Методы автоматизации строительного проектирования

Казаков А. Методы автоматизации строительного проектирования Технологии строительства 2003 №5 C. 126-128


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



Проектирование сложных объектов и решение основных задач проектирования невозможно сегодня без систем автоматизированного проектирования (САПР), систем управления базами данных (СУБД) и систем управления данными о проекте (РОМ). Функциональность таких систем стремительно расширяется. Однако не менее важным фактором, определяющим успешное решение задачи проектирования, является использование соответствующих методологий, позволяющих отслеживать причинно-следственные связи, использовать накопленные ранее знания, порождать и хранить новые.

Реализация современных требований сокращения сроков и стоимости проектирования, повторного использования накопленной информации при проектировании новых зданий и сооружений, обеспечения необходимой информационной поддержки проекта на протяжении всего его жизненного цикла невозможна без применения специальных методологий проектирования. Такие методологии должны учитывать, что на разных этапах жизненного цикла требуются разные представления данных о проекте, и при этом значительную актуальность приобретает требование соблюдения целостности данных (например, в части сохранения причинно-следственных связей).

Современные тяжелые системы автоматизированного проектирования уже давно не являются только системами трехмерного черчения. Они включают в себя развитые средства накопления и использования знаний, проектирования в контексте, параллельного проектирования, разделения по стадиям, подсистемам и ролям и т.д. Соблюдение методологий проектирования частично осуществляется стандартной функциональностью систем за счет реализации организационных мер, позволяющих не только поддерживать новые функции, но и методологические решения в целом. Для автоматизации этих возможностей требуется соответствующая информационная поддержка со стороны PDM, VPDM (Virtual Product Data Management), CPD (Collaborative Product Development), CPC (Collaborative Product Commerce) и т.п., а сегодня позиционируемых как системы cPDm (collaborative Product Definition management).

Таким образом, складывается ситуация, когда нельзя говорить о качественном решении вопроса автоматизации процесса проектирования в строительстве без учета современных компьютерных технологий и методологии организации данного процесса.

В настоящее время пока еще не существует систем, которые в полной мере реализуют концепцию cPDm. Границы между CPD, CPC, VPDM, а также В«классическимВ» PDM размыты по своей природе: не существует абсолютных критериев определения принадлежности системы к какому-то специфическому классу. Многие производители относят свою систему к нужному им классу только потому, что в нее включены соответствующие функции. Если использовать подобные В«мягкиеВ» критерии, то почти все современные PDM-системы можно позиционировать как cPDm.

Современные проекты обычно характеризуются жесткими ограничениями по времени, средствам, выделяемым на их выполнение, качеству к выдаваемой проектной документации. Для выполнения таких проектов требуется PLM-решение, позволяющее управлять хранением информации и доступом к ней, составом и структурой проекта; поддерживать логические связи и ассоциативности; обеспечивать многофункциональную среду проектирования, предполагающую быстрый, легкий и надежный обмен проектными данными. Кроме того, в таком решении должен быть обеспечен открытый интерфейс к самой системе, а также в другие РОМ.

Модели сложных проектов с длительным жизненным циклом должны содержать описание всех стадий и состояний этого цикла, а также предусматривать несколько различных способов визуализации. Носитель информации о компоненте содержит множество различных типов элементов данных, а проекты имеют как минимум два различных вида конфигураций: конфигурацию состава (или В«КомплектацияВ») и конфигурацию состояния. Проектные данные должны управляться не только параметрами, но и DTs (управляющие таблицы), Rules (правила), Checks (проверки) и т.д. Проектные данные имеют В«поведенческиеВ» элементы описания (Behavior features), требуя контроля средствами RDM и характеризуясь высокой вариантностью (В«как задуманоВ», В«как спроектированоВ», В«как изготовленоВ», В«как существует при эксплуатацииВ»).

Методология Relational Generative Design (RGD) пока еще не имеет устоявшегося терминологического аналога в русском языке, но именно она наиболее полно реализует концепцию cPDm. Ее можно определить как В«Параллельное разделенное по стадиям проектирование с использованием и накоплением знанийВ». RGD — одно из решений, составляющих основу современного автоматизированного проектирования. Перечислим основные принципы методологии RGD.

• Процесс проектирования разделяется на стадии.

• Каждой стадии соответствуют специализации пользователей по ролям, представлениям данных, видам моделей, правам доступа.

• Переход к следующей стадии модели наследуют только те данные, которые необходимы для работы на этой стадии.

• Ограничение по ролям обеспечивает для каждого пользователя ролевой группы видимость только тех данных предыдущих стадий, которые специально определены как необходимые на текущей стадии.

• Сохраняется ассоциативная ссылочность на данные предыдущих стадий проектирования.

Таким образом, обеспечивается возможность отслеживания любых изменений, выполненных на предыдущих стадиях, конфиденциальность информации и возможность работы с максимально облегченным представлением моделей на каждой стадии. При этом гарантируется целостность проекта в целом — все причинно-следственные связи отслеживаются по ссылкам. Общая схема методологии RGD приведена на рисунке

Разделение на стадии зависит от специфики конкретной прикладной области или от специфики проектной организации. Рассмотрим общий пример деления на стадии:

• инженерного моделирования (Engineering Design, ED);

• геометрического моделирования (Shape Definition, 5D);

• определения детали как компонента сборки (Part Definition, PD);

• определения системно-функциональной сборки (Functional DMU Definition);

• определения технологической сборки (Manufacturing DMU Definition).

Сегодня многие проектные организации предпочитают осуществлять внедрение средств автоматизации компьютерного проектирования лишь для решения некоторых, особо сложных задач, хотя разумно было бы реализовать выигрышную во многих отношениях комплексную автоматизацию по всем этапам решения задач проектирования.

Первый путь — комплексное решение задач проектирования на базе одной программной системы, увязывающей в одно целое подсистемы CAD 2D (системы автоматизированного проектирования двухмерных объектов), CAD 3D (системы автоматизированного проектирования трехмерных объектов), расчетные программы и интегрируя с В«материнскойВ» системой автоматизированного проектирования остальные модули на уровне разработчиков. Проектное решение создается в единой интегрированной системе по цепочке 30-модель — расчетные программы — чертежная документация. При этом возможен альтернативный вариант проектирования: чертежная документация — 30-модель — и т.д. Результат — единый проект, в котором хранится вся информация об объекте проектирования и его возведении. В любой момент можно изменить какие-либо параметры проекта с обновлением всех необходимых данных остальных подсистем.

Второй подход упрощенно сводится к следующему: для 30-моделирования и 20-моделирования используется мощная система моделирования (обычно от зарубежного производителя), для выполнения необходимых расчетов - как российские, так и зарубежные системы. В этом случае для получения чертежей создаются 2D-проекции, которые экспортируются из системы моделирования в стандартном формате, скажем, DXF. Затем эти данные импортируются в 20-систему, не связанную с системой моделирования, где на основе этих проекций оформляется чертежная документация. Для расчетных программ данные также экспортируются в промежуточный формат (например, IGES), а затем импортируются в расчетные системы, где дополняются информацией по особенностям конструкции.

Как правило, второй путь ведет к созданию среды, которая весьма трудоемка для пользователя. Помимо того, что данные оторваны друг от друга и их совместная модификация приводит к большим сложностям, все программы построены на различных пользовательских интерфейсах, что усложняет освоение и работу. В ряде случаев могут возникнуть проблемы при передаче данных, поскольку экспорт и импорт через промежуточные форматы не всегда может гарантировать адекватность. Кроме того, учитывая интерактивность процесса проектирования, время на внесение изменений при множестве систем и форматов растет почти экспоненциально. Данный подход возникает из реальной предыстории организации, либо в результате спонтанных приобретений проектного института новых систем.

В определенной мере развитие САПР во всем мире направлено на интеграцию программных продуктов в единую программную платформу, а не на комбинацию различных систем. Именно поэтому все В«тяжелыеВ» системы (Unigraphics, Pro/Engineer, Catia) предлагают интегрированные решения в рамках единой программной платформы.

Программная платформа, обеспечивающая комплексное решение задач строительного проектирования, должна отвечать следующим ключевым свойствам:

• параметризация, как на уровне 30-модели, так и при подготовке чертежной и технологической документации;

• развиваемое геометрическое ядро 30-моделирования;

• инструментарий для адаптации и создания приложений;

• интегрированные расчетные модули;

• поддержка DLTD-технологий (Digital Logistics Technical Data).

Однако в настоящее время не существует ни одной подобной платформы, способной комплексно решить задачи строительного проектирования с получением всей необходимой графической и информационной документации.

Параметризация. В настоящее время среди средств трехмерного твердотельного моделирования практически нет систем, которые не обладали бы параметрическими возможностями. Обычно параметризация реализуется на уровне библиотечного элемента для трехмерной операции и значений атрибутов операций (параметризуемых величин элемента), а в системах подготовки чертежей использование параметризации сильно ограничено. Большинство доступных систем не позволяют получать параметрические чертежи любой сложности, включая сборочные; в лучшем случае системы оснащаются параметрическими библиотеками стандартных элементов. На создание же собственных библиотечных элементов в таких системах уходит, как правило, значительный период времени.

В таких системах, как SolidWorks, Solid Edge, Autodesk Mechanical Desktop, Inventor, используется параметрическая подсистема компании D-CUBED, построенная на параметризации по размерам. Эта подсистема ориентирована, прежде всего, на построение эскизов для трехмерных операций.

В программном пакете ArchiCAD используется геометрическая параметризация. На основе внутреннего языка программирования GDL параметризуются все элементы: линии, геометрические параметры, тексты, атрибуты элементов. При этом параметры могут быть связаны любыми взаимоотношениями. Если же пользователю нет необходимости использовать параметризацию, то можно работать так же, как и в других системах черчения, например в AutoCAD. В трехмерном моделировании параметризация эффективно служит для построения эскизов и изменения любых атрибутов трехмерных операций. Кроме того, при пересчете измененных моделей часто возникают проблемы восстановления цепочек операций (для идентификации исходных элементов). Это касается отдельных деталей, сборочных конструкций, которые имеют склонность В«рассыпатьсяВ», и чертежей, полученных на основе трехмерных моделей.

3D-моделирование. Популярность Unigraphics, SolidWorks и Solid Edge позволяет говорить о лидерстве в этой области ядра Parasolid компании UGS. Программные пакеты, разработанные на платформе Parasolid, позволяют быстро и точно реализовывать математические операции любой сложности, поддерживать многопроцессорную обработку, моделировать 3D-объекты любой геометрии. Пользователи получили возможность работать в полнофункциональной САПР и напрямую обмениваться геометрическими данными с другими системами через модуль, позволяющий по моделям в формате Parasolid оформлять технические чертежи. Работа с единой структурой данных при моделировании отдельных объектов и сборочных конструкций исключает непродуктивные потери времени разработчиков, в частности при параллельной работ&