1. Cele komputerowego wspomagania. Elementy automatyzacji w procesie projektowania.
zalety komputerowego wspomagania
projektowania:
- ekonomiczniejsze opracowanie projektu (mniejszy nakład czasu - kosztów)
- szybsze opracowanie projektu (projektant ma więcej czasu na prace koncepcyjne, ocenę wyników)
- efektywniejsze opracowanie projektu (mniejszy nakład pracy względem efektu końcowego, szybciej i ładniej)
- efektowniejsze opracowanie projektu (czytelność, plotowanie, drukowanie, wizualizacja, prezentacja, animacja)
- nierozłączność projektowania oraz rysowania i obliczania
- większa dokładność i precyzja (analizy, bazy danych, kosztorysy)
- optymalizacja (znajdowanie najlepszego rozwiązania, możliwość ingerencji, wprowadzania poprawek)
- jednolity interfejs programowy (obsługa, wymiana danych)
- zautomatyzowanie procesu projektowania (schematyczność, normalizacja, standaryzacja, typizacja)
wady (pozorne) - ?
- konieczność archiwizacji danych
- konieczność nauki oprogramowania
- konieczność zakupu oprogramowania i urządzeń
elementy automatyzacji procesu projektowania:
1. Odpowiednie zebranie danych z pomiarów w formie elektronicznej (pomiary
geodezyjne, pomiary ruchu, pomiary cech materiałowych itd.)
2. Zastosowanie komputerów z odpowiednim programowaniem do przetworzenia
danych w celu uzyskania właściwego dla nas rozwiązania (projekt drogi,
sygnalizacji, ocena przepustowości, ocena nośności itd.)
3. Prezentacja rozwiązania (rysunki, wykresy, zastawienia tabelaryczne,
Przykłady zagadnień z dziedziny drogownictwa do
zautomatyzowania:
Projektowanie geometryczne:
Graficzna ocena przejezdności
Obliczenia, tyczenia różnych krzywych i ich kombinacji z prostymi
Obliczanie skrajni pojazdów skręcających
Tyczenie trasy (prostych, łuków) przy istniejących przeszkodach
Tyczenie i obliczanie łuków koszowych na skrzyżowaniu
Tyczenie trasy w planie (proste, łuki) dla danych współrzędnych, azymutów, długości
Tyczenie łuku kołowego z krzywą przejściową
Tyczenie niwelety drogi (łuki paraboliczne)
Projektowanie łącznic na węźle
Projektowanie serpentyn
Obliczanie poziomu hałasu i zanieczyszczeń
Ocena widoczności: na łukach, na skrzyżowaniu, przy wyprzedzaniu
Koordynacja geometrii w planie i profilu
Obliczenia charakterystyki dynamicznej dla pojazdów (wjazd pojazdu na wzniesienie)
Tyczenie rampy przechyłkowej an krzywej przejściowej
Generowanie planu warstwicowego np. na skrzyżowaniu
Wyznaczanie minimalnych dopuszczalnych parametrów geometrycznych (np. łuków poziomych)
Optymalizacja przebiegu trasy w planie w profilu (ze względu na długość, min. robót ziemnych)
Inżynieria ruchu, transportu
Poszukiwanie relacji natężeń skrętnych na skrzyżowaniu
Obliczanie przepustowości: odcinka zamiejskiego, międzywęzłowego, obszarów włączeń i
wyłączeń, na skrzyżowaniu
Projektowanie sygnalizacji ruchu (skrzyżowanie 4, 3-wlotowe)
Projektowanie liczby miejsc parkingowych
Modelowanie powstawania ruchu w mieście
Obliczenia przepustowości na jezdniach zbierająco-rozprowadzających
Przepustowość wlotu ronda
Wyznaczenie godziny szczytu na skrzyżowaniu
Symulacja ruchu pojazdów między dwoma pzrekrojami drogi
Określanie kosztów przewozu (ludzi, gruntu)
Wymiarowanie nawierzchni drogowych:
Wymiarowanie nawierzchni podatnych, sztywnych (różne metody: PjiBD, CBR, OSŻD,
Westergaard)
Obliczenia z wykorzystaniem MES (CosmosM) . stany naprężeń, przemieszczeń; modele:
nawierzchni warstwowe, laboratoryjne
Wymiarowanie nawierzchni za pomocą katalogu
Roboty ziemne:
Powierzchniowe roboty ziemne
Liniowe roboty ziemne
Zagadnienia laboratoryjne:
Projektowanie składu miesz. min.-asf.
Krzywa uziarnienia
Lotniska:
Określanie długości drogi startowej
Wyznaczanie róży wiatrów
Inne:
Obliczanie sił wewnętrznych w belkach ze zmiennym obciążeniem
Obliczenie odwodnienia dla rowów
Obliczenie położenia wpustów ulicznych
Obliczanie słupów ściskanych
2. Teoria optymalizacji w projektowaniu dróg i lotnisk
Wstęp
Lata 50 . przełom dla programowania matematycznego:
- naukowe wyliczenie programów optymalnych
- algorytm simpleks
- warunki optymalności
Pojawienie się komputerów osobistych pozwala na dalszy rozwój programowania z dziedziny
optymalizacji (programowanie liniowe, nieliniowe itd.).
Współcześnie istnieje bardzo wiele ilościowych technik projektowania, planowania, zarządzania.
Wybór tych metod przeprowadza się przede wszystkim ze względu na rodzaj sytuacji decyzyjnej,
dla której rozwiązywany jest dany problem. W zależności od zagadnienia - problemu, rodzaju
wyniku wybieramy jakąś metodę. Jedną z metod projektowania jest metoda optymalizacji.
Dział nauki zajmujący się metodami optymalizacyjnymi to badania operacyjne. (głównie
stosowane w organizacji i zarządzaniu choć nie tylko)
Optymalizacja - wyznaczenie spośród dopuszczalnych rozwiązań (lub decyzji) danego problemu,
rozwiązania (lub decyzji) najlepszego ze względu na przyjęte kryterium oceny.
Tok postępowania w rozwiązywaniu problemów -
zagadnień (na przykładzie metody optymalizacji):
1. Zdefiniowanie problemu - określenie wszystkich możliwych sposobów działania prowadzące do
realizacji zamierzonego celu, ustalenie pytań, na które chcemy uzyskać odpowiedź.
Wyróżniamy grupy problemów:
- o słabo określonej strukturze lub nieokreślonej strukturze, w których dominują wyniki jakościowe.
Rozwiązuje się te zagadnienia metodami klasycznymi i socjologicznymi. Np. co zrobić, aby
usprawnić ruch komunikacyjny w centrum miasta, rozwiązanie: zastosować obwodnicę,
wprowadzić płatne miejsca parkingowe. W większości zagadnienia te są rozwiązywane metodami
klasycznymi i socjologicznymi.
realizują się lub nie
- o dobrze określonej strukturze, które są postawione w formie odpowiedniego modelu
matematycznego i pozwalają na ilościową ocenę podejmowanej decyzji. Np. ile może przejechać
pojazdów w danym przekroju drogi na danym poziomie swobody ruchu, rozwiązanie: 2800 p/h na
PSR E. Tutaj można zmierzyć poziom tych problemów. Zagadnienia te są związane z metodami
optymalizacyjnymi.
2. Wybór metody i budowa modelu - wybór odpowiedniej postaci analitycznej modelu, każdej
klasie modeli odpowiadają ~ odpowiednie metody rozwiązywania (ograniczony wybór w związku
ze skomplikowaniem zagadnienia i dostępnością oprogramowania)
(wybieramy tu metodę optymalizacji)
typy metod optymalizacyjnych:
- liniowa (zależności liniowe funkcji celu i ograniczeń)
- nieliniowa
- sieciowa
- stochastyczna (wybór decyzji .przeciętnie optymalnej.)
- teoria gier
- teoria kolejek
- rachunek wariacyjny
- dynamiczna
klasyfikacja modeli wg czterech wyróżników:
1. postać funkcji celu i ograniczeń
- liniowe
- nieliniowe
2. postać zmiennych
- ciągłe
- dyskretne(całkowitoliczbowe, boolowskie, mieszane)
3. charakter parametrów
- deterministyczne
- stochastyczne (probabilistyczne, statystyczne, strategiczne)
4. ilość procesów decyzyjnych
- statyczne
- dynamiczne (ciągłe, dyskretne)
Budowa modelu optymalizacyjnego:
2.1. Sformułowanie zadania decyzyjnego, problemu projektowego. Określenie celów
wpływających na zakres analizy.
2.2. Zdefiniowanie kryterium oceny, optymalności. Kryterium to decyduje o powodzeniu (trafności)
lub niepowodzeniu w rozwiązaniu danego zagadnienia.. Kryterium określa funkcja celu, którą
należy maksymalizować lub minimalizować w analizowanym zagadnieniu. Funkcja jest formalnym
odzwierciedleniem celu działania. Może w zagadnieniu występować kilka funkcji kryterium . wtedy
zagadnienie staje się bardziej złożone.
Argumentami funkcji celu są zmienne decyzyjne. Przybierają one wartości z pewnych przedziałów
na skutek istnienia ograniczeń fizycznych lub wprowadzonych dobrowolnie.
funkcja celu:
f=f(x1, x2, ... xn) => min, max, wartość
x1, x2, ... xn - zmienne decyzyjne
2.3. Określenie warunków dla danego problemu.
Warunki brzegowe nakładane są na zmienne decyzyjne (najczęściej są to warunki nieujemności
zmiennych decyzyjnych).
x1, x2, ... xn >= 0
Warunki ograniczające występujące w problemie.
fi(x1, x2, ... xn) = 0
fj(x1, x2, ... xn) > 0
fk(x1, x2, ... xn) < 0
3. Rozwiązanie z wykorzystaniem narzędzia (program komputerowy)
= znalezienie strategii, rozwiązania optymalnego. Stosuje się różne metody j.w., rachunek
macierzowy i inne.
Rozwiązanie modelu optymalizacyjnego polega na:
Znajdujemy takie zmienne decyzyjne (x1, x2, ... xn), dla których funkcja f osiąga ekstremum i są
spełnione warunki brzegowe.
Istotny przed rozwiązaniem jest dobór wartości początkowych zmiennych decyzyjnych oraz kroku
poszukiwań (iteracji). Zależy to od wrażliwości zmiennych na funkcję celu.
4. Przeprowadzenie weryfikacji i oceny analizy zagadnienia (co by było gdyby?)
- ocena dokładności
- analiza błędów
- analiza wrażliwości
Odpowiadamy na pytania:
- czy i w jakim stopniu model optymalizacyjny odpowiada analizowanej sytuacji decyzyjnej
- czy i w jakim stopniu otrzymane rozwiązanie jest zgodne z naszymi aspiracjami i potrzebami
Ewentualnie wybieramy inną metodę i modyfikujemy model.
9. Charakterystyka programów komputerowych
- jedne z największych firmy produkujących oprogramowanie inżynierskie:
Autodesk Inc.
Intergraph
Bentley Systems
Wprowadzenie
- łączenie programów w pakiety . systemy programowe (większa wszechstronność, lepsza wymiana danych)
- stosowanie układu modułowego danego programu (niższe koszty zakupu, efektywniejszy system pracy)
- wersje demonstracyjne, czasowe, LT, promocje przy zakupie (dla studentów, placówek dydaktycznych, dla większej liczby
licencji), lepsze zabezpieczenie (kody, numery seryjne, klucze sprzętowe)
- bazy danych i biblioteki (modeli, typowych rozwiązań konstrukcyjnych, cen)
- ujednolicony interfejs programowy (charakter okienkowy, uporządkowane menu, skróty klawiszowe, własne ikony,
komendy, makra, scripty)
- sprawna pomoc (Internet . online, .helpy., .tutoriale., przykłady, szkolenia, serwisy)
- wprowadzanie okresowe nowych usprawnionych wersji programu (.update., poprawki, pluginy, dodatki)
- wielopratformowość (instalacja pod różne aplikacje np. AutoCad, Microstation, ujednolicenie formatów plików, import-
export)
- lepsza współpraca z urządzeniami zewnętrznymi (skanowanie, plotowanie - sterowniki)
Nowoczesne tendencje w kształtowaniu oprogramowania:
kategoria programu (typ)
CAD . Computer Aided Design . Komputerowe Wspomaganie Projektowania
CAE . Computer Aided Engineering - Komputerowe Wspomaganie Prac Inżynierskich
CAM - Computer Aided Manufacturing - Komputerowe Wspomaganie Sterowania Produkcją
PDM - Product Data Management - Zarządzanie Danymi Związanymi z Produkcją
CFD - Computation Fluid Dynamics . Obliczeniowa Dynamika Płynów (Computational Fluid Dynamics)
EDA - Electronic Design Automation - Automatyzacja Projektów Elektronicznych
GIS . Geographic Information System . Geograficzny System Informacji
TDM - Technology Data Management - Zarządzanie Danymi Związanymi z Technologią
Kosztorysowanie
Klasyfikacje - programy komputerowe inżynierskie
branża . przeznaczenie dla firm
Architektura
Budownictwo
Elektronika
Elektrotechnika
Geodezja
Geologia
Instalacje sanitarne i przemysłowe
Inżynieria chemiczna i procesowa
Inżynieria komunikacyjna = projektowanie geometryczne + wymiarowanie konstrukcji nawierzchni +
inżynieria ruchu, transportu + zarządzanie-ewidencja + ochrona środowiska
Inżynieria mechaniczne
Modelowanie geometryczne
Ochrona środowiska
Przetwórstwo materiałowe
Telekomunikacja
Zarządzanie
Programy komputerowe nieinżynierskie (również przydatne)
Biurowe
Graficzne, Poligraficzne
Obliczeniowe, kalkulacyjne
Prezentacje multimedialne
Prezentacje internetowe
Wizualizacje i animacje komputerowe, montaż
Różne - kosztorysowa
nie, obliczeniKategoria: CAD
Kategoria: CAD
Brana: Inżynieria komunikacyjna
InRoads
Kategoria: CAD
Brana: Inżynieria komunikacyjna
Wspomaga kompleksowe projektowanie dróg. Zawiera zaawansowane narzędzia do projektowania geometrii dróg.
Umożliwia tworzenie i wizualizację numerycznego modelu terenu, zarządzanie i modyfikację DTM, projektowanie trasy,
niwelety, generowanie różnych przekrojów oraz bilansowanie robót ziemnych. Automatycznie tworzy raporty
projektowanej trasy oraz wszelkie kalkulacje, zestawienia i tabele. Moduł ten zawiera narzędzia do inteligentnego
wspomagania decyzji w trakcie projektowania oraz narzędzia kontrolne.
Wersja jzykowa: Angielska i inne
rodowisko: Windows, MicroStation SE/J/V8, AutoCAD R14/2000/2002
Producent: Bentley Systems
Dystrybutorzy: Bentley Systems
Sprzedawcy: Informacja na stronie www firmy Bentley Systems
InRoads
owe, kalkulacyjne, ewidencyjne itd.