Системна характеристика інженерних задач

Системний підхід до проектування

Автоматизація проектування займає особливе місце серед інформацієйних технологій.

По-перше, автоматизація проектування – синтетична дисципліна, її складовими є багато інших сучасних інформаційних технологій. Так, технічне забезпечення систем автоматизованого проектування (САПР) базується на використанні обчислювальних мереж і телекомунікаційних технологій, в САПР використовуються персональні комп’ютери та мобільні додатки, є приклади застосування мейнфреймів. Математичне забезпечення САПР відрізняється багатством і різномаїттям використовуваних методів обчислювальної математики. Статистики, математичного програмування, дискретної математики, штучного інтелекту. Програмні комплекси САПР відносяться до найбільш складних програмних систем, що базуються на операційних системах Unix, Windows, мовах програмування С, С++, Java та інших, сучасних CASE-технологіях, стандартах відкритих систем і обміну даними в комп’ютерних середовищах.

По-друге, знання основ автоматизації проектування та вміння працювати із засобами САПР необхідне практично будь-якому інженеру-розробнику. Комп’ютерами насичені проектні підрозділи, конструкторські бюро та офіси. Робота конструктора за звичайним кульманом, розрахунки за допомогою логарифмічної лінійки чи оформлення звіту на друкарській машинці стали анахронізмом. Установи, що ведуть розробки без САПР чи лише з малим відсотком їх використання, виявляються неконкурентноспроможними як через великі матеріальні та часові витрати, так і через невисоку якість проектів.

Поява перших програм для автоматизації проектування за кордоном і в колишньому СРСР відноситься до початку 60-х років. Тоді були створені програми для розв’язування задач будівельної механіки, аналізу електронних схем, проектування друкованих плат. Подальший розвиток САПР йшов шляхом створення апаратних і програмних засобів машинної графіки, підвищення обчислювальної ефективності програм моделювання та аналізу, розширення областей застосування САПР, спрощення користувацького інтерфейсу, впровадження в САПР елементів штучного інтелекту.

На сьогодні створено величезну кількість програмно-методичних комплексів для САПР із різним ступенем спеціалізації та прикладної орієнтації. У результаті автоматизація проектування стала необхідною складовою частиною підготовки інженерів різних спеціальностей; інженер, що не володіє знаннями та не вміє працювати в САПР, не може вважатися повноцінним спеціалістом.

Проектування – одна з найважливіших сфер інженерної діяльності, це та ланка, що пов’язує наукові дослідження і практичну реалізацію. Від термінів та якості проектування значно залежать строки впровадження та якість готової продукції.

Проектування — вид цілеспрямованої виробничої діяльності людини чи колективу фахівців із розв'язання задач проектування, спрямованої на створення приладів чи систем, що відповідають технічному завданню, які оптимально задовольняють поставлені вимоги і задовільно функціонують протягом заданого проміжку часу при прогнозованих умовах середовища.

Автоматизоване проектування — проектування, при якому окремі перетворення об'єкта й (або) алгоритму його функціонування або алгоритму процесу, а також описи різноманітними мовами здійснюються взаємодією людини та комп'ютера.

Важко переоцінити значення автоматизації проектування для розвитку науки, техніки, народного господарства. Саме з автоматизацією проектування пов’язані принципові можливості створення найскладніших технічних об’єктів як у промисловому, так і цивільному будівництві. Адже проектування об’єктів потребує великих затрат людських і часових ресурсів і саме АП – основний спосіб підвищення продуктивності праці інженерно-технічних працівників, зайнятих проектуванням.

Проектування може бути :

ручним- без застосування комп'ютера;

автоматизованим- на основі взаємодії людини і комп'ютера, коли евристичні дії проектувальника доповнюються обчислювальним можливостями комп'ютера, реалізованими за допомогою певних алгоритмів;

автоматичним- без участі людини на проміжних етапах проектування.

Проектування складних технічних об'єктів, до яких відносяться і автомобільні дороги, виконується, як правило, автоматизовано, тобто за допомогою САПР- систем автоматизованого проектування ( CAD- Computer Aided Design ).

При проектуванні автомобільних доріг застосовують блочно-ієрархічний підхід, який полягає в декомпозиції проектних завдань на ієрархічні рівні і встановленні зв'язків між цими рівнями. На даному етапі розвитку існуючі САПР автомобільних доріг включають, як правило, такі рівні :

формування цифрових моделей місцевості зони проектування; трасування автомобільної дороги; проектування поздовжнього профілю; проектування поперечних профілів і дорожніх одягів; проектування штучних споруд та інженерно-сервісного облаштування дороги; оцінка проектних рішень.

Складові процесу проектування

Проектування як процес, що розвивається в часі, поділяється на стадії, етапи, проектні процедури та операції.

Будівельне проектування в САПР має такі стадії:

• стадія науково-дослідних робіт
• стадія конструкторських робіт (стадія ескізного проекту)
• стадія технічного проекту
• стадія робочого проекту.

На стадії науково-дослідних робіт (залежно від цільового призначення) вивчаються потреби в отриманні нових проектних рішень, інформаційні, конструктивні та технологічні принципи проектування, прогнозуються можливі значення характеристик і параметрів об’єкта. Результатом є формулювання технічного завдання на розробку нового проекту.

На стадії конструкторських робіт розробляється ескізний проект об’єкта, перевіряються, конкретизуються та коректуються принципи і положення, зазначені в технічному завданні.

На стадії технічного проекту виконується всестороння проробка всіх частин проекту, конкретизуються та деталізуються технічні рішення.

На стадії робочого проекту складається повний комплект конструкторсько-технічної документації, достатньої для будівництва об’єкта.

Процес проектування ділиться на етапи.

Етап проектування – частина процесу проектування, що включає формування усіх потрібних описів об’єкта.

Проектні процедури– складові частини етапу проектування. Це частина етапу, виконання якої закінчується отриманням проектного рішення. Кожній проектній процедурі відповідає певна задача проектування, яка вирішується у рамках даної процедури (наприклад, оформлення креслення поздовжнього профілю).

Проектна операція – дрібніша складова частина процесу проектування, що входить до складу проектної процедури (наприклад, розрахунок конструкції дорожнього одягу на зсув).

У практиці дорожнього проектування встановлені наступні стадії робіт.

1) Програма (концепція) розвитку мережі автомобільних доріг, яка розробляється для певної території (регіону, країни) і визначає послідовність розвитку доріг для забезпечення транспортної потреби населення на період 5-10 і більше років. При розробці програм використовуються спеціальні методики, що базуються на можливостях, в першу чергу, ГІС- геоінформаційних систем ( GIS- Geographic Information Systems ).

2) Обгрунтування інвестицій (ОІ) є основним передпроектним документом, що обгрунтовує доцільність будівництва (реконструкції) автомобільної дороги, її технічну категорію з урахуванням прогнозованої інтенсивності руху, вибір оптимального прокладання траси і термінів її будівництва, а також стадійність і черговість цього будівництва (реконструкції). Розробка ОІ здійснюється, як правило, на об'єкти, включені в затверджені державні та регіональні цільові програми розвитку мережі автомобільних доріг. При розробці ОІ широко застосовують геоінформаційні технології: як ГІС, так і САПР.

ОІ в будівництво або реконструкцію доріг включає наступний комплекс інженерних робіт :

збір вихідних даних; рекогносцирувальні обстеження; аналіз і прогноз транспортних потоків; проектні опрацювання з необхідним обсягом інженерно- вишукувальних робіт; економічні та екологічні (ОВНС) розрахунки; визначення соціально-економічної та екологічної ефективності проекту; текстові, табличні та графічні матеріали з обгрунтування проектних рішень.

Подальше проектування виконується на підставі рішень, прийнятих та затверджених в ОІ, що обгрунтовують господарську необхідність і економічну доцільність будівництва (реконструкції) автомобільної дороги.

Порядок розробки проектно-кошторисної документації в одну стадію- інженерний проект або в дві стадії- проект і робоча документація, також визначається в ОІ. В одну стадію проектують технічно не складні і не капіталомісткі об'єкти, а також об'єкти, спорудження яких буде здійснюватися за типовими і повторно застосовуваними проектними рішеннями.

3) Робоча документації для будівництва (реконструкції), як правило, містить :

робочі креслення, які розробляються згідно з державними стандартами системи проектної документації (СПДБ);

відомості обсягів будівельних і монтажних робіт;

збірники специфікацій обладнання, необхідного для реалізації проекту;

кошторисна документація.

Підставою для виконання проекту служить Завдання на його розробку. У Завданні повинні бути відображені такі положення:

підстава для проектування (перелік цільових програм та ОІ);

початок і кінець проектованої ділянки дороги;

перелік та обсяг інженерних вишукувань, повнота проектно- технічних рішень, перелік узгоджуючих проект державних і громадських органів;

основні технічні параметри проектованого об'єкта (категорія дороги, розрахункове навантаження, параметри земляного полотна та проїзної частини, тип дорожнього одягу, спеціальні та особливі вимоги;

вимоги до складу робіт, змісту та оформлення проекту.

Якщо мова йде про новий об'єкт проектування, то виконується проект будівництва автомобільної дороги. У той же час для діючих доріг, в процесі їх експлуатації періодично виникає потреба повторного проектування з метою їх реконструкції, модернізації або ремонту. Слід зазначити, що залежно від стадії проектування, капітальності об'єкта проектування і глибини проектних перетворень об'єкта, методи та інформаційно- інструментальні засоби проектування можуть істотно різнитися.

Системи автоматизованого проектування, Історія та їх місце серед інших інформаційних технологій

Система автоматизованого проектування - організаційно-технічна система, що складається з комплексу засобів автоматизації проектування, взаємопов'язаного з підрозділами проектної організації і виконує автоматизоване проектування.

Таким чином, САПР слід розуміти і як комп'ютерну програму, і як організаційно-технічну систему в широкому сенсі.

В області класифікації САПР використовується ряд усталених англомовних термінів, застосовуваних для класифікації програмних наборів і засобів автоматизації САПР за галузевим та цільовим призначенням.