CC BY
46
Маркин А. ВХарин В. Н. МОДЕЛИ ЭСКИЗНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОТТЕДЖЕЙ ИЗ ЛЕСОМАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ПОЗАКАЗНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Проектирование для позаказного производства представляет собой процесс проектирования на основе использования объекта-прототипа с учетом разумных пожеланий заказчика по объемно-планировочному решению, по вопросам оформления интерьера и наружной отделке, по стилевому, техническому и технологическому решению. Сроки получения готовых чертежей после согласования изменений и дополнений, внесенных заказчиком должны быть минимальными. Для обеспечения этого требования учет пожеланий заказчика по изменению определенных параметров коттеджа-прототипа осуществляется на этапе эскизного проектирования с использованием средств автоматизации процесса проектирования в рамках реализации концепции "безошибочного проектирования" .
Основными работами, выполняемыми на этапе эскизного проектирования, являются выбор, анализ и сравнительная оценка вариантов архитектурного и конструктивного решений объекта, их проверка и выбор оптимального варианта с обоснованием выбора. В соответствии с [2] сравнение проводят по показателям качества изделия (назначения, надежности, технологичности, стандартизации и унификации, экономическим, эстетическим, эргономическим). При этом следует учитывать конструктивные и эксплуатационные особенности разрабатываемого и существующих изделий, тенденции и перспективы развития отечественной и зарубежной техники в данной области. Результатом эскизного проектирования является совокупность документов, содержащих принципиальные архитектурные, технологические и конструктивные решения, на основании которых можно сформировать общее представление о внешнем облике и интерьере коттеджа и функционировании объекта.
В рамках реализации концепции "безошибочного проектирования" трактовка понятия эскизного проектирования имеет ряд отличительных особенностей. С методологической точки зрения концепция "безошибочного проектирования" разделяет процесс проектирования и возведения коттеджа из лесоматериалов на два относительно обособленных этапа, изображенных на рис. 1: создание прототипного объекта и реинжиниринг суще-
ствующего объекта-прототипа с учетом разумных пожеланий заказчика.
Этап создания прототипного объекта представляет собой традиционный процесс проектирования с некоторыми отличительными особенностями, в результате которого на основании архитектурно-планировочного задания на проектирование, конструктивных возможностей (в рамках определенных ограничений) и технологических возможностей производства строительных изделий и конструкций назначаются принципиальные архитектурно-строительные решения по вопросам объемно-планировочного решения будущего коттеджа. Одним из основных конструктивных ограничений является ограничение максимального пролета элемента для принятого конструктивного решения объекта. Использование элементов, превышающих максимальный пролет, не возможно, так как применение, например, арочных конструкций или балок большой высоты в коттеджах не целесообразно. Традиционный процесс проектирования заключается в том, что архитектор создает в своем воображении образ будущего объекта, который потом совместно с конструктором конкретизирует в проектной документации. Таким образом, задача архитектора при традиционном проектировании состоит в понижении уровня абстракции модели объекта. Проектирование осуществляется в направлении от концепции изделия к его реализации. Эскизное проектирование прототипного объекта в рамках реализации концепции "безошибочного проектирования" изменяет направление вектора движения архитектурной мысли. Ставится задача: построить эскизную модель коттеджа из лесоматериалов, включающую конструктивные и функционально-технологические особенности объекта и технологические возможности производства строительных конструкций. Архитектор повышает уровень абстракции модели объекта, получая в результате не комплект проектной документации на конкретный объект, а математическую модель прототипного объекта.
технологические возможности производства строительных изделий, конструкций и полуфабрикатов --------1--------
задание на проектирование --------1-------
I конструктор І I архитектор
Рис. 1 - Алгоритм проектирования и возведения коттеджей из лесоматериалов в рамках реализации концепции "безошибочного проектирования".
Исходные положения, на основании которых выполняется эскизное проектирование, дополняются формализованным описанием технологических возможностей применяемой строительной техники, технологическими возможностями производства строительных изделий и конструкторско-технологическими требованиями и ограничениями. В процессе эскизного проектирования в прототипные модели на абстрактном уровне включаются две группы методов: алгоритмы реструктуризации, предназначенные для определения правил компиляции прототип-ных моделей в конкретные изделия, и алгоритмы верификации, гарантирующие безошибочность реализации этого процесса.
Результатом выполнения единичного акта эскизного проектирования является получение математической модели прототипного объекта, совокупность которых составляет библиотеку прототипов - основу реинжиниринга. Реинжиниринг - это процесс получения конкретного коттеджа, удовлетворяющего требованиям заказчика и являющегося проекцией одного из экземпляров библиотеки прототипных объектов. Реинжиниринг представляет собой объединение двух параллельно выполняемых процессов: реструктуризации объекта и возврат-
ного проектирования.
Под реструктуризацией понимается преобразование модели коттеджа от одного вида к другому на том же уровне абстракции. Множество алгоритмов реструктуризации определяется на этапе создания прототипного объекта, поэтому ее проведение не предполагает знаний конкретного строительного производства.
Возвратное проектирование - это компиляция абстрактной модели коттеджа после реструктуризации в конкретную модель, содержащую всю необходимую информацию для возведения объекта.
Концепция "безошибочного проектирования" предполагает дифференцирование эскизного и функционального проектирования по времени выполнения. Основной упор делается на эскизном проектировании, так как именно
конструктивные возможности -------І--------
на этом этапе закладываются основы безошибочности проектирования и возведения коттеджей из лесоматериалов. Он реализуется квалифицированными архитекторами, конструкторами и смежниками. Функциональное проектирование является производным процессом, результаты которого во многом определяются качеством эскизного проектирования. Оно выполняется на этапе заключения договора, как правило, специалистами, не обладающими достаточными познаниями в области строительства коттеджей. Однако автоматическое выполнение методов реструктуризации и верификации, заложенных в процессе создания прототипных объектов, позволяет минимизировать количество субъективных ошибок и выполнять изготовление строительных изделий, конструкций и полуфабрикатов, минуя некоторые стадии внесения изменений и согласований, характерные для индивидуального строительства коттеджей из лесоматериалов.
Структуризация процесса проектирования позволяет избежать выполнения полного цикла архитектурноконструкторского и технологического проектирования. Время реинжиниринга значительно меньше времени проектирования нового коттеджа, при этом субъективные ошибки исключаются на этапе реструктуризации.
Эскизное проектирование прототипных объектов коттеджей из лесоматериалов в рамках реализации концепции "безошибочного проектирования" предполагает синтез структуры объекта и параметров всех составляющих его элементов: структурный и параметрический синтез коттеджа.
Задача структурного синтеза формулируется следующим образом: по заданному функциональному назначению элементов коттеджа (например, набор и экспликация помещений) получить описание объекта (математическую модель), реализующее требуемую функциональность в рамках заданной системы ограничений [3, 5]. Результатом решения задачи структурного синтеза является формализованное описание состава коттеджа и связей между его конструктивными и функциональными элементами.
Решение задачи структурного синтеза требует с одной стороны выбора варианта из множества большой размерности, а с другой стороны - учета различных слабо формализуемых факторов. При проектировании коттеджей из лесоматериалов в позаказном производстве к таким факторам относятся субъективные архитектурно-планировочные и конструктивные предпочтения конкретного заказчика коттеджа. По этой причине задача структурного синтеза имеет большую размерность, что делает целесообразным применение блочноиерархического подхода к проектированию, при котором процесс проектирования разбивается на совокупность взаимосвязанных иерархических уровней, которые соответствуют уровням детализации объекта.
Для решения задач структурного синтеза существует ряд методов, в основе которых лежит работа с прототипами. Каждый прототип представляет собой обобщенную структуру, реализующую некоторое пространство объектов, в котором находятся элементы, образующие структуру проектируемого объекта.
Задача параметрического синтеза заключается в нахождении числовых значений параметров элементов в рамках синтезированной структуры и заданных ограничениях. Для оценки варианта спроектированного объекта формируется его математическая модель, которая включает следующие данные:
описание готового коттеджа, которому соответствует вектор выходных параметров Z={zi};
описание элементов, входящих в проектируемый объект, которому соответствует вектор внутренних параметров X={xi};
описание среды строительства коттеджа (условий площадки строительства и функциональнотехнологические требования к объекту), которому соответствует вектор внешних параметров Y={yi};
описание конструкторско-технологических требования и ограничений на проектируемый объект, которому соответствует вектор ограничений на выходные параметры T={ti}.
Общий вид математической модели задается соотношением Z=F (X, ^) , (1)
а решение задачи параметрического синтеза сводится к нахождению такой точки (области) пространства внутренних параметров, в которой достигается оптимальное значение функции при заданном векторе внешних параметров, а вектор выходных параметров удовлетворяет вектору ограничений, то есть Zi £ [Ь1к,Ь1п] (2)
При решении задачи проектирования коттеджа из лесоматериалов используется объектно-ориентированный подход, практическое применение которого сводится к нахождению объектов предметной области, которые являются целью исследования, с последующей реализацией и моделированием их в виде абстрактных классов. Коттедж из лесоматериалов рассматривается как некоторая самодостаточная сущность, инкапсулирующая в себе данные (атрибуты объекта), поведение (свойства объекта), а также способы взаимодействия с внешним окружением посредством некоторого интерфейса (методы объекта). Такое проектирование характеризуется тремя основными факторами:
использованием математических моделей высокого уровня абстракции, получаемых посредством объектноориентированной декомпозиции обобщенных представителей проектируемых объектов;
включением в математическую модель помимо геометрической информации данных о структуре коттеджа, его функционально-технологических особенностях, а также об особенностях возведения объекта;
включение в математическую модель формализованного математического описания конструкторско-технологических требований и ограничений.
Данный подход позволяет описать пространство прототипных объектов коттеджей из лесоматериалов, из элементов которого проецируются конкретные изделия, обладающие заданным набором потребительских качеств и объединенные единым стилевым решением.
Объектно-ориентированный подход к формированию эскизных моделей коттеджей из лесоматериалов предполагает наличие избыточности семантической информации. Это компенсируется возможностью реализации алгоритмического контроля выполнения большей части проектных операций, что приводит к существенному снижению общего количества субъективных ошибок, возникающих в процессе проектирования и строительства коттеджа. Концептуальная модель эскизного проекта коттеджа из лесоматериалов представлена на рис. 2.
В общем случае элементы эскизного проекта коттеджа из лесоматериалов представляют собой зависимость вида:
ЭПi=F (ASj, К1г Мк, Рш, Zp), (3)
где ASj - модель учитывающая архитектурно-строительные решения по объекту строительства; К - множество конструкторско-технологических требований и ограничений; Мк - данные о применяемых конструкций; Рт - характеристика инженерно-геологических условий площадки строительства; Zp - данные, учитывающие пожелания заказчика.
ASj=F ([Fp, Ер, Ор, Мк],[Кк, Вк,ик, Мк, Тк]), (4)
где Fp, Ер, Ор, Мк - модели, учитывающие архитектурные решения; Fp - модель, учитывающая функциональное назначение помещений; Ep - экспликация помещений; Op - решения по отделке помещений и фасадов; Мк -данные о применяемых материалах; Кк, Вк,ик, Мк, Тк - модели, учитывающие конструктивные решения; Кк -информация о применяемых конструкциях; ВК - данные, учитывающие технологические особенности производства строительных конструкций; Пк - модели узлов сопряжения конструктивных элементов; Тк - модели конструкторско-технологических требований и ограничений.
Рис. 2 - Концептуальная модель эскизного проекта коттеджа из лесоматериалов.
Формирование эскизного проекта осуществляется на основе использования прототипных геометрических моделей, построенных с использованием функциональной и объемно-планировочной декомпозиции [6].
Каждая проектная операция формирования элемента подвергается процедуре анализа на безошибочность с точки зрения допустимости геометрических и функционально-технологических решений, а также размещения узлов сопряжения конструктивных элементов. Однако ряд проектных решений не может быть проанализирован на уровне эскизного проектирования по причине аспектного характера соответствующих атрибутов. Такие атрибуты включаются в эскизное описание структурно-атрибутивной модели коттеджа из лесоматериалов в виде набора аспектной логики для того, что бы процедуры контроля безошибочности могли быть реализованы на более низких уровнях абстракции.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бунаков, П. Ю. Объектные структурно-атрибутивные модели прототипов для САПР мебельных изделий в
позаказном промышленном производстве // Высокие технологии, фундаментальные и прикладные исследования, образование, т. 1: Сборник трудов Первой международной научно-практической конференции «Исследования,
разработка и применение высоких технологий в промышленности / Под ред. А. П. Кудинова, Г. Г. Матвиенко, СПб.: Изд-во Политехнического университета, 2005. - с. 35-36.
2. ГОСТ 2.119-73*. ЕСКД. Эскизный проект. [Текст]. - М.: ИПК Изд-во стандартов, 1999. - 6 с.
3. Джонс, Д. Методы проектирования [Текст]: [пер. с англ.] / Джонс Д. К. - М.: Мир, 1986. - 326 с.
4. Евгенев, Г. Б. Системология инженерных знаний. Серия: Информатика в техническом университете
[Текст] / М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2001. - 376 с.: ил.
5. Йордон, Э. Структурные модели в объектно-ориентированном анализе и проектировании [Текст] : [пер.
с англ.] / Э. Йордон, К. Аргила - М.: Лори, 1999. - 268 с.
6. Маркин, А. В. Структурное проектирование и реинжиниринг коттеджей из лесоматериалов для позаказ-
ного производства [Текст] / А. В. Маркин, В. Н. Харин, В. В. Щекалев // Наука и образование на службе лесного комплекса (к 75-летию ВГЛТА): Материалы международной научно-практической конференции 26-28
октября 2005. - Воронеж: ВГЛТА, 2005. - Том 1: с. 303-312.
