автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Автоматизация функционального проектирования бетонных и железобетонных строительных конструкций

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ 1Л Анализ процесса проведения экспериментальных исследований строительных конструкций

1.2 Методы определения характеристик бетонных и железобетонных конструкций и сооружений

1.3 Анализ методов описания моделей объектов в существующих программных системах автоматизации проектирования

1.4 Языки взаимодействия пользователя и ЭВМ в системах автоматизации проектирования

1.5 Постановка задач исследования

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА УНИВЕРСАЛЬНОГО АППАРАТА ОПИСАНИЯ ПРОЦЕДУР НАТУРНОГО ЭКСПЕРИМЕНТИРОВАНИЯ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ РАБОТ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ЭТАПА ПРОЕКТИРОВАНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ 2.1 Определение принципов постоения и структуры системы автоматизации функционального проектирования строительных конструкций

2.2 Разработка структуры специализированного аппаратно-программного комплекса системы автоматизации функционального проектирования строительных конструкций

2.3 Анализ и выбор лингвистических средств для формирования моделей строительных конструкций и проведения экспериментальных исследований

2.4 Определение структуры проблемно-ориентированного многоуровневого лингвистического обеспечения

2.5 Определение принципов разработки специализированных проблемно- и задач-но-ориентированных языков

2.6 Методы расширения базового проблемно-ориентированного языка и создания специализированных задачно-ориентиро-ванных языков

Выводы к главе

ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА СРЕДСТВ ПРОГРАММНОЙ, ИНФОРМАЦИОННОЙ И МЕТОДИЧЕСКОЙ ПОДДЕРЖКИ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

3.1 Выбор методов реализации лингвистического обеспечения системы автоматизации функционального проектрирования строительных конструкций

3.2 Описание специализированного языка лингвистического обеспечения системы

3.3 Разработка интерпретатора базового языка лингвистического обеспечения системы

3.3 Информационное обеспечение системы автоматизации функционального проектирования строительных конструкций

3.4 Описание методики проведения статических испытаний строительных конструкций и анализа моделей строительных конструкций 89 Выводы к главе

ГЛАВА 4 РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОЦЕДУР НАТУРНОГО ЭКСПЕРИМЕНТИРОВАНИЯ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ РАБОТ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ЭТАПА ПРОЕКТИРОВАНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ НА ОСНОВЕ УНИВЕРСАЛЬНОГО АППАРАТА ОПИСАНИЯ

4.1 Анализ и характеристики объекта проектирования

4.2 Описание установки натурного моделирования

4.3 Описание функционирования системы Выводы к главе

В современных условиях сложность, трудоемкость и большие затраты на проведение процесса проектирования строительных конструкций привели к необходимости автоматизации труда инженера-проектировщика. В связи с этим при проектировании строительных конструкций широкое применение нашли системы автоматизации проектирования (САПР), позволяющие значительно повысить эффективность процесса проектирования.

Процесс проектирования включает этапы функционального проектирования, конструкторского проектирования и подготовки технической документации для изготовления объекта. Важнейшим является этап функционального проектирования, так как именно на этом этапе определяются основные принципы функционирования, характеристики протекающих в объекте проектирования процессов и параметры конструкций.

Он реализуется на основе проведения натурных экспериментов с образцами, по результатам которых с помощью имеющихся моделей, алгоритмов и программ делаются расчеты конкретных параметров проектируемых конструкций. Вместе с тем, часто возникает необходимость повторения как испытаний, так и расчетов. Это приводит к необходимости быстрого и согласованного описания новых процедур экспериментов и вычислительных работ.

Определенным недостатком существующих процедур экспериментирования и вычислительных работ являются разные способы их описания, что приводит к недостаточной увязке этих процедур. Это значительно затрудняет и повышает стоимость этапа функционального проектирования.

Таким образом, взаимная увязка процедур натурных экспериментов и расчетов на этапе функционального проектирования является актуальной задачей.

Целью диссертационной работы является совершенствование автоматизации функционального проектирования строительных конструкций за счет взаимной увязки процедур натурных экспериментов и расчетов конструкций.

Для достижения цели работы в диссертационном исследовании решены следующие задачи:

- анализ существующих средств и методов функционального проектирования строительных конструкций;

- создание универсального аппарата описания процедур натурного экспериментирования и вычислительных работ функционального этапа проектирования строительных конструкций;

- разработка транслятора для компьютерной реализации универсального описания процедур натурного экспериментирования и вычислительных работ;

- разработка информационной и программной поддержки лингвистического обеспечения;

- разработка методического обеспечения системы автоматизации функционального проектирования строительных конструкций;

- реализация разработанного аппарата в реальных системах автоматизации функционального проектирования строительных конструкций.

Методы исследований. Методы исследований базируются на использовании аппарата теории системного анализа, теории формальных языков, технологий структурного и объектноориентированного проектирования, теории систем автоматизации проектирования.

Научная новизна заключается:

- во взаимной увязке процедур натурных экспериментов и расчетов функционального этапа проектирования строительных конструкций;

- в определении принципов построения базовых и специализированных языков для описания этапа функционального проектирования, позволяющего универсальным образом задать процедуры экспериментирования и вычислительных работ;

- в разработке механизма расширения базового языка для создания специализированных языков;

- в создании алгоритмов интерпретации универсального описания процедур натурного экспериментирования и вычислительных работ.

Практическая ценность работы:

1 .Разработанные теоретические методы и алгоритмы реализованы в виде программно-аппаратного комплекса для автоматизации функционального проектирования строительных конструкций.

2. Создан базовый и специализированный языки для проведения экспериментальных исследований деформативных и прочностных характеристик и проектирования многослойных конструкций.

3.Программно реализован интерпретатор для компьютерной реализации универсального описания процедур натурного экспериментирования и вычислительных работ.

На защиту выносятся;

• методический подход к универсальному описанию процедур натурных экспериментов и вычислительных работ на этапе функционального проектирования строительных конструкций;

• принципы построения базового языка для описания этапа функционального проектирования, позволяющего универсальным образом задать процедуры экспериментирования и вычислительных работ;

• процедура расширения базового языка для создания специализированных языков;

• специализированный язык для проведения экспериментальных исследований деформативных и прочностных характеристик и проектирования многослойных конструкций;

• интерпретатор для компьютерной реализации универсального описания процедур натурного экспериментирования и вычислительных работ;

• методическое обеспечение системы автоматизации функционального проектирования строительных конструкций;

• средства информационной и программной поддержки системы автоматизации функционального проектирования строительных конструкций.

Внедрение результатов работы:

Результаты работы, реализованные в виде программно-аппаратного комплекса были применены для проведения экспериментальных исследований деформативных и прочностных характеристик и разработки моделей многослойных строительных конструкций в процессе выполнения работ по гранту РААСН "Создание теоретических основ методов и алгоритмов оценки и оптимизации характеристик конструкционной безопасности составных железобетонных конструкций" (2001 г.); использованы в разделах "Программное обеспечение", "Информационное обеспечение", "Лингвистическое обеспечение" и лабораторном практикуме дисциплины "САПР в строительстве" в Белгородской государственной технологической академии строительных материалов; внедрены в ГОУ "Курскгражданпроект" (г.Курск) и АО Институт "Гипроприбор" (г.Орел).

Апробация работы;

Материалы диссертации были представлены и обсуждались на конференциях "Компьютерное моделирование" в г.Белгород - октябрь 1998; I Междунар. конф.-шк.-сем. молод, учен, и асп. "Сооружения, конструкции, технологии и строительные материалы XXI века" в г.Белгород - октябрь 1998; II Междунар. конф.-шк.-сем. молод. учен., асп. и докторантов "Сооружения, конструкции, технологии и строительные материалы XXI века" в г.Белгород - октябрь 1999; Междунар. науч.-практич. конф. "Качество, безопасность, энерго- и ресурсосбережение в промышленности строительных материалов и строительстве на пороге XXI века" в г.Белгород - октябрь 2000; Всероссийской науч.-техн. конф. "Теоретические и прикладные вопросы современных информационных технологий" в г.Улан-Удэ - сентябрь 2000; VI Академических чтениях РААСН "Современные проблемы строительного материаловедения" в г.Иваново - июнь 2000; конференции "Архитектура XXI века" в Н.Новгороде - май 2001.

Основное содержание диссертации опубликовано в 10 печатных работах. Все публикации включают результаты непосредствени ной работы автора и отражают основные выводы и положения диссертационной работы.

Достоверность результатов работы подтверждается использованием существующих методов разработки программных систем при создании средств программной поддержки лингвистического обеспечения автоматизации функционального проектирования строительных конструкций, адекватностью и достоверностью результатов экспериментальных исследований деформативных и прочностных характеристик и разработанных моделей многослойных строительных конструкций, полученных в результате использования разработанного программно-аппаратного комплекса.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы. Работа изложена на 137 страницах машинописного текста, включающего 8 таблиц, 64 рисунка, списка литературы из 67 наименований, приложений на 19 страницах.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

В диссертационной работе показано, что функциональное проектирование строительных конструкций может быть усовершенствовано за счет взаимной увязки процедур натурных экспериментов и расчетов конструкций. Задача совершенствования автоматизации функционального этапа решена в работе. Применение разработанного универсального аппарата описания процедур натурного экспериментирования и вычислительных работ функционального этапа проектирования строительных конструкций позволяет упростить и снизить стоимость этапа функционального проектирования.

1. Создан универсальный аппарата описания процедур натурного экспериментирования и вычислительных работ функционального этапа проектирования строительных конструкций:

• определена общая структура и принципы постоения системы автоматизации функционального проектирования строительных конструкций;

• осуществлен выбор лингвистических средств и структуры проблемно-ориентированного многоуровневого лингвистического обеспечения для формирования моделей строительных конструкций и проведения экспериментальных исследований;

• предложены принципы построения специализированных проблемно-ориентированных языков;

• предложены проблемно-ориентированный базовый и специализированный задачно-ориентированный языки для взаимодействия пользователя с системой, проведения экспериментальных исследований и расчета строительных конструкций;

• осуществлен выбор методов реализации лингвистического обеспечения системы автоматизации функционального проектирования строительных конструкций и разработаны алгоритмы и программное обеспечение транслятора со специализированного языка в базовый и интерпретатор базового языка.

2. Разработано методическое обеспечения системы автоматизации функционального проектирования строительных конструкций. Предложена общая методика проведения статических испытаний строительных конструкций и анализа моделей строительных конструкций.

3. Разработана структура информационного обеспечения системы автоматизации функционального проектирования строительных конструкций.

4. Разработана структура и алгоритмы реализации программного обеспечения системы автоматизации функционального проектирования строительных конструкций.

5. Применение разработанного теоретического аппарата отражено в реализации универсального аппарата описания процедур натурного экспериментирования и вычислительных работ функционального этапа проектирования строительных конструкций на примере задачи проведения экспериментальных исследований деформативных и прочностных характеристик и проектирования многослойных конструкций.

1. Системы автоматизированного проектирования: Учебн. пособие для втузов: В 9 кн./И.П.Норенков. Кн.1: Принципы построения и структура. -М.:Высш. шк., 1986.-127с.

2. Долидзе Д.Е. Испытание конструкций и сооружений. М.: Высш. шк., 1975. - 252 с.

3. Почтовик Г.Я., А.Б. Злочевский, А.И. Яковлев. Методы и средства испытания строительных конструкций. — М.: Высш. шк., 1973. - 158 с.

4. Изделия строительные железобетонные и бетонные заводского изготовления. Методы испытаний нагружением Правила оценки прочности, жесткости и трещиностойкости: ГОСТ 8829-94 Введ. 01.01.98.

5. Золотухин Ю.Д. Испытание строительных конструкций. -Минск: Высш. шк., 1983. 208 с.

6. Александров A.B., Потапов В.Д., Державин Б.П. Сопротивление материалов. М.:Высшая школа, 2000.- 560 с.

7. Эксперниментальная механика: В 2-х кн.: Кн. 2. Пер. с англ./Под ред А.Кобаяси. М.Мир, 1990. - 552 с.

8. Клокова Н.П. Тензорезисторы: теория, методика расчета, разработки. -М.: Машиностроение, 1990. -224 с.

9. Сапожников П.В. Экспериментальное определение параметров трещиностойкости и деформативности составных и слоистых конструкций.-Сб. докл. Межд. науч.-прак. конф. Белгород: БелГТАСМ, 2000. - Ч.З. - С.222-228.

10. Тетнор А.Н., Померанцев В.И. Обследование и испытание сооружений. М.: Высшая школа, 1988. - 203 с.

11. Исследовательские испытания. Планирование эксперимента. Термины и определения: ГОСТ 24026-80 Введ. 01.01.81.

12. Гениев Г.А., Клюева Н.В. Эксперментально-теоретические исследования неразрезных балок при аварийном выключении из работы отдельных элементов // Известия вузов. Строительство. 2000. - №10. - С.79-84.

13. Колчунов В.И., Константинов И.С., Пивоваров С.А. Применение лингвистических средств при автоматизации исследований железобетонных пространственныхконструкций // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2000. - №12. - С. 116-119.

14. Байков В.Н., Сигалов Э.Е. Железобетонные конструкции: Общий курс. М.: Стройиздат, 1991. - 767 с.

15. Пространственные конструкции зданий и сооружений (исследование,проектирование,возведение).Вып. 1.—М. Стройиздат, 1972. 197 с.

16. Веников В.А. Теория подобия и моделирование. М.: Высш. шк., 1966. - 213 с.

17. СНиП 2.03.01-84 Бетонные и железобетонные конструкции / Минстрой России. М.: ГЦ ЦППП, 1996. - 76 с.

18. Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелых и легких бетонов без предварительного напряжения арматуры (к СНиП 2.03.0184). М.: ЦНИИпромзданий Госстроя СССР, 1984. 128 с.

19. Хечумов P.A., Кепплер X., Прокопьев В.И. Применение метода конечных элементов к расчету конструкций: Учебное пособие для технических вузов. М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 1994. - 353 с.

20. Колчунов В.И., Панченко JI.A. Расчет составных тонкостенных конструкций. М.: Изд-во АСВ, 1999. - 281 с.

21. Милейковский И.Е., Колчунов В.И., Соколов A.A. Алгоритмы, программы и примеры расчета оболочек покрытий. М.:Стройиздат, 1989. - 269 с.

22. Пивоваров С.А. Автоматизированная система научных исследований (АСНИ) строительных конструкций //

23. Компьютерное моделирование и автоматизация производственных процессов: Сб. докл. Всероссийской науч.-техн. конф. "Теоретические и прикладные вопросы современных информационных технологий" Улан-Удэ: ВСГТУ, 2000. - С252-254.

24. Шатров Б., Иванников С. Автоматизация инженерных работ и научных исследований // Открытые системы. 1997. - №2. -С.47-51.

25. Куликов В. Краткий сравнительный анализ программ SCAD, "Лира" ("Мираж") и MicroFe // Проект. 1996. - №2. - С.37-42.

26. Метод конечных элементов: теория и численная реализация. Программный комплекс "ЛИРА-Windows" / Городецкий A.C., Евзеров И.Д., Стрелец-Стрелецкий Е.Б. и др. К.:ФАКТ, 1997. - 138 с.

27. Карпиловский В., Криксунов Э., Перельмутер А., Перельмутер М. Интегрированная система анализа конструкций Structure CAD (SCAD) for Windows 95/98/NT // САПР и графика. 1998. - №10. - С.25-29.

28. Информационная технология. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Техническое задание на создание автоматизированной системы: ГОСТ 34.602-89 -Введ. 01.01.90.

29. Системы автоматизированного проектирования: Учебн. пособие для втузов: В 9 кн./Под ред. И.П.Норенкова. Кн.З: В.Г. Федорук, В.М. Черненький. Информационное иприкладное программное обеспечение. -М.:Высш. шк., 1986. -159 с.

30. Разработка САПР. В 10 кн. Кн. 3. Проектирование программного обеспечения САПР: Практ. пособие / Федоров Б.С., Гуляев Н.Б.; Под ред. Петрова A.B. М.:Высш. шк., 1990.- 159 с.

31. Цветков В.Д., Петровский А.И., Толкачев A.A. Проблемно-ориентированные языки систем автоматизированного технологического проектирования.- М.:Высш. шк., 1991. -184 с.

32. Черняк Ю.И. Системный анализ в управлении экономикой. -М.: Экономика, 1975. 191 с.

33. Волкова В.Н., Денисов A.A. Основы теории систем и системного анализа: Учебник для студентов вузов, обучающихся по специальности "Системный анализ и управление". СПб.: Издательство СПбГТУ, 1997. - 510 с.

34. Сага о корпоративных информационных системах и их пользователях КИС'кин дом Том 2. Часть 2. Достоинства и ограничения унификации // PCWeek. 1998. - №8. - С.62-65.

35. Форрестер Дж. Мировая динамика. М.:Наука, 1978. - 167 с.

36. Форрестер Дж. Основы кибернетики предприятия. -М.:Прогресс, 1971 340 с.

37. Поспелов Д.А. Ситуационное управление. Теория и практика. М.:Наука, 1986.- 284 с.

38. Клыков Ю.И. Ситуационное управление большими системами. -М.:Энергия, 1974.- 135 с.

39. Goldberg A., Robson D. The Language and its Implementation.-Massachusetts: Addison-Wesley, 1983. 192 p.

40. Кауфман В.Ш. Языки программирования. Концепции и принципы.- М.:Радио и связь, 1993. 432 с.

41. Стандартизация языков программирования /Под ред. И.Ющенко.- К.:Тэхника, 1989. 160 с.

42. Языки программирования Ада, Си, Паскаль. Сравнение и оценка /Под ред. Фьюэр. М.: Радио и связь, 1989. - 386 с.

43. Глушков В.М. Алгебра. Языки. Программирование. -К.:Тэхника, 1988. 213 с.

44. Гаврилов М.А., Девятков В.В., Пупырев Е.И. Логическое проектирование дискретных автоматов. М.гНаука, 1977. -351с.

45. Пратт Т. Языки программирования: разработка и реализация. М.: Мир, 1979. - 574 с.

46. Шлеер С., Меллор С. Объектно-ориентированный анализ: моделирование мира в состояниях: Пер. с англ. К.: Диалектика, 1993. - 240 с.

47. Буч Г. Объектно-ориентированное проектирование с примерами применения: Пер. с англ. М.: Конкорд, 1992. -519 с.

48. Graham S.L., Harrison М.А., Ruzzo W.L. Am improved context-free recognizer// ACM Trans. Program. Languages and Systems. 1980. N.2. -P.43-57.

49. Герман О.В., Боровский Ю.В., Безверхов В.Н. Входной язык спецификации задач в человеко-машинной решающей системе// Программирование. 1997. - N6. - С51-57.

50. Дейт К.Дж. Введение в системы баз данных: Пер. с англ. К.: Диалектика, 1998. - 784 с.

51. Адлер Ю. П., Маркова Е. В., Граповский Ю. В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976.- 184 с.

52. Египко В. М. Организация и проектирование систем автоматизации научно-технических экспериментов. Киев.; Наук.думка, 1978.- 206 с.

53. Египко В. М., Погосян И. А. Вопросы теории проектирования систем автоматизации экспериментов. Киев,: Наук, думка, 1973.- 190 с.

54. Кузмичев Д. А., Радкевич П. А., Смирнов А. Д. Автоматизация экспериментальных исследований. М.: Наука, 1983,- 277 с.

55. Aho A., Sethi R., Ullman J. Compilers: principles,techniques and tools.- N.Y.: Addison-Wesley, 1986. 387 p.