- •Г.Г. Кашеварова
- •ОСНОВЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
- •Кашеварова, Г.Г.
- •1. Проектирование объектов строительства
- •2. Проектная документация
- •3. Проектирование как объект автоматизации. Распределение функций между ЭВМ и проектировщиком
- •2. Иерархичность и декомпозиция описания объектов проектирования
- •3. Многоэтапность и итерационность процесса проектирования
- •Контрольные вопросы
- •1. Этапы развития САПР
- •1. Основные принципы построения САПР
- •3. Информационное обеспечение САПР
- •6. Методическое обеспечение
- •7. Организационное обеспечение
- •Контрольные вопросы
- •4. Устройства подготовки данных и архива проектных решений
- •Контрольные вопросы
- •1. Требования к ИВС
- •2. Классификация ИВС
- •1. Кабельная система (топология локальных сетей)
- •Контрольные вопросы
- •1. О необходимости применения в строительном проектировании Internet-технологий
- •2. Общая характеристика и интеграция глобальных компьютерных сетей
- •1. IP-адрес компьютера
- •1. Электронная почта E-mail
- •Контрольные вопросы
- •Контрольные вопросы
- •Таблица А "Сотрудники"
- •Таблица А "Поставщики"
- •3. Информационные системы
- •Контрольные вопросы
- •Контрольные вопросы
- •1. Схематизация геометрической формы проектируемого объекта, назначение граничных условий
- •Контрольные вопросы
- •1. Системы архитектурного проектирования
- •2. Системы конструкторского проектирования
- •3. Системы проектирования инженерного оборудования
- •5. Универсальный конечно-элементный программный комплекс ANSYS
- •Контрольные вопросы
- •2. Этап дискретизации модели
- •4. Этап анализа (оценки) результатов компьютерного моделирования
- •Контрольные вопросы
- •1. Технологическая линия проектирования МАЭСТРО
- •AutoCAD
- •Генплан, транспорт, геоинженерия
- •Контрольные вопросы
Федеральное аген тство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Пермский государственный технический университет»
Г.Г. Кашеварова
ОСНОВЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Утверждено Редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия
Издательство Пермского государственного технического университета
2007
УДК 658.512.22.011.56 +624.03:681.3 ББК 30.2-05я73 (38.2-5-05)
К31
Рецензенты:
д-р техн. наух, проф. А.М. Белостоцкий (Московский государственный технический университет);
д-р техн. наук, проф. Б.Н. Аликин (ОАО «Научный исследовательский институт
управляющих машин и систем»)
Кашеварова, Г.Г.
КЗ 1 Основы автоматизации проектирования в строительстве: курс лекций / Г.Г. Кашеварова. - Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2007.-300 с.
ISBN 978-5-88151-828-8
Представлен курс лекций по методологии и средствам автоматизированного проектирования объектов строительства, разработанный в соответствии с ти повой программой для специальности «Промышленное и гражданское строи тельство» и ее специализаций. Даются понятия об объекте, процессе, системе проектирования, структуре САПР. Приводятся основные сведения о комплексе средств автоматизации, современном состоянии и тенденциях развитии САПР в строительстве. Рассматриваются современные автоматизированные системы проектирования объектов строительства. Излагаются теоретические принципы современных технических расчетов строительных объектов, возможности и про блемы компьюгерного моделирования на основе метода конечных элементов.
Предназначено для студентов строительных специальностей технических вузов.
Издано в рамках приоритетного национального проекта «Образование» по программе Пермского государственного технического университета «Созда ние инновационной системы формирования профессиональных компетенций кадров и центра инновационного развития региона на базе многопрофильного технического университета».
УДК 658.512.22.011.56 +624.03:681.3 ББК 30.2-05я73 (38.2-5-05)
ISBN 978-5-88151-828-8 © ГОУ ВПО «Пермский государственный технический университет», 2007
ВВЕДЕНИЕ.................................................................................................................... |
|
ЛЕКЦИЯ 1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОБЪЕКТОВ СТРОИТЕЛЬСТВА |
|
И ПУТИ ЕГО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ........................................................ |
11 |
§1. Основные сведения о проектировании и автоматизации |
|
проектирования.................................................................................... |
12 |
7. Проектирование объектов строительства........................... |
12 |
2. Проектная документация........................................................... |
13 |
3. Проектирование как объект автоматизации. |
|
Распределение функций между ЭВМ и проектировщиком .. |
15 |
§2. Основные принципы системного подхода к изучению |
|
и проектированию строительных объектов и САПР................... |
17 |
7. Методология системного подхода |
|
в архитектурно-строительном проектировании............. |
18 |
2. Иерархичность и декомпозиция описания объектов |
|
проектирования............. |
21 |
3. Многоэтапность и итерационность процесса |
|
проектирования............................................................................... |
28 |
4. Типизация и унификация изделий (объектов) и средств |
|
проектирования............................................................................... |
30 |
ЛЕКЦИЯ 2. САПР ОБЪЕКТОВ СТРОИТЕЛЬСТВА. |
|
КОМПЛЕКС СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ САПР............................. |
33 |
§1. История САПР. Тенденции и перспективы развития.................. |
33 |
7. Этапы развития САПР |
33 |
2. Понятие о системах CAD/CAE/CAM/ PDM. |
|
Концепция комплексной автоматизации.................................. |
34 |
3. Автоматизированные системы в строительстве |
|
сегодня, тенденции и перспективы развития САПР............ |
36 |
§2. Принципы построения и состав САПР |
38 |
7. Основные принципы построения САПР..................................... |
38 |
2. Структура САПР.......................................................................... |
40 |
§3. Комплекс средств автоматизации..................................... |
^ |
1. Техническое обеспечение САПР.................... |
^ |
2. Системное программное обеспечение........ |
|
3. Информационное обеспечение САПР......... |
^ |
4. Лингвистическое обеспечение САПР................................ |
^ |
5. Математическое обеспечение САПР.................................. |
|
6. Методическое обеспечение........................... |
зд |
7. Организационное обеспечение............................................ |
|
8. Прикладное программное обеспечение.............................. |
^ j |
ЛЕКЦИЯ 3. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ САПР.................................. |
53 |
§1. Общие сведения об ЭВМ и вычислительных системах, |
|
используемых в САПР........................................ |
53 |
1. Общие сведения об ЭВМ как средстве автоматизации |
|
проектирования..................................................................... ........ |
53 |
2. Вычислительные системы САПР................. |
56 |
§2. Состав персонального компьютера................... |
58 |
1. Элементная база П К ........................................ |
58 |
2. Эксплуатационно-технические характеристики ЭВМ......... |
62 |
§3. Периферийные устройства ЭВМ ........................ |
64 |
1. Внешние запоминающие устройства (ВЗУ)............................. |
64 |
2. Устройства ввода информации................... |
66 |
3. Устройства вывода информации................ |
68 |
4. Устройства подготовки данных и архива проектных |
|
решений.............................................................................................. |
70 |
§4. Основные требования к техническому обеспечению САПР.... |
71 |
ЛЕКЦИЯ 4. СЕТИ ЭВМ КАК СПОСОБ ПЕРСОНАЛЬНО-КОЛЛЕКТИВНОГО |
|
ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СРЕДСТВ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ....................... |
75 |
§1. Общая характеристика информационно-вычислительных |
|
сетей....................................................................................................... |
75 |
1. Требования к ИВС............................................................................ |
78 |
2. Классификация ИВС........................................................................ |
78 |
§2. Физическая структура локальной вычислительной сети........... |
80 |
1. Кабельная система (топология локальных сетей) ................ |
80 |
2. Аппаратные средства локальных сетей.................................... |
84 |
§2. Логическая структура локальной вычислительной сети............. |
87 |
§1. Глобальные компьютерные сети, сеть Internet............................ |
93 |
|
7. |
О необходимости применения в строительном |
|
|
проектировании Internet -технологий........................................ |
93 |
2. |
Общая характеристика и интеграция глобальных |
|
|
компьютерных сетей.................................................................... |
95 |
3. Краткая история создания Internet........................................... |
97 |
|
4. Функционирование сети Internet............................................. |
100 |
|
§2. Аппаратные и программные средства доступа в Internet........ |
102 |
|
§3. Адресация в Internet.......................................................................... |
105 |
|
7. IP - адрес компьютера.............................................................. |
105 |
|
2. Доменные адреса......................................................................... |
106 |
|
3. Адреса местонахождения информационных ресурсов |
|
|
|
(URL-adpeca).................................................................................. |
108 |
§4. Информационные услуг и (ресурсы) сети Internet...................... |
108 |
|
7. Электронная почта E-mail....................................................... |
109 |
|
2. Группы новостей (UseNet)......................................................... |
110 |
|
3. Файловая система FTP |
111 |
|
4. |
Сервис WWW(World Wide Web) - Всемирная паутина.... |
112 |
5. Другие службы Internet.............................................................. |
113 |
|
6. Поиск информации в Internet..................................................... |
114 |
|
ЛЕКЦИЯ 6. СИСТЕМНОЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ. |
|
|
ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ.............................................................................. |
117 |
|
§1. Общие сведения об операционных системах.............................. |
117 |
|
7. Общие принципы организации структуры |
|
|
|
и функционирования операционных систем.......................... |
118 |
2. Файловая система....................................................................... |
120 |
|
§2. Операционная система MS DOS.................................................... |
122 |
|
§3. Операционная система Windows................................................... |
124 |
|
7. История создания ОС Windows................................................. |
124 |
|
2. |
Стандартный интерфейс и технологические |
|
|
принципы ОС Windows............................................................... |
129 |
§4. Основные характеристики операционной системы UNIX..... |
132 |
|
§5. Операционная система Linux.......................................................... |
133 |
|
§6. Операционная система Windows Vista......................................... |
134 |
§1. Базы данных................................................................................ |
....... |
137 |
1. Основные структуры данных................................................... |
|
138 |
2. Модели представления данных................................................. |
|
140 |
§2. Системы управления базами данных (СУБД).................. |
.......... |
150 |
1. История СУБД................................................................... |
•••....... |
150 |
2. Классификация СУБД........................................................ |
.......... |
151 |
§3. Основы автоматизированной обработки информации............. |
|
152 |
1. Логические выражения и логические операции.................... |
|
153 |
2. Сортировка информации, языки запросов, условия |
|
|
поиска (отбора записей) в БД.............................................. |
|
155 |
3. Информационные системы.................................................. |
|
158 |
ЛЕКЦИЯ 8. БАЗЫ ЗНАНИЙ И ЭКСПЕРТНЫЕ СИСТЕМЫ................................ |
|
159 |
§1. Общие сведения........................................................................... |
|
159 |
§2. Введение в искусственный интеллект............................................ |
|
160 |
1. Человеческое мышление и основные идеи, лежащие |
|
|
в основе систем ИИ............................................................ |
|
162 |
2. Модели представления знаний.................................................... |
|
164 |
§3. Экспертные системы......................................................................... |
|
167 |
1. Структура экспертной системы.............................................. |
|
168 |
2. Отличие экспертных систем от информационных |
|
|
систем............................................................................................. |
|
170 |
3. Инструментальные средства создания ЭС............................ |
|
170 |
4. Перспективы применения ЭС в САПР...................................... |
|
171 |
ЛЕКЦИЯ 9. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ САПР.................................. |
|
173 |
§1. Математическое моделирование в САПР..................................... |
|
173 |
1. Математические модели............................................................. |
|
173 |
2. Методы реализации математических моделей вСАПР...... |
178 |
|
3. Алгоритмы реализации методов расчета в САПР............... |
|
179 |
§2. Теоретические основы расчетов объектов строительства....... |
180 |
|
1. Составные части технического расчета................................ |
|
180 |
2. Предельные состояния строительных конструкций, |
|
|
зданий, оснований.......................................................................... |
|
183 |
§3. Формирование расчетной схемы строительного объекта....... |
185 |
L Схематизация геометрической формы проектируемого |
|
объекта, назначение граничных условий............................... |
186 |
2. Схематизация свойств материалов....................................... |
188 |
3. Схематизация нагрузок........................................................... |
197 |
4. Пример влияния выбора расчетной схемы сооружения |
|
на результаты расчета.............................................................. |
200 |
ЛЕКЦИЯ 10. ПРИКЛАДНОЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ. |
|
ПРОГРАММЫ МАШИННОЙ ГРАФИКИ............................... |
205 |
§1. Классификация программ для строительного |
|
проектирования................................................................................ |
205 |
§2. Система машинной графики AutoCAD........................................ |
207 |
1. Краткая история развития AutoCAD |
208 |
2. Общие принципы работы и подходы |
|
к конструированию в системе AutoCAD................................. |
210 |
§3. Программные продукты для промышленного |
|
и гражданского строительства....................................................... |
213 |
/. Системы архитектурного проектирования.......................... |
214 |
2. Системы конструкторского проектирования...................... |
218 |
3. Системы проектирования инженерного оборудования.... |
221 |
4. Программы организационно-технологического |
|
проектирования............................................................................. |
223 |
5. Программные комплексы решения задач изысканий, |
|
генплана, транспорта................................................................. |
225 |
6. Системы и программы управления проектами |
|
и документооборота................................................................... |
228 |
ЛЕКЦИЯ 11. ПРИКЛАДНОЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ. |
|
ПРОГРАММЫ АВТОМАТИЗАЦИИ РАСЧЕТОВ СТРОИТЕЛЬНЫХ |
|
ОБЪЕКТОВ............................................................................................................... |
231 |
§1. Программы автоматизации инженерных методов |
|
расчета, реализованных в СНиП.................................................... |
231 |
§2. Интегрированные системы прочностного анализа.................... |
234 |
1. Вычислительный комплекс JIupa-Windows.............................. |
237 |
2. Проектно-вычислительный комплекс Structure CAD |
|
для Windows (SCAD Office).......................................................... |
239 |
3. Комплекс по расчету и конструированию |
|
железобетонных монолитных зданий МОНОМАХ.............. |
242 |
4. Расчетные комплексы для конечно-элементного |
|
анализа грунтового основания................................................... |
244 |
5. Универсальный конечно-элементный программный |
|
комплекс ANSYS............................................................................. |
246 |
ЛЕКЦИЯ 12. ВОЗМОЖНОСТИ И ПРОБЛЕМЫ КОМПЬЮТЕРНОГО |
|
МОДЕЛИРОВАНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ.......................................... |
251 |
§1. Метод конечных элементов и практическая |
|
реализация МКЭ................................................................................ |
251 |
1. Основные понятия МКЭ.............................................................. |
251 |
2. Свойства конечных элементов................................................... |
252 |
3. Этапы практической реализации МКЭ.................................... |
256 |
§2. Некоторые проблемы компьютерного моделирования |
|
строительных объектов и возможные варианты |
|
их решения......................................................................................... |
257 |
1. Этап постановки задачи............................................................ |
257 |
2. Этап дискретизации модели...................................................... |
260 |
3. Этап численной реализации........................................................ |
267 |
4. Этап анализа (оценки) результатов компьютерного |
|
моделирования............................................................................... |
270 |
ЛЕКЦИЯ 13. КОМПЛЕКСНАЯ АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА |
|
ПРОЕКТИРОВАНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ....................................... |
279 |
§1. Интегрированные системы проектирования............................... |
281 |
1. Технологическая линия проектирования МАЭСТРО............. |
281 |
2. Программный комплекс Project StudioCS................................ |
284 |
3. Программный комтекс Allplan................................................. |
285 |
§2. Комплексные системы проектирования...................................... |
287 |
1. Комплексная система Autodesk Building Systems................... |
289 |
2. Комплексная система Autodesk Land Desktop (ALD)............ |
289 |
3. Примеры комплексирования программных средств на базе |
|
систем AutoCAD и ArchiCAD.................................................... |
290 |
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ..................................................................................... |
292 |
ВВЕДЕНИЕ
Дисциплина «Основы автоматизации проектирования в строи тельстве» является одной из ведущих дисциплин, формирующих системотехнический подход к процессу проектирования в целом и развивающих навыки проектирования в условиях современных информационных технологий. Постоянное увеличение объемов ин формации, которую необходимо учитывать при проектировании,
аследовательно, накапливать, хранить, защищать и своевременно предоставлять, связано с задачей внедрения в проектную деятель ность инноваций- информационных технологий и ЭВМ, много кратно повышающих интеллектуальные возможности инженеров,
асоответственно, создающих лучшие по своим свойствам объекты. Цель курса - подготовить студентов к профессиональной дея
тельности в области проектирования в условиях современной ин формационной технологии.
Для изучения курса требуется знание математики и общеинже нерных дисциплин в объеме, необходимом для технического уни верситета, и специальных дисциплин по архитектуре и строитель ным конструкциям. Предполагается, что студент знаком с архитек турой компьютеров в объеме предварительно изученного общего курса информатики, поэтому сведения об устройствах и типах ком пьютеров даются в краткой форме.
При изучении данного курса студенты знакомятся с наиболее общими инвариантными относительно приложений методами и сред ствами современного проектирования.
Современное проектирование является совмещенным и общение разработчиков и автоматизированных систем происходит через локальные, корпоративные или глобальные сети, поэтому здесь при водятся типичные структуры и основные принципы работы в сетях.
При проектировании все компоненты САПР функционируют во взаимодействии. Для пользователя аппаратные и программные сред ства (системное и прикладное программное обеспечение) выступают как единое целое, образуя инструмент проектирования.
Появление огромного количества разнообразных прикладных программ связано с широким внедрением методов математического моделирования и численных методов на основе ЭВМ в практику инженерных расчетов, и для того, чтобы грамотно работать с про граммными комплексами инженеры-пользователи САПР должны представлять возможности и особенности реализации методов, зало женных в прикладное программное обеспечение.
В настоящее время высшая школа готовит кадры специалистов - разработчиков САПР. Их задача - разработка новых или адаптация существующих средств САПР в различные отрасли промышленно сти, объединение средств АП в единые проектирующие системы. Однако мало создать высокоэффективные современные САПР, надо уметь их эффективно использовать. А для этого нужны инженерыпользователи САПР. Поэтому одна из задач высшей школы - подго товка инженеров, знающих и умеющих использовать средства авто матизированного проектирования.
Для достижения успеха инженер должен одинаково хорошо ориентироваться в следующих вопросах:
♦в самом объекте, процессе, системе проектирования;
♦в аппарате обработки и анализа входной и выходной инфор мации об объекте, процессе, системе и внешней среде;
♦в математическом моделировании, т.е. в искусстве постанов ки и формализации задачи, которое заключается в умении перевести техническое задание с языка проблемно-содержательного на язык математических моделей и схем и далее в специальное программное обеспечение;
♦в методах поиска оптимального решения;
♦в современном программном обеспечении систем автомати зированного проектирования (банках данных, базах знаний, систем ном и прикладном программном обеспечении);
♦в свободном владении средствами вычислительной техники. Характеристики компьютеров, сетевые технологии и про
граммное обеспечение постоянно изменяются, поэтому в качестве дополнительной литературы рекомендуется использовать учебные издания не более чем двух-трехлетней давности.
ЛЕКЦИЯ 1
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОБЪЕКТОВ СТРОИТЕЛЬСТВА
И ПУТИ ЕГО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ
Точное знание - не роскошь, а средство выживания в современном мире. Многие даже не подозревают, какуюуверенность, комфорт, а в конечном счете - эффективность вработе дает понимание, пусть даже на самом началь номуровне, принципов и структуры того, с чем выработаете.
Вся созидательная деятельность человека с древнейших времен до наших дней связана со строительством. В начале XX столетия, как и во все предшествующие времена, главную роль в строитель стве выполнял зодчий, который единолично и комплексно решал все вопросы от архитектурно-художественного замысла и проекти рования до организации, возведения и сдачи в эксплуатацию по строенного объекта.
Развитие общества и технический прогресс в строительстве и других отраслях народного хозяйства привели к значительному усложнению строительных сооружений, а соответственно, и к услож нению организационной, плановой, экономической деятельности предприятий и принятия управленческих решений. Реализация большинства научных идей и передовых технологий связана с раз работкой проектов, которые становятся первым материальным во площением научного и технического прогресса. А стремительное развитие и использование вычислительной техники (ВТ) выдвинули на первое место вопросы по созданию систем автоматизированно го проектирования (САПР) и других автоматизированных систем (АС) управления и производства.
При этом потребовалось новое инженерное перевооружение, освоение многих новых для строителей разделов математики и тех ники, теории систем, кибернетики, исследования операций.