CC BY
6
Важным отличием современных систем управления подобного типа является сочетание "децентрализованных" (распределенных) принципов построения систем с "централизацией" функции мониторинга. Принцип централизации реализован в наличии аппаратно-программного ядра комплекса, принцип децентрализации - в известной независимости систем, управление которыми построено по схеме распределенных сетей. Такая организация повышает эффективность управления и придает высокую надежность всей системе. Все системы комплексов безопасности, жизнеобеспечения, информатизации могут работать автономно или в сети. Таким образом, очевидна необходимость совершенствования подхода к проектированию таких систем. Предлагаемая система, частично решает эту проблему, т.к. в режиме 365х24 находится на страже климата в квартире, создает безопасную и комфортную среду.
Список литературы:
1. Афанасьев Ю.А., Фомин С.А., Меньшиков В.В.и др. Мониторинг и методы контроля окружающей среды. М.: Изд-во МНЭПУ, 2001 - 337 с.
2. Алиев Н.С Алиев Э.Н Бесконтактный метод контроля качества в строительстве Изв.НАНА, с.физ.тех. и мат.наук, т., XXVII, № 2-3, 2007.- с. 196-200 с..
3. Алиев Н.С Алиев Э.Н. Техническая диагностика строительных сооружений, Palmarium, academic publishinq, Monoqrafiya, Германия, 2014.-140с
4. Алиев Т.А., Алиев Н.С. Устройство для диагностики стационарных стохастических объектов. А.С. №1084746, 1983 г.
5. И.А.Биргер. Техническая диагностика.М.:Маши-ностоение, 1978, 240с.
6. Кранц Х.Р. Коммуникационные системы для устройств автоматизации жизнеобеспечения зданий. // "АВОК", 2003, №1.
7. Харке В. Умный дом. Объединение в сеть бытовой техники и систем коммуникаций в жилищном строительстве М.: Техносфера, 2006, с.288.
8. N.Aliyev, E.Aiyev. Monitoring of steadiness of buildings and construction within a complex system of safety of facilities. / Int. Konf. "Natural Cataclysms and Global Problems of the Modern Civilization". Baku-Innsbruck - 2007, pp.559-562
ДИЗАИН АРМАТУР ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИИ И МИНИМИЗАЦИЯ
ПОЛУЧЕННЫХ ОТХОДОВ
Амирасланова Зарбаф Нусрат кызы
научный сотрудник, Институт кибернетики Национальной академии наук Азербайджана
Рассмотрены вопросы автоматизации дизайна арматур железобетонных конструкций в строительном секторе, а также вопросы минимизации расхода металла. Предложено эффективное решение поставленной задачи с использованием базы данных. При нарезке использованных арматур были смоделированы условия обеспечения заказов. На основании данных условий была поставлена задача минимизации отходов при нарезке. Задача приведена к задаче частично целочисленного программирования.
Ключевые слова: AutoLISP; AutoCAD; база данных, арматура, нарезка арматур, исследование операций, минимизация отходов
1. Введение. Прочностными расчетами для каждого элемента железобетонной конструкции строения определяются диаметры арматуры, их количество, шаг распределения, защитный бетонный слой, расстояние до соединения арматуры и т.д. [4, с. 123].
Далее формируются чертежи арматуры железобетонной конструкции. При этом проводится ряд простых расчетов. Например, длина арматуры колонн рассчитывается с учетом расстояния между этажами, арматура в фундаменте рассчитывается с учетом бетонного слоя и высоты фундамента и т.д. По этим расчетам составляются чертежи арматуры (рабочие чертежи). При этом необходимая исходная информация для проведения расчетов и составления чертежей находится в различных документах. Процесс сбора показателей элементов конструкций (колонн, балок, стен, межэтажных перекрытий и др.), вычисления длины арматуры и параметров для черчения многократно повторяется. Поэтому имеет смысл автоматизировать данный процесс. В данной работе предлагается система автоматизации указанных расчетов и составления соответствующих чертежей [1, с. 70].
Другой важной задачей является оптимальная нарезка арматур во время возведения железобетонных строений. С финансовой стороны, арматура является одним из материалов, требующих наибольших затрат. Следует заметить, что согласно проекту, финансовые затраты для снабжения и монтажа арматур на строительной площадке (нарезка, соединение) составляют важную часть.
После того, как на строительной площадке выполнены первоначальные подготовительные работы, арматуры должны быть нарезаны и сделан их монтаж. В большинстве случаев, неправильная (некомпетентная) нарезка приводит к большим потерям. С этой точки зрения, выбор оптимального варианта для нарезки арматур приводит к снижению до минимума брака. С экономической точки зрения это делает рассматриваемую проблему актуальной.
Статья посвящена рассмотрению вопросов моделирования минимизации отходов за счет оптимальной нарезки арматур. С этой целью, была создана модель, обеспечивающая оптимальные условия.
2. Постановка задачи. Задача состоит из двух частей: 1) Для монтажа элементов1 зданий на строительном участке, должны быть подготовлены детализированные
1 Впредь под элементами здания будут подразумеваться колонны (бетонные стойки), балки, стены, межэтажные перекрытия.
чертежи, то есть, подготовлены чертежи и спецификации арматур. В зависимости от проекта, чертежи арматур разрабатываются в соответствии с различными стандартами. Вне зависимости от стандартов, при создании рабочих чертежей арматур многоэтажных зданий затрачивается много времени на повторные действия. При этом, потеря времени происходит за счет, например, поиска показателей колонн из чертежей элементов строений, выполнения простых вычислений для нахождения длины арматуры в соответствии с нормами и последующего создания рабочих чертежей в программе AutoCAD с использованием этих показателей [2, с. 138]. Среди показателей конструкции строения можно перечислить следующие: название, высота, длина, ширина, спецификация (диаметры арматур, их количество) арматурных стержней железобетонных конструкций (колонн, балок, стен, межэтажных перекрытий) и др. Ставится задача разработки автоматизированной системы создания рабочих чертежей арматур. Цель поставленной задачи заключается в минимизации времени и труда, затрачиваемых на формирование чертежей арматур, а также в минимизации механических ошибок в рабочих чертежах [1, с. 71]. В данной статье исследуется задача автоматизации формирования чертежей арматуры. Решение представлено на примере создания чертежей арматур колонн по стандарту Еврокод [9].
2) Принимаем, что на складе имеются арматура различных длин и диаметров. Известны их диаметры, количество и длины. В виду того, что соответствующая арматура различных диаметров не могут быть заменены друг другом, спрос на них рассматривается в отдельности. По этой причине, для арматуры соответствующего диаметра составляется таблица длин и количества. Например, таблица, составленная для арматуры определенного диаметра, можно представить в виде матрицы:
где
S = {j (r = 1, m; j = 1,2)
I; элементы Sr1 и
A =
л
a
V Sm1
Бг2 матрицы $ - количество (число) и длина, соответственно, заказанной или нарезанной арматуры Г -го вида (т = 1, т) диаметра. Следует отметить, что т < П .
Кроме этого, для каждой I -ой арматуры длиной аг-2 известно к различных вариантов нарезки. Для каждого К = {1 ..к},(/ = 1,п), / = 1,2,...,п варианты
нарезки можно показать в виде матрицы нижеследующим образом:
(1 ... к'
K =
1 ... к
V1 ... к„
, _ V П1 _П2-
где А = {а ^ }, (/ = 1, П; у = 1,2); элементы ап и а/2 матрицы А - количество на складе (число) и длина, соответственно, арматуры /-го вида (/= 1,п) диаметра. Другими словами, считаем, что на складе имеется арматура рассматриваемого диаметра длиной а/2 в количестве а 1 .
Также, принимаем, что арматуры рассматриваемого диаметра нарезаны или количество и длина заказанных арматур, известны. Аналогичным образом, таблица заказанных арматур будет представлена в виде матрицы нижеследующим образом:
(к V ^
Лп ¿12
S =
m2 J
Таким образом, даны диаметры, длины, количество арматур, имеющихся на складе. Также даны заказанные -диаметры, длины, количество арматур, которые должны быть нарезаны. Также, заданы варианты нарезки арматур.
Требуется обеспечить заказ, выполнив нарезку имеющейся на складе арматуры. При этом необходимо минимизировать отходы. В качестве отходов принимаются арматуры длиной меньшей, чем 60 см. Но данная длина в зависимости от проекта может меняться. Обычно, остатки арматур, которые не могут быть использованы в проекте, считаются отходами. В рассматриваемом проекте длина самой короткой детали равна 60 см. Поэтому в качестве отходов были приняты арматуры меньшей, чем 60 см длины. Таким образом, требуется организовать такую нарезку арматуры, чтобы, с одной стороны, обеспечить заказ, т.е. нарезать арматуры в количестве Sr1 длиной sr 2 и, с другой стороны, чтобы длина отходов от нарезки была минимальной среди возможных вариантов нарезки.
3. Решение поставленной задачи. Автоматизация создания чертежей арматуры возможно в среде AutoCAD с использованием языка программирования AutoLISP2 [6, c. 7]. При этом показатели элементов могут вводиться с клавиатуры в диалоговом режиме. В этом случае, для показателей каждого этажа необходимо обратиться к нескольким документам, а также в диалоговом режиме ответить на запросы по каждому этажу. Данная процедура сильно осложняет работу оператора или инженера, выполняющего данную работу. Допущение ошибок при заполнении запросов приводит к тому, что работу приходится начинать сначала. Следует отметить, что заполнение такого большого количества запросов является весьма утомительной задачей. Вместо выполнения данной процедуры было бы гораздо проще создать чертеж в AutoCAD. В связи с вышеизложенным, предлагается автоматизация передачи данных для генерации чертежа. С этой целью, создана база данных параметров в Microsoft Access, интерфейс для ее заполнения, а также разработан программный модуль для генерации чертежей. Данные обрабатываются и генерируются по схеме, изображенной на рис. 1.
a
a
12
s
s
1
2
2 Являясь частью AutoCAD, AutoLISP позволяет определять
переменные различных типов и передавать их значения
командам AutoCAD при вводе данных. При ответах на запросы
команд AutoCAD можно также использовать выражения
AutoLISP, в которых могут выполняться различные арифметические и условные операции над числовыми значениями и значениями определенных переменных.
Рисунок 1. Схема работы
Для составления чертежей необходимо выбрать нужный элемент, при необходимости корректировать его показатели и загружать их в файл AutoLISP. С этой целью в программе Visual Basic Editor создана форма (сохраняющаяся как файл "COLONLAR.dvb"), которую можно вызвать из AutoLISP [1, c.72].
Процесс составления чертежей осуществляется следующим образом. Сначала в системе AutoCAD загружается файл "Columns.lsp". Активизируется функция "draw". Эта функция, в свою очередь, активизирует программу "COLONLAR.dvb". Появляется диалоговая форма (рис. 2). Эта форма создается для того, чтобы иметь возможность извлечь из базы данных Microsoft Access инфор-
мацию, касающуюся колонн, балок, а также других показателей. Далее при помощи этой программы генерируются файлы AutoLISP с расширением "lsp". В этих файлах содержатся необходимые данные для генерации чертежей. Затем из диалогового окна запускается блок генерации чертежей. Во время работы данного блока также происходит обработка данных. Под обработкой данных подразумевается определение, например, расстояния между этажами, расстояния от этажей до балок и т.д. [2, с. 140]. Помимо этого, вычисляются такие показатели, как длина соединения арматуры, количество арматур, расположенных по ширине колонн, их шаг и др. После этого в AutoCAD автоматически создаются рабочие чертежи арматуры.
Рисунок 2. Основная форма и форма «GROUND FLOOR», которая открывается из основной формы
при нажатии кнопки «GROUND»
Что касается вопроса минимизации отходов за счет оптимальной нарезки, вообще, снижение до минимума различный промышленных отходов может быть достигнуто четырьмя способами: 1) снижением количества отходов за счет усовершенствования технологических процессов; 2) рециклизацией отходов по мере их образования; 3) переработкой отходов в полезную и даже ценную продукцию; 4) повторной обработкой отходов за счет изменения их свойств, а также снижением их объема и токсичности с целью облегчения их последующей переработки и дальнейшего уничтожения [7, с. 201].
Очевидно, что оптимальная нарезка арматур из перечисленных выше методов может быть достигнута первым способом. Так, для каждого каждой I -ой арматуры длиной 2 возможны к вариантов нарезки. При нарезке
арматуры / -ой номенклатуры к -м вариантом, в соответствии с заказом Г количество отрезков арматур обозначим Ьгк . Здесь, к = 1,..., к .
Для каждого I = 1,2,...П варианты нарезки в результате можно показать в виде матрицы нижеследующим образом:
( b
B =
/11
b
Лк
b¡щ Л
b ir1 ... b irk ... b /
irk/
bim1 ... bimk ... bimk/
V
У
Таким образом, заказ или нарезку арматур требуется выполнить с минимальными потерями. Для этого нужно выбрать такой вариант нарезки, чтобы длины оставшихся после нарезки арматур были минимальными.
Обозначим индексом к вариант нарезки арматуры, Х/к - количество арматур, имеющиеся на складе, направленных на нарезку / -ой арматуры к -м вариантом нарезки. Тогда условие выполнения Г -го заказа можно записать следующим образом:
П к:
XXЬ/гкХ/к ^ Кг1 , (1.1)
¿=1 к=1
где Г = 1,..., т; Х/к > 0 и должно быть целочисленным.
После нарезки / -ой арматуры к -ой вариантом нарезки длину оставшейся после нарезки арматуры обозначим . Длину можно вычислить нижеследующим образом:
Количество арматур, направленных на нарезку каждого варианта, должно быть неотрицательным целым числом, т.е.:
Ха
n kt
Z Z
t=1 k=1
q ik = Z a 2 "ZZ brksr 2.
(1.2)
k=1 r=1
В случае, когда длина д/к меньше или равна 60 см, остав-шие после нарезки отходы -ой арматуры к -ой вариантом нарезки обозначим Ь/к .
Г д к, если д к ^ 60
и =•
0,, если q k
> 60
Как видно, функция Ь/к нелинейна. Очевидно, что
целевую функцию, то есть основной критерий можно записать в следующем виде:
ZZta ^ min.
(1.3)
,ik > 0,(t = 1, n; k = 1, k ) (1.4)
Таким образом, поставленная вторая задача может быть приведена к задаче частичного целочисленного программирования (1.3), (1.1), (1.4). Методы решения задачи частичного целочисленного программирования в значительной мере исследованы [8, с. 235].
5. Заключение. При помощи созданной в среде AutoCAD системы автоматически генерируются чертежи арматуры колонн и балок в двухмерном пространстве. Показатели колонн, балок и этажности, извлекаемые из базы данных, обрабатываются программой AutoLISP. Для каждого этажа автоматически проектируется чертеж колонны вместе с названиями балок, присоединенных к колоннам, длинами арматур на этажах, показателями уровня и другими данными об арматурах (количество, диаметр, шаг распределения, длина и др.). Таким образом, получается готовый чертеж (рис. 3) [3, с. 166].
Предложенную систему можно применить к другим элементам железобетонных конструкций. Таким образом, разработано программное обеспечение, при помощи которого можно в системе AutoCAD, используя базу данных, автоматически создать развертку колонн, балок, а также проектировать чертежи арматур. Созданный программный модуль может быть использован, вне зависимости от назначения, в любых проектах, где применяются железобетонные конструкции [1, с.73].
Также, была построена математическая модель задачи оптимальной нарезки арматур железобетонных конструкций. Созданная математическая модель дает возможность выбора такого варианта нарезки, при котором суммарная длина отходов будет минимальной. Решив задачу частичного целочисленного программирования (1.3), (1.1), (1.4), можно минимизировать отходы [5, с. 117]. Выполнив заказ или нарезку арматур с минимальными отходами, можно снизить количество бракованных арматур.
t=1 k=1
Рисунок 3. Автоматически сгенерированная развертка колонны С 61 в среде AutoCAD
k
Литература 5.
1. Амирасланова З. Н. Журнал "Информационные Технологии" №8, Москва, 2014. — 80 с. 6.
2. Amiraslanova Z.N. Proceedings of the Academy of Sciences of Azerbaijan. v.XXVIII, no.6, Baku, 2008. — p.160. 7.
3. Amiraslanova Z.N. Proceedings of the Academy of Sciences of Azerbaijan. v.XXXI, no.3, Baku, 2011. — 8. p.200.
4. Байков В.Н., Сигалов Э.Е. Железобетонные конструк- 9. ция. М., Стройиздат, 1991, — 767 стр.
Банди Б. Основы линейного программирования, Москва, «Радио и связь», 1989. — 176 с. Гладков С.А. Программирование на языке АВТОЛИСП в системе САПР АВТОКАД. Москва, «Диалог-МИФИ», 1991. — 93 стр.
Новиков, Ю. В. Экология, окружающая среда и человек. Москва, «Гранд», 2005, — 728с. Романовский И.В. Алгоритмы решения экстремальных задач. Москва, «Наука», 1977, — 352 с. http://eurocodes.jrc.ec.europa.eu/doc/1110_WS_EC2/Pre sentations/05_EC2WS_Arrieta_Detailing
АНАЛИЗ ПРОЦЕССА СУШКИ СЛОЯ КАПИЛЛЯРНО-ПОРИСТОГО МАТЕРИАЛА
ПРИ ОДНОСТОРОННЕМ НАГРЕВЕ
Ибрагимов Фаниль Габдулович
Канд. тех. наук, доцент кафедры теоретической механики и сопротивления материалов МГТУ, г. Магнитогорск
Антонов Вячеслав Николаевич
Канд. тех. наук, доцент кафедры теплотехнических и энергетических систем МГТУ, г. Магнитогорск Рассмотрим задачу сушки плоского материала, поперечное сечение которого разделено на три слоя: сухой, влажный и промежуточный (двухфазный). Фронт сушки определяется диапазоном температур tc ? tl (рис. 2.1).
Уравнение теплопроводности для влажного слоя запишется в виде:
5г в
a 2t в
дг
- a в
д х2
c граничными условиями:
dt
в~Х (£) - a e(t c ~ 11);
в~Х(1 Э= ос в(*в — *
где * - распределение температур во влажном слое;
I - толщина слоя материала; I — ^ - толщина влажного слоя;
(2.1)
(2.2) (2.3)
- температуропроводность и теплопроводность влажного слоя;
X - коэффициент теплоотдачи от промежуточного двухфазного слоя к влажному;
X - коэффициент теплоотдачи на поверхности, окружающей влажный материал;
- температура окружающей среды и начальная температура материала;
(т) - координата фронта испарения (кипения), зависящая от времени.
Решение уравнения теплопроводности ищем в виде функции типа волны:
г в=г о+*—г оО [—кх—£)] • (24)
