Г. Ф. Пеньковский основы информационных технологий и автоматизированного проектирования в строительстве конспект
 Скачать 1.66 Mb.
|
|
2.4. Комплекс технических средств САПР для работы с информацией Комплекс технических средств (КТС) входит в состав технического обеспечения САПР и является материально-технической базой проектирования [2]. Состав КТС приведен на рис. 12. КТС обработки КТС ЭВМ АРМ КТС приема КТС отображения КТС передачи УВЭП АЦК Сканер УВМН УВПК ГД АЦД ДТ ГП АЦПУ Плоттер АП Линии связи КТС хранения Носители информации: бумажные, магнитные, лазерные Рис. 12. Состав КТС 3. Инженерно-экологических систем – инженеров по теплогазос- набжению, водоснабжению и канализаций. 4. Автомобильно-дорожный – инженеров автомобильного транспор- та, организации перевозок, строителей дорог мостов и туннелей. 5. Факультет экономики и управления – инженеров в области эко- номики и управления на различных предприятиях. 6. Факультет безотрывных форм обучения – инженеров по основ- ным специальностям, указанным ранее. Срок обучения студентов от 4,5 до 6 лет. За это время студенты по- лучают информацию в соответствии с учебными планами по своей спе- циальности в объеме, который должен обеспечить успешную работу спе- циалистов после окончания вуза. 2.3. Специальные информационные системы в строительстве (САПР и АСУ) Системы автоматизированного проектирования (САПР) представ- ляют собой комплексы средств по работе с информацией, с помощью которых проектные организации создают информационные модели объек- тов строительства, в виде проектно-сметной документации [2,11]. Принципиальная структура САПР показана на рис. 11. САПР Обеспечивающие подсистемы Средства по работе с подсистемами Проектирующие подсистемы Информационные модели объектов Рис. 11. Структура САПР Средства по работе с информацией включают в себя все виды обес- печения проектного процесса – техническое, математическое, программ- ное, методическое, лингвистическое, информационное и организацион- ное. В литературе встречается разделение этих видов обеспечения на 26 27 5) готовить документацию на магнитных носителях для передачи заинтересованной в этом другой стороне. Автономная работа проектировщика на АРМ позволяет оператив- но решать различные задачи проектирования. Сложные задачи сквозно- го проектирования, охватывающие все части ПСД с системной оптими- зацией проектных решений, потребовали создания информационно-вы- числительных сетей с общей информационной базой для нескольких АРМ и даже для нескольких организаций. Создание таких сетей позволяет одновременно и параллельно решать многие задачи проектирования, оперативно согласовывать проектные решения с учетом их взаимодей- ствия в различных частях документации. 2.5. Информационное обеспечение САПР, базы данных Информационное обеспечение (ИО) – это совокупность системы построения и размещения массивов информации, ее классификации и кодирования, а также унифицированных систем документации, исполь- зуемой при проектировании объектов строительства [2]. ИО САПР характеризуют следующие показатели: 1) состав информации, перечень информационных единиц, доку- ментов, сообщений, необходимых для решения проектных задач; 2) структура информации, закономерности ее расположения и пре- образования в цепочке «вход–обработка–выход»; 3) характеристики движения информации, оценки потоков инфор- мации (объем, интенсивность), маршруты движения документов, схемы документооборота, регламентации по продолжительности хранения и обновления информации; 4) характеристики качества информации – полезности, значимос- ти, полноты, своевременности, достоверности; 5) способы преобразования информации, методики расчета и спо- собы подготовки рабочих массивов информации. Сведения об объектах и процессах фиксируются в данных инфор- мации в виде цифр и символов. Наименьшей семантически значимой единицей данных является элемент данных. Совокупность элементов данных в логической записи представляет собой файл. Набор файлов, содержащих исходную информацию для проектирования, называют ба- зовым файлом. Файлы, содержащие промежуточные результаты, назы- ваются рабочими файлами. Условные обозначения, принятые на рисунке: УВЭП – устройство ввода с электронного пульта; АЦК – алфавитно-цифровая клавиатура; сканер – устройство для бесклавишного автоматического ввода гра- фической и текстовой информации; ГД – графический дисплей; АЦД – алфавитно-цифровой дисплей; УВМН – устройство ввода на магнитных носителях; УВПК – то же на перфокартах; ДТ – дисплейный терминал; ГП – графопостроитель; АЦПУ (принтер) – алфавитно-цифровое печатающие устройство; Плоттер – графопечатающее устройство; АРМ – автоматизированное рабочее место; АП – абонентский пункт. Основным средством обработки информации являются электрон- ные вычислительные машины (ЭВМ). В современных САПР использу- ются в основном ЭВМ третьего поколения с развитой системой техни- ческого обслуживания. Быстродействие таких машин 1–2 млн операций в секунду. Достижения научно-технического прогресса позволили создать ЭВМ четвертого поколения с быстродействием до 100 млн операций в секунду. В настоящее время идет разработка ЭВМ пятого поколения, кото- рые кроме расчетов числового характера могут выполнять сложные ло- гические заключения с быстротой до 100 млрд операций в секунду. В практике автоматизированного проектирования широкое приме- нение получили автоматизированные рабочие места (АРМ), представля- ющие собой миниатюрную САПР со всеми видами обеспечения, ориен- тированную на одного пользователя-проектировщика. Промышленность выпускает АРМ двух типов – на базе мини-ЭВМ и на базе микроЭВМ. Используя АРМ, проектировщик имеет возможность в диалоговом режиме выполнять следующие виды работ: 1) вводить в машину цифровую и графическую информацию; 2) корректировать информацию в процессе ввода; 3) решать различного рода задачи с использованием различных программных средств; 4) получать проектно-сметную документацию (ПСД) в виде черте- жей и распечаток текста; 28 29 Банк данных и знаний (БДиЗ) База данных База знаний СУБД ТО БД Основные базы Рабочие базы Норматив- ная инфор- мация Справочная информация Руковод- ства, указания Стандарты на оборудо- вание БД по архитек- турно- строительной части БД по конструкциям БД по инженер- ным сетям БД по архитек- турно-строительной части БД по организации строительства БД по архитек- турно-строительной части Типовые проекты Индивидуаль- ные проекты Экспертные системы Научно-техни- ческая информация Управляющая программа Обслужива- ющая программа Трансляторы ТС ввода информа- ции ТС хране- ния инфор- мации ТС обработ- ки инфор- мации ТС отобра- жения ин- формации и выдачи Рис. 14. Структура типового банка данных и знаний Иерархические модели строятся в виде графа-дерева с ветвями на его уровнях. Сетевые модели строятся с применением логических цепочек, в узлах которых находится искомая информация, а ребра (звенья цепоч- ки) содержат адрес этой информации. Реляционные модели строят в виде двумерных таблиц, в которых первая колонка содержит код объекта, в других колонках таблицы запи- сывается вся информация, характеризующая этот объект. Код и характеристика объекта представляют собой цифровую мо- дель объекта (ЦМО), использование которой существенно облегчает про- цесс проектирования. Иерархическую модель имеют системы БД ОКА, СИНАБ, БАСТАН, Fox Base, Paradox; сетевую модель – СУБД СЕДАН, СИОД, НАОБАБ; реляционную – система РЕГЕНД. Эксплуатация баз данных показывает, что наиболее удобными и предпочтительными являются реляционные БД. Для поиска нужной информации важно классифицировать ее по различным признакам. По методам организации данных информация может быть систе- матизированной, рассортированной по составу показателей и несисте- матизированной, случайной, поступающей эпизодически во времени. Классификация информации по разным признакам приведена на рис. 13. По стадии обработки Информация Первичная вторичная промежуточная результативная По месту возникновения По стабиль- ности По способу отражения Входящая выходящая внутренняя внешняя Переменная постоянная Текстовая графическая звуковая комплексная По функции управления Плановая учетная оперативная справочная Признаки Рис. 13. Классификация информации Вся информация, используемая при проектировании объектов стро- ительства, хранится в базах данных и знаний (БДиЗ), представляющих собой систему иерархически организованных банков данных и знаний, построенных на основе единых математических принципов, методов представления, хранения и обработки информации. Структура типового банка данных и знаний представлена на рис. 14. Банк данных имеет систему управления (СУБД), включающую в себя программное обеспечение для организации поиска, поддержания и обнов- ления данных, и внутреннюю систему обслуживания, выполняющую фун- кции контроля, защиты и автоматической идентификации данных. По характеру выполнения отдельных функций различают модели БДиЗ – плоские файловые, иерархические, сетевые и реляционные. Плоские файловые модели включают последовательное перечис- ление их частей, по типу содержания книги, приводимого в ее начале или конце. 30 31 Научный подход к изучению социальных и биологических объек- тов как некоторых сложных систем одним из первых в теории познания применил Ч. Дарвин. Созданная им теория биологической эволюции не только ввела в естествознание диалектическую идею развития, но и ут- вердила представление о различных уровнях организации жизни как ос- нову системного мышления в биологии. Другим примером системного подхода в естественных науках яв- ляется открытие Д. И. Менделеевым периодической системы элементов, отражающей единство и многообразие связей в окружающем нас мате- риальном мире. Быстрое развитие наук в отдельных отраслях знаний, характерное для последних лет, привело к разобщенности наук. Специалисты стано- вятся все более узкими по профилю подготовки, хотя глубина и уровень знаний повышается. Изучаемые объекты в науках стали весьма сложны- ми по своей структуре и обилию связей, влиянием которых уже нельзя пренебречь. Опыт показывает, что если какие-то связи, казавшиеся на первый взгляд несущественными, были не учтены, то впоследствии это может привести к непредсказуемым результатам. Такая ситуация сложи- лась в нашей стране при строительстве гидроэлектростанций, при про- ведении мелиоративных работ. Строительство объектов привело здесь к весьма нежелательным последствиям в сельском хозяйстве, в решении продовольственных проблем страны. Очень дорого нам обошлось, как теперь выяснилось, пренебрежение в строительстве промышленных объектов вопросами экологии, вопросами социального плана, связанны- ми с условиями жизни и труда человека на этих объектах. Создание современных сложных народно-хозяйственных комплек- сов, технических систем, строительство промышленных объектов с ком- плексами обслуживающих зданий и сооружений (жилых, транспортных, общественных) привело к необходимости проведения исследований си- стемного характера. Такие исследования потребовали объединения уси- лий специалистов разных научных профилей, унификации и согласова- ния информации, получаемой в результате исследований. Успешное про- ведение комплексных исследований в условиях «информационного взры- ва» стало возможным с появлением современной вычислительной тех- ники, с созданием новых математических методов обработки информа- ции и принятия решений. Это новое направление в реализации систем- ного подхода к решению проблем в науке и технике успешно развивает- ся в пятидесятых годах в США и связано с работами Л. Берталанфи, 3. Информационные технологии проектирования зданий и сооружений 3.1. Системный подход в науке и его применение в строительстве Системное представление об окружающем мире у человека форми- ровалось в процессе развития человеческого общества. Взаимосвязь от- дельных явлений в природе всегда была объектом внимания человека. Наблюдая материальный мир, он видел не просто отдельные предметы и явления, а всегда стремился установить связь между ними, выявить систему как некоторое множество связанных элементов. Слово «систе- ма» давно применяется в обиходе человека. Без специальных пояснений все достаточно четко представляют себе смысл таких понятий, как сол- нечная система, система отопления и вентиляции, система снабжения, система образования и т. д. Ограниченные возможности человека в познании мира, в перера- ботке информации привели его к необходимости расчленять сложные системы на отдельные элементы, чтобы изучать их свойства вне связей с другими элементами. Так появилось первое представление о системе в форме «концепции элементаризма», согласно которой система пред- ставлялась простой суммой ее элементов [8]. С развитием науки и техники, материалистической диалектики, изу- чающей всеобщие связи явлений в природе, стало понятно, что неучиты- ваемые взаимосвязи в сложных системах придают им некоторые новые свойства, которыми не обладают исходные элементы, –свойства целост- ной системы. В теории познания все большее распространение получает «кон- цепция целостности». Новые свойства системы по этой концепции вна- чале не могли объяснить научным путем и видели в этом нечто за преде- лами человеческого разума. Однако в дальнейшем удалось найти и науч- ное обоснование этому явлению, лежащему в основе системного подхо- да к решению проблемы познания. Первая попытка создать общую на- уку об организации системы была сделана А. А. Богдановым (см. Богда- нов А. А. Тектология. Всеобщая организационная наука. Берлин – Пе- тербург – Москва, 1922). В его работе был сформулирован принцип орга- низованности, под которым понималось свойство целого быть больше суммы своих частей. Чем больше целое отличается от простой суммы составляющих частей, тем выше организация этого целого как системы. 32 33 Примером использования принципов системного подхода в иссле- довании является анализ работы фермы покрытия в каркасе промыш- ленного здания (рис. 15). Здесь цель исследования – обеспечение несущей способности фер- мы, воспринимающей внешние нагрузки Р от покрытия. Целостность объекта исследования проявляется в выделении фер- мы из каркаса здания и учете взаимосвязи элементов фермы – поясов, стоек, раскосов. При этом если шарнирно соединенные элементы фермы способны воспринимать только продольные усилия (рис. 15, а), то фер- ма как система приобретает новое свойство – воспринимать нагрузки поперечного к пролету направления, вызывающие в конструкции изги- бающий момент и поперечную силу (рис. 15, б). Это свойство ферма по- лучает в результате организованного взаимодействия элементов фермы между собой. а) б) Рис. 15. Свойства элементов (а) и фермы (б) Иерархический принцип сложности для этой же фермы проявляется в том, что она является элементом несущего каркаса здания (метасистемы). В свою очередь сама ферма также является системой. Представление объектов и процессов с помощью сложных систем осуществляется на макро- и микроуровне Макроподход позволяет отделить систему от окружающей среды, выделить ее как нечто целое. Такой процесс называют внешним проектированием системы. Так, если принимается решение о строительстве жилого дома, то его принимают за систему, входящую в метасистему городской застройки. Главный архитектор города определяет место, этажность, архитектуру дома. Микроподход применяется при рассмотрении внутренней структуры системы (внутреннее проектирование системы). В приведенном выше Н. Винера, Р. Акофа и Месаровича. Важный вклад в развитие нового на- правления в науке внесли советские ученые В. Н. Садовский, А. И. Уемов, И. В. Блауберг, Э. Г. Юдин. Применительно к строительной отрасли это направление развито в работах А. А. Гусакова, В. И. Рыбальского. Интенсивно развиваются науки, составляющие теоретическую базу и аппарат системного подхода – теория систем, теория информации, ки- бернетика, исследование операций, системотехника. Системный анализ, занимая промежуточное положение между философией и математикой, между гуманитарными и точными техническими науками, долгое время именно поэтому не признавался ни теми, ни другими. Однако в после- дние годы наметился перелом в отношении к системному представле- нию всех объектов независимо от природы, от научных направлений. Системный анализ находит все большее применение во всех сферах че- ловеческой деятельности как общая методология познания мира и роли человека во взаимодействии с природой. Рассмотрим основные положения системного подхода к решению различных проблем. Под системным подходом к решению различных проблем понима- ют общую методологию исследования явлений, процессов, объектов, представляемых в виде сложных систем. Основополагающие принципы системного подхода обусловлены свойствами систем. Основные из них – принципы цели, целостности и сложности. Принцип цели состоит в том, что любую проблему представляют как некоторую конечную цель, на решение которой направлено исследо- вание. Именно эта цель является главным системообразующим факто- ром, определяющим структуру и сложность систем, включающих про- межуточные цели, с помощью которых достигается решение проблем. Принцип целостности заключается в выделении рассматриваемых систем из окружающей среды и взаимосвязи всех внутренних элементов этих систем, обеспечивающей появление у них некоторых новых свойств, которых нет у отдельных элементов. Принцип сложности выражается в иерархической структуре сис- тем. В зависимости от целей и методов исследований любая система может иметь различную степень сложности. Она может иметь несколько уровней, называемых стратами, может представлять собой элемент ме- тасистемы, т. е. системы более высокого порядка. И наоборот, любой эле- мент системы можно представить в виде системы более низкого уровня в зависимости от задач исследования. |