проектирования (работа с ЦММ, алгоритмы оптимизации проектных процедур и пр.), но в то же время, в идеологии ее построения просматриваются атавизмы предыдущих DOS -версий системы.

GIP – это комплекс специализированных программ, при помощи которых можно производить основную часть работы по проектированию автомобильных дорог. Все программы комплекса используют общие типизированные структуры данных и единые алгоритмы. В процессе работы над проектом необходимые программы запускаются с помощью меню и подменю.

Все данные, используемые программами комплекса, хранятся в файлах с предопределенными именами. Каждый проект состоит из набора файлов, которые размещаются в отдельной папке, соответствующей проекту.

Если GIP установлен на компьютерах, объединенных в локальную сеть, то несколько проектировщиков могут работать над одним и тем же проектом, в результате чего сокращается время его разработки.

Рис. 1.6. Рабочее окно «Редактор генплана» системы GIP

Все рабочие параметры GIP (имя текущего проекта, размер и положение окон, элементы пользовательского интерфейса, имена рабочих папок и т.д.) хранятся в системном реестре. Это позволяет каждому пользователю при работе в ОС Windows создавать индивидуальную пользовательскую конфигурацию системы, т. е. проектировщик, запуская GIP на любом компьютере сети, будет иметь доступ только к своим проектам и будет изменять только свои настройки. Такой подход исключает взаимное влияние пользователей системы друг на друга и имеет первостепенное значение при установке GIP на компьютерах, объединенных в локальную сеть.

GIP работает с трехмерными структурами данных (за исключением некоторых характерных плоских кривых). Плоское изображение на экране является лишь проекцией линий, образующих трехмерные поверхности или сечения этих поверхностей плоскостями.

GIP поддерживает многовариантное проектирование и имеет ряд функций для создания, выбора и удаления вариантов. Создавать варианты можно двумя способами:

· используя механизм наследования данных;

· в любой момент работы над проектом.

Большинство структур данных GIP стандартизировано, что облегчает работу с ними и обеспечивает дополнительную гибкость при применении нетиповых (не предусмотренных изначально) проектных решений. По существу, GIP имеет ряд стандартных элементов данных и инструментов для работы с ними (редакторов). Ознакомившись с возможностями программного комплекса, Вы сможете самостоятельно, используя стандартные элементы и редакторы, расширить границы применения GIP для решения индивидуальных задач.

Программы комплекса объединены в блоки, каждый из которых решает одну из основных задач проектирования автомобильных дорог. Ниже приведен перечень этих блоков.

Менеджер проектов – программный блок, обеспечивающий создание, выбор и удаление проектов и вариантов, конфигурирование системы и запуск других программ комплекса.

Редактор исходных данных – программный блок, обеспечивающий редактирование любых таблиц GIP , хранящихся в dbf-файлах.

Редактор поверхностей – программный блок, обеспечивающий создание и редактирование ЦММ и других элементов, представляющих собою поверхности. Основные функции блока – триангуляция между заданными точками поверхности с учетом структурных линий и назначение семантических кодов элементам поверхности.

Редактор плана трассы – программный блок, обеспечивающий проектирование горизонтального проложения оси трассы и вписывание горизонтальных кривых.

Формирование черных профилей – программный блок, обеспечивающий создание черных продольных и поперечных профилей на основании ММП местности и плана трассы.

Редактор продольного профиля – программный блок, обеспечивающий автоматическое проектирование продольного профиля трассы и возможность корректировки профиля вручную.

Редактор параметров верха земляного полотна – программный блок, обеспечивающий назначение параметров верха земляного полотна (ширин и уклонов проезжей части, обочин и разделительной полосы) и последующее автоматическое создание верха земляного полотна.

Редактор откосов и кюветов – программный блок, обеспечивающий проектирование поперечных профилей земляного полотна (откосов, кюветов).

Проектная поверхность и объемы земляных работ – программный блок, обеспечивающий создание проектной поверхности земляного полотна, вычерчивание проектных поперечников и расчет объемов земляных работ.

Редактор генерального плана – программный блок, обеспечивающий редактирование ситуации и сборку генерального плана объектов проектирования.

САПР АД IndorCAD/Road развивается с начала 90-х годов. До 2003 г. система разрабатывалась в Инженерном дорожном центре «Индор» (г. Томск) и называлась ReCAD (по аббревиатуре слов РеКонструкция Автомобильных Дорог). На начальном этапе развития система ReCAD представляла собой исследовательскую систему, на которой отрабатывались новые подходы и алгоритмы автоматизированного проектирования автомобильных дорог.

В 2001 г. была завершена разработка системы ReCAD 3-го поколения под управлением ОС Windows , которая была анонсирована и сертифицирована как программный продукт для массового применения. С этого времени система ReCAD широко применяется в производственной практике в России и в странах СНГ.

Источник: seniga.ru

Системы автоматизированного проектирования (САПР)

Система автоматизированного проектирования (САПР) — это организационно-техническая система, состоящая из совокупности комплекса средств автоматизации проектирования и коллектива специалистов подразделений проектной организации, выполняющая автоматизированное проектирование объекта, которое является результатом деятельности проектной организации.

Введение в САПР

Автоматизация проектирования занимает особое место среди информационных технологий. Во первых, автоматизация проектирования — синтетическая дисциплина, ее составными частями являются многие другие современные информационные технологии. Так, техническое обеспечение систем автоматизированного проектирования (САПР) основано на использовании вычислительных сетей и телекоммуникационных технологий, в САПР используются персональные компьютеры и рабочие станции.

Математическое обеспечение САПР отличается богатством и разнообразием используемых методов вычислительной математики, статистики, математического программирования, дискретной математики, искусственного интеллекта. Программные комплексы САПР относятся к числу наиболее сложных современных программных систем, основанных на операционных системах Unix, Windows 95/NT, языках программирования. С, С++, Java и других, современных CASE технологиях, реляционных и объектно-ориентированных системах управления базами данных (СУБД), стандартах открытых систем и обмена данными в компьютерных средах.

Во вторых, знание основ автоматизации проектирования и умение работать со средствами САПР требуется практически любому инженеру разработчику. Компьютерами насыщены проектные подразделения, конструкторские бюро и офисы. Работа конструктора за обычным кульманом, расчеты с помощью логарифмической линейки или оформление отчета на пишущей машинке стали анахронизмом.

Предприятия, ведущие разработки без САПР или лишь с малой степенью их использования, оказываются неконкурентоспособными как из за больших материальных и временных затрат на проектирование, так и из за невысокого качества проектов. Появление первых программ для автоматизации проектирования за рубежом и в СССР относится к началу 60 х гг. Тогда были созданы программы для решения задач строительной механики, анализа электронных схем, проектирования печатных плат.

Дальнейшее развитие САПР шло по пути создания аппаратных и программных средств машинной графики, повышения вычислительной эффективности программ моделирования и анализа, расширения областей применения САПР, упрощения пользовательского интерфейса, внедрения в САПР элементов искусственного интеллекта.

К настоящему времени создано большое число программно методических комплексов для САПР с различными степенью специализации и прикладной ориентацией. В результате автоматизация проектирования стала необходимой составной частью подготовки инженеров разных специальностей; инженер, не владеющий знаниями и не умеющий работать в САПР, не может считаться полноценным специалистом.

Подготовка инженеров разных специальностей в области САПР включает базовую и специальную компоненты. Наиболее общие положения, модели и методики автоматизированного проектирования входят в программу курса, посвященного основам САПР, более детальное изучение тех методов и программ, которые специфичны для конкретных специальностей, предусматривается в профильных дисциплинах.

Основные принципы построения САПР

Разработка САПР представляет собой крупную научно-техническую проблему, а ее внедрение требует значительных капиталовложений. Накопленный опыт позволяет выделить следующие основные принципы построения САПР.

1. САПР — человеко-машинная система. Все созданные и создаваемые системы проектирования с помощью ЭВМ являются автоматизированными, важную роль в них играет человек — инженер, разрабатывающий проект технического средства.

В настоящее время и по крайней мере в ближайшие годы создание систем автоматического проектирования не предвидится, и ничто не угрожает монополии человека при принятии узловых решении в процессе проектирования. Человек в САПР должен решать, во-первых, все задачи, которые не формализованы, во-вторых, задачи, решение которых человек осуществляет на основе своих эвристических способностей более эффективно, чем современная ЭВМ на основе своих вычислительных возможностей. Тесное взаимодействие человека и ЭВМ в процессе проектирования — один из принципов построения и эксплуатации САПР.

2. САПР — иерархическая система, реализующая комплексный подход к автоматизации всех уровней проектирования. Иерархия уровней проектирования отражается в структуре специального программного обеспечения САПР в виде иерархии подсистем.

Следует особо подчеркнуть целесообразность обеспечения комплексного характера САПР, так как автоматизация проектирования лишь на одном из уровней оказывается значительно менее эффективной, чем полная автоматизация всех уровней. Иерархическое построение относится не только к специальному программному обеспечению, но и к техническим средствам САПР, разделяемых на центральный вычислительный комплекс и авто­матизированные рабочие места проектировщиков.

3. САПР — совокупность информационно-согласованных подсистем. 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 последовательностей задач проектирования обслуживаются информационно согласованными программами. Две программы являются информа­ционно согласованными, если все те данные, которые представляют собой объект переработки в обеих программах, входят в числовые массивы, не требующие изменений при переходе от одной программы к другой.

Так, информационные связи могут проявляться в том, что результаты решения одной задачи будут исходными данными для другой задачи. Если для согласования программ требуется существенная переработка общего массива с участием человека, который добавляет недостающие параметры, вручную перекомпоновывает массив или изменяет числовые значения отдельных параметров, то программы информационно не согласованы. Ручная перекомпоновка массива ведет к существенным временным задержкам, росту числа ошибок и поэтому уменьшает спрос на услуги САПР. Информационная несогласованность превращает САПР в совокупность автономных программ, при этом из-за неучета в подсистемах многих факторов, оцениваемых в других подсистемах, 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, и экономи­чески выгодно вводить в эксплуатацию части системы по мере их готовности.

Введенный в эксплуатацию базовый вариант системы в дальнейшем расширяется. Во-вторых, постоянный прогресс техники, проектируемых объектов, вычислительной техники и вычислительной 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 использования новых методов и средств.

5. САПР — специализированная система с максимальным использованием унифицированных модулей. Требования высокой эффективности и универсальности, как правило, противоречивы. Применительно к САПР это положение сохраняет свою силу.

Высокой эффективности САПР, выражаемой прежде всего малыми временными и материальными затратами при решении проектных задач, добиваются за счет специализации систем. Очевидно, что при этом растет число различных САПР. Чтобы снизить расходы на разработку многих специализированных САПР, целесообразно строить их на основе макси­мального использования унифицированных составных частей. Необходимым условием унификации является поиск общих черт и положений в моделировании, анализе и синтезе разнородных технических объектов. Безусловно, может быть сформулирован и ряд других принципов, что подчеркивает многосторонность и сложность проблемы САПР.

Системный подход к проектированию

Основные идеи и принципы проектирования сложных систем выражены в системном подходе. Для специалиста в области системотехники они являются очевидными и естественными, однако, их соблюдение и реализация зачастую сопряжены с определенными трудностями, обусловливаемыми особенностями проектирования. Как и большинство взрослых образованных людей, правильно использующих родной язык без привлечения правил грамматики, инженеры используют системный подход без обращения к пособиям по системному анализу. Однако интуитивный подход без применения правил системного анализа может оказаться недостаточным для решения все более усложняющихся задач инженерной деятельности.

Основной общий принцип системного подхода заключается в рассмотрении частей явления или сложной системы с учетом их взаимодействия. Системный подход выявляет структуру системы ее внутренние и внешние связи.

Системы автоматизированного проектирования и управления относятся к числу наиболее сложных современных искусственных систем. Их проектирование и сопровождение невозможны без системного подхода. Поэтому идеи и положения системотехники входят составной частью в дисциплины, посвященные изучению современных автоматизированных систем и технологий их применения.

Структура САПР

Как и любая сложная система, САПР состоит из подсистем. Различают подсистемы проектирующие и обслуживающие.

Проектирующие подсистемы непосредственно выполняют проектные процедуры. Примерами проектирующих подсистем могут служить подсистемы геометрического трехмерного моделирования механических объектов, изготовления конструкторской документации, схемотехнического анализа, трассировки соединений в печатных платах.

Обслуживающие подсистемы обеспечивают функционирование проектирующих подсистем, их совокупность часто называют системной средой (или оболочкой) САПР. Типичными обслуживающими подсистемами являются подсистемы управления проектными данными, подсистемы разработки и сопровождения программного обеспечения CASE (Computer Aided Software Engineering), обучающие подсистемы для освоения пользователями технологий, реализованных в САПР.

Виды обеспечения САПР

Структурирование САПР по различным аспектам обусловливает появление видов обеспечения САПР. Принято выделять семь видов обеспечения САПР:

• техническое (ТО), включающее различные аппаратные средства (ЭВМ, периферийные устройства, сетевое коммутационное оборудование, линии связи, измерительные средства);
• математическое (МО), объединяющее математические методы, модели и алгоритмы для выполнения проектирования;
• программное (ПО), представляемое компьютерными программами САПР;
• информационное (ИО), состоящее из базы данных, СУБД, а также включающее другие данные, которые используются при проектировании; отметим, что вся совокупность используемых при проектировании данных называется информационным фондом САПР, база данных вместе с СУБД носит название банка данных;
• лингвистическое (ЛО), выражаемое языками общения между проектировщиками и ЭВМ, языками программирования и языками обмена данными между техническими средствами САПР;
• методическое (МетО), включающее различные методики проектирования; иногда к нему относят также математическое обеспечение;
• организационное (ОО), представляемое штатными расписаниями, должностными инструкциями и другими документами, которые регламентируют работу проектного предприятия.

Разновидности САПР

Классификацию САПР осуществляют по ряду признаков, например по приложению, целевому назначению, масштабам (комплексности решаемых задач), характеру базовой подсистемы — ядра САПР.

По приложениям наиболее представительными и широко используемыми являются следующие группы САПР:

• САПР для применения в отраслях общего машиностроения. Их часто называют машиностроительными САПР или системами MCAD (Mechanical CAD);
• САПР для радиоэлектроники: системы ECAD (Electronic CAD) или EDA (Electronic Design Automation);
• САПР в области архитектуры и строительства.

Кроме того, известно большое число специализированных САПР, или выделяемых в указанных группах, или представляющих самостоятельную ветвь классификации. Примерами таких систем являются САПР больших интегральных схем (БИС); САПР летательных аппаратов; САПР электрических машин и т. п.

По целевому назначению различают САПР или подсистемы САПР, обеспечивающие разные аспекты (страты) проектирования. Так, в составе MCAD появляются рассмотренные выше CAE/CAD/CAM-системы.

По масштабам различают отдельные программно-методические комплексы (ПМК) САПР, например: комплекс анализа прочности механических изделий в соответствии с методом конечных элементов (МКЭ) или комплекс анализа электронных схем; системы ПМК; системы с уникальными архитектурами не только программного (software), но и технического (hardware) обеспечений.

По характеру базовой подсистемы различают следующие разновидности САПР:

1. САПР на базе подсистемы машинной графики и геометрического моделирования. Эти САПР ориентированы на приложения, где основной процедурой проектирования является конструирование, т. е. определение пространственных форм и взаимного расположения объектов. К этой группе систем относится большинство САПР в области машиностроения, построенных на базе графических ядер.

В настоящее время широко используют унифицированные графические ядра, применяемые более чем в одной САПР (ядра Parasolid фирмы EDS Urographies и ACIS фирмы Intergraph).

2. САПР на базе СУБД. Они ориентированы на приложения, в которых при сравнительно несложных математических расчетах перерабатывается большой объем данных. Такие САПР преимущественно встречаются в технико-экономических приложениях, например при проектировании бизнес-планов, но они имеются также при проектировании объектов, подобных щитам управления в системах автоматики.

3. САПР на базе конкретного прикладного пакета. Фактически это автономно используемые ПМК, например имитационного моделирования производственных процессов, расчета прочности по МКЭ, синтеза и анализа систем автоматического управления и т. п. Часто такие САПР относятся к системам САЕ. Примерами могут служить программы логического проектирования на базе языка VHDL, математические пакеты типа MathCAD.

4. Комплексные (интегрированные) САПР, состоящие из совокупности подсистем предыдущих видов. Характерными примерами комплексных САПР являются CAE/CAD/CAM-системы в машиностроении или САПР БИС. Так, САПР БИС включает в себя СУБД и подсистемы проектирования компонентов, принципиальных, логических и функциональных схем, топологии кристаллов, тестов для проверки годности изделий. Для управления столь сложными системами применяют специализированные системные среды.

Техническое обеспечение САПР

С точки зрения системной модели САПР, техническое обеспечение представляет собой самый нижний уровень, в который “погружается” и реализуется операционно-программное и другие виды обеспечений САПР.

Задача проектирования технического обеспечения, таким образом, может быть сформулирована как задача оптимального выбора состава технических средств САПР. Исходной информацией при этом являются результаты анализа задач внутреннего проектирования и ресурсные требования к техническим средствам в виде критериев и ограничений.

Основные требования к техническим средствам САПР состоят в следующем:

• эффективность;
• универсальность;
• совместимость;
• надежность.

Технические средства (ТС) в САПР решают задачи:

• ввода исходных данных описания объекта проектирования;
• отображения введенной информации с целью ее контроля и редактирования;
• преобразования информации (изменения формы и структуры представления данных, перекодировки и др.);
• хранения информации;
• отображения итоговых и промежуточных результатов решения;
• оперативного общения проектировщика с системой в процессе решения задач.

Для решения этих задач ТС должны содержать:

• процессоры,
• оперативную память,
• внешние запоминающие устройства,
• устройства ввода- вывода информации,
• технические средства машинной графики,
• устройства оперативного общения человека с ЭВМ,
• устройства, обеспечивающие связь ЭВМ с удаленными терминалами и другими машинами.

При необходимости создания непосредственной связи САПР с производственным оборудованием в состав ТС должны быть включены устройства, преобразующие результаты проектирования в сигналы управления станками.

ТС САПР могут одно- и многоуровневыми.

ТС, в состав которых входит одна ЭВМ, оснащенная широким набором периферийного оборудования, носят название одноуровневых. Они широко применяются при проектировании изделий общепромышленного применения с установившейся конструкцией, имеющих узкоспециализированные математические модели и фиксированную последовательность этапов проектно- технологических работ.

Развитие САПР предполагает расширение набора терминальных устройств, представление каждому проектировщику возможности взаимодействия с ЭВМ, обработку технической информации непосредственно на рабочих местах. С этой целью терминальные устройства снабжаются мини — и микроЭВМ, имеющими специальное математическое обеспечение интеллектуальные терминалы. Они соединяются с ЭВМ высокой производительностью с помощью специальных или обычных телефонных каналов.

Для использования информации отдельных ЭВМ распределенных на относительно большой территории особый эффект дает применение вычислительных сетей.

Источник: wiki.mvtom.ru