CC BY
63СОВРЕМЕННЫЕ ПРОГРАММНЫЕ КОМПЛЕКСЫ В ИНЖЕНЕРНОЙ
ПРАКТИКЕ
Хуршед Исламов
Магистр 1 ступени Самаркандского
филиала Ташкентского государственного экономического университета, член клуба "Келажак лидерлари"
Фарангиз Худоёрова
Студентка 4 курса Самаркандского государственного института иностранных языков, Вице-президент клуба "Келажак лидерлари"
АННОТАЦИЯ
В статье рассматриваются современные программы, относящиеся к области архитектуры, и их возможности. В статье описаны классификация, применение, преимущества и возможности современных программ применительно к отрасли.
Ключевые слова: ^временные программы, информационные технологии, архитектурно-строительное проектирование, автоматизация проектирования, САПР, Autodesk AutoCAD, Autodesk Revit, ArchiCAD, ANSYS
MODERN SOFTWARE COMPLEXES IN ENGINEERING PRACTICE
ABSTRACT
The article discusses modern programs related to the field of architecture and their capabilities. The article describes the classification, application, advantages and capabilities of modern programs in relation to the industry.
Keywords: Modern programs, information technology, architectural and construction design, design automation, CAD, Autodesk AutoCAD, Autodesk Revit, ArchiCAD, ANSYS,
Информационные технологии уже давно уверенно вошли в нашу повседневную жизнь и архитектурно-строительное проектирование не является исключением. Автоматизация проектирования требуется на всех стадиях проекта - от обоснования до сдачи объекта в эксплуатацию. Системы автоматизированного проектирования (САПР) облегчают и ускоряют работу, расширяют возможности, обеспечивают эффективное планирование и управление группой проектировщиков, совместимость данных, согласованность и своевременное обновление, унификацию и стандартизацию проектной, технологической, производственной, маркетинговой, эксплуатационной документации. Знание основ автоматизации проектирования и умение работать со средствами САПР требуется практически любому инженеру-разработчику.
Автоматизация проектирования - это синтетическая дисциплина, ее составными частями являются многие другие современные информационные технологии. Программные комплексы САПР относятся к числу наиболее сложных современных программных систем, включая в себя современные средства компьютерной графики, математического моделирования, программирования на языках высокого уровня, системы управления базами данных, технологии обмена информацией и распределенных вычислений. Математическое обеспечение САПР отличается богатством и разнообразием используемых методов вычислительной математики, статистики, математического программирования, дискретной математики, искусственного интеллекта [1-5]. В настоящее время при проектировании строительных конструкций в проектных организациях значительная часть расчетов выполняется на персональных компьютерах с помощью специальных проектно-вычислительных комплексов, в которых отражаются и используются самые современные достижения по расчету и проектированию сооружений. Рынок программных средств САПР фактически сформировался и продолжает непрерывно развиваться. Существуют сотни программных продуктов САПР, специализированных и универсальных.
В данном обзоре представлены программы, отобранные по следующим критериям:
• применение в области архитектуры и строительства - специализированные САПР, а также некоторые машиностроительные САПР;
• лидирующие позиции в соответствующей области задач (известные бренды, длительная история разработки, широкое использование);
• доступность для изучения и применения (свободные лицензии, наличие демо- или учебных версий);
• простота освоения (наличие доступной документации, литературы).
САПР для архитектуры и строительства - это системы, предназначенные
для комплексной автоматизации процесса проектирования (создание чертежей, подготовка проектной документации, создание BD-моделей) в архитектуре и строительстве [6-12]. Эти программы используют в своей работе различные архитектурные и проектные мастерские, компании строительной отрасли для проектирования различных сооружения и зданий, моделирования и анализа их конструкций, инженерных систем, подсистем и так далее. По целевому назначению различают САПР, которые обеспечивают различные аспекты проектирования.
• CAD (computer-aided design/drafting) — средства автоматизированного проектирования (в узком смысле), предназначенные для автоматизации двумерного и/или трехмерного геометрического проектирования, создания конструкторской и/или технологической документации.
• CAE (computer-aided engineering) — средства автоматизации инженерных расчетов, анализа и моделирования физических процессов, осуществляют динамическое моделирование, проверку и оптимизацию изделий. Основой процесса проектирования является создание геометрической модели объекта и соответствующей документации (чертежей).
Традиционный подход к автоматизации процесса проектирования состоит в воспроизведении процесса черчения средствами компьютерной графики. Модель строится из геометрических элементов (линий, дуг, кривых, окружностей, эллипсов и т.д.) и средств аннотации (текста). Соответствующие программы представляют собой как бы «электронный кульман» и часто содержат в названии сочетание CAD: AutoCAD, bCAD, Bocad-3D, FreeCAD, QCad и другие.
Autodesk AutoCAD — двух- и трехмерная система автоматизированного проектирования и черчения. Входит в состав программного комплекса Building Design Suite (Standard, Premium, Ultimate). Разработчик - Autodesk (США). Проприетарное коммерческое программное обеспечение. Доступна функционально ограниченная учебная версия. Платформа - Microsoft Windows. Актуальные версии - Autodesk AutoCAD 2015. Сайты программы -http://www.autodesk.ru/; http://www.autodesk.com/ Первая версия системы была выпущена в 1982 году.
AutoCAD и специализированные приложения на его основе нашли широкое применение в машиностроении, строительстве, архитектуре и других отраслях промышленности. Функциональные возможности Ранние версии AutoCAD оперировали небольшим числом элементарных объектов, такими как круги, линии, дуги и текст, из которых составлялись более сложные. В этом качестве AutoCAD заслужил репутацию «электронного кульмана», которая остается за ним и поныне [13-18]. Однако на современном этапе возможности AutoCAD весьма широки.
В области двумерного проектирования AutoCAD по-прежнему позволяет использовать элементарные графические примитивы для получения более сложных объектов [19-24]. Кроме того, программа предоставляет весьма обширные возможности работы со слоями и аннотативными объектами (размерами, текстом, обозначениями). Использование механизма внешних ссылок (XRef) позволяет разбивать чертеж на составные файлы, за которые ответственны различные разработчики, а динамические блоки расширяют возможности автоматизации 2D-проектирования обычным пользователем без использования программирования.
Начиная с версии 2010 в AutoCAD реализована поддержка двумерного параметрического черчения. В версии 2014 появилась возможность динамической связи чертежа с реальными картографическими данными. Текущая версия
программы (AutoCAD 2014) включает в себя полный набор инструментов для комплексного трехмерного моделирования (поддерживается твердотельное, поверхностное и полигональное моделирование). AutoCAD позволяет получить высококачественную визуализацию моделей с помощью системы рендеринга mental ray. Также в программе реализовано управление трехмерной печатью (результат моделирования можно отправить на SD-принтер) и поддержка облаков точек (позволяет работать с результатами SD-сканирования). Тем не менее отсутствие трехмерной параметризации не позволяет AutoCAD напрямую конкурировать с машиностроительными САПР среднего класса.
Autodesk Revit - программный продукт, основанный на технологии информационного моделирования зданий (BIM) и объединяющий в рамках единого комплексного решения инструменты для архитектурного проектирования, проектирования инженерных систем зданий и строительных конструкций. Входит в состав программного комплекса Building Design Suite (Premium, Ultimate). Разработчик - Autodesk (США). Доступна функционально ограниченная учебная версия. Платформа - Microsoft Windows. Сайты программы - http://www.autodesk.ru/; http : //www.autodesk.com/
Основные особенности программы Концептуальное проектирование -удобные инструменты концептуального проектирования позволяют создавать эскизы зданий произвольной формы [25-29]. Грани полученной формы будут использованы для создания перекрытий, стен, витражей и крыш. Еще на стадии концептуального проектирования у пользователя есть возможность сделать предварительный расчет площадей и объема здания рассчитанного поэтажно.
Параметрические компоненты - могут представлять собой как простейшие строительные элементы (стены, колонны и т.п.), так и более сложные - например, мебель, различного рода оборудование и т.д. Параметрические компоненты, известные также как семейства, являются основой процесса проектирования в Autodesk Revit.
Для создания семейств не требуется знания языков программирования. Спецификации. Являются одним из видов представления модели в Autodesk Revit. Любое изменение в модели ведет к автоматическому изменению в спецификации и наоборот. Предусмотрена возможность ассоциативно разделять таблицы спецификаций, а также использовать в проекте такие элементы, как формулы и фильтры. Ведомость материалов. Ведомость материалов позволяет подробно рассчитывать количественные показатели. Эта функция незаменима для определения стоимости затрат на материалы. Точность и актуальность информации о материалах обеспечивается на протяжении всего проектного цикла.
Проверка на пересечения элементов модели. В программе предусмотрена специальная функция для проверки объектов трехмерной модели на наличие
пространственных пересечений. Рендеринг. Система рендеринга MentalRay позволяет добиться фотореалистичной визуализации выполненных проектов. Библиотека материалов Autodesk насчитывает более 1200 компонентов. Совместная работа. Технология совместной работы, используемая в Autodesk Revit, дает возможность всем участникам коллектива осуществлять одновременный доступ к модели здания, а также предоставляет инструменты, для виртуального деления модели на отдельные части с возможностью настройки совместного доступа к различным частям проекта. Проектирование несущих конструкций здания.
При создании несущих конструкций здания, параллельно с физической моделью, создается аналитическая модель здания. Аналитическая модель, созданная в проекте, может содержать данные о нагрузках и о комбинациях нагрузок, информацию об опорах и граничных условиях, а также о свойствах материалов и профилей. При необходимости, аналитическую модель можно редактировать, для этого в программе есть разнообразные и удобные инструменты. Расчет строительных конструкций здания. Данные, содержащиеся в аналитической модели программы Autodesk Revit, могут быть обработаны с помощью расчетной программы Autodesk Robot Structural Analysis Professional или других расчетных программ, созданных сторонними разработчиками.
При использовании для проведения расчетов программы Autodesk Robot Structural Analysis Professional, между программами осуществляется двусторонняя связь по передаче данных. Таким образом, после проведения необходимых расчетов, модель в программе Autodesk Revit может быть автоматически обновлена с учетом полученных результатов [30-33]. Внутренние инженерные системы, как и другие объекты в Revit, создаются средствами SD-моделирования. Удобные инструменты трассировки, интерактивные возможности изменения фитингов, арматуры, оборудования, формы и конфигурации системы позволяют быстро создавать самые сложные проекты.
ArchiCAD - программное обеспечение, считающееся лучшей строительно-архитектурной системой проектирования, которая использует концепцию "виртуального здания" и технологию "моделирования сооружений" (BIM). Разработчик - Graphisoft (Венгрия). Платформа - Microsoft Windows, Mac OS X. Сайт программы - http://www.graphisoft.ru
Программа ArchiCAD фирмы Graphisoft была первой на технологии BIM и до сих пор сохраняет лидирующие позиции за счет внедрения инновационных решений. С самого начала ArchiCAD разрабатывался как рабочий инструмент архитектора, позволяющий полностью сконцентрироваться на воплощении творческих идей. Отсюда упор на развитие средств трехмерного проектирования, позволяющих создавать свободные формы и конструкции, высококачественную
визуализацию процесса и результатов работы, развитие средств коллективной работы и контроля. Рабочее пространство.
Рабочая среда ArchiCAD дает полный контроль над процессом проектирования, позволяя в любой момент времени вносить любые изменения, и незамедлительно отражая их в документации. Можно моментально извлечь из центральной базы данных BD-модели всю информацию, необходимую для создания планов, разрезов и фасадов, деталей, каталогов и спецификаций, визуализаций, анимаций и BD-документов. Производительность. Для существенного увеличения производительности при работе с большими детализированными моделями и повышения продуктивности использования BIM, в ArchiCAD реализованы передовые в САПР-индустрии технологии фоновой обработки данных и оптимизированная работа с многоядерными процессорами.
Улучшение работы графического ядра позволило сделать динамический предварительный просмотр плавным и бесперебойным, особенно при работе с очень большими моделями. Механизм визуализации. Интегрированный непосредственно в среду ArchiCAD 18, механизм визуализации CineRender, разработанный компанией MAXON для CINEMA 4D, дает возможность создавать профессиональные высококачественные фотовизуализации без помощи сторонних приложений. Оценка энергоэффективности. В современном мире экоустойчивость является обязательным требованием, предъявляемым ко всем проектам. GRAPHISOFT продолжает развитие —зеленого! направления, предлагая наилучшие интегрированные решения в области экоустойчивого проектирования. Усовершенствованная функция Оценки Энергоэффективности, встроенная в ArchiCAD 18, позволяет осуществлять динамическое энергетическое моделирование, отвечающее общепринятым стандартам.
ANSYS — это передовой комплекс средств компьютерного инженерного моделирования, использующий метод конечных элементов. Инструменты ANSYS позволяют решать всевозможные задачи из различных областей физики: конструкционные, тепловые, гидрогазодинамические, электромагнитные, а также междисциплинарные (с сопряжением различных областей физики). Совокупность модулей ANSYS позволяет решать любые сложные задачи, с которыми может столкнуться современный разработчик. Разработчик - ANSYS, Inc. (США). Платформа - Microsoft Windows, Linux, Unix. Актуальные версии. ANSYS 15.0 (2013). Сайты программы. http://www.ansys.com, http://www.cadfem-cis.ru/products/ansys/, http://www.cae-expert.ru/
Программная платформа ANSYS Workbench позволяет в едином информационном пространстве интегрировать модули для проведения связанного междисциплинарного анализа. Отличительными особенностями модулей, работающих на программной платформе ANSYS Workbench, являются:
• Графический интерфейс, построенный на основе объектноориентированного принципа управления процессом работы с модулями. Под этим понимается представление этапов работы в конкретном модуле в виде структурной схемы, в которой каждому этапу соответствует раздел, содержащий объекты расчетной модели. Для каждого объекта возможен ввод и редактирование свойств.
• Двунаправленная ассоциативная связь с геометрическими моделями, созданными в CAD-системах.
• Общее информационное пространство управления проектом инженерного анализа, возможность использования нескольких альтернативных способов препроцессинга и расчета для одной и той же исходной геометрической модели.
• Возможность интеграции с системами управления базами данных изделия и с системами технического документооборота (Teamcenter).
• Возможность передачи КЭ-модели для дальнейшего расчета в классическую среду ANSYS. В состав платформы ANSYS Workbench интегрированы приложения ANSYS DesignModeler, ANSYS DesignXplorer, ANSYS Meshing, а также интерфейсы для экспорта и импорта геометрий из CAD-систем.
ANSYS Multiphysics — наиболее универсальная лицензия ANSYS для решения многодисциплинарных задач, (задач мультифизики) требующих одновременного моделирования различных физических явлений с учетом их взаимного влияния друг на друга. Данный продукт может быть использован для решения задач механики деформируемого твердого тела, оценки температурного состояния конструкции, выполнения гидрогазодинамического расчета и электромагнитного анализа в любом диапазоне частот.
Примерами таких задач в строительстве являются: ветровая нагрузка на высотные здания и сооружения, прочность остекления и пр. ANSYS Mechanical -семейство программных продуктов ANSYS в области механики деформируемых твердых тел ANSYS Mechanical включает полный набор линейных и нелинейных элемен- 29 тов, удобную для использования и редактирования базу материалов от конструкционной стали до резины, а также широкий набор методов решения (решателей). Это позволяет легко решать самые сложные и комплексные задачи, даже если они включают нелинейный контакт.
ANSYS Explicit STR, ANSYS AUTODYN и ANSYS LS-DYNA - решения ANSYS для расчетов динамики в явной постановке В основе явных динамических решателей продуктов ANSYS для задач динамики в явной постановке лежит решение дифференциальных уравнений в частных производных, выражающих законы сохранения масс, импульсов и энергии с использованием интегрирования по времени в явном виде.
Модули ANSYS Explicit STR, ANSYS AUTODYN и ANSYS LS-DYNA совместно предлагают полный набор функций, необходимых для решения сложных задач в явной постановке, что позволяет численно моделировать процессы формования материалов, анализа аварийных столкновений и ударов при конечных деформациях, при нелинейном поведении материала и контактном взаимодействии большого числа тел, задачи динамического поведения предварительно напряженных конструкций и задачи исследования разгрузки конструкций, подвергнутых большим деформациям.
Настоящее время существует огромное количество программ, помогающих пользователю получить, обобщить и проанализировать информацию о компьютере. При схожих целях подобные утилиты зачастую довольно сильно различаются по своей реализации, удобству интерфейса, набору инструментов диагностики и функциональности в целом. Среди подобных программ встречаются как узкоспециализированные, предназначенные для детального рассмотрения одной из подсистем компьютера, так и позволяющие провести диагностику системы в целом и всех ее подсистем в отдельности. Конечно, значительную часть информации, предоставляемой подобными утилитами, можно при желании почерпнуть и из штатных средств Windows (к примеру, с помощью утилиты Microsoft System Information), но, отдавая должное разработчикам подобного ПО, нужно отметить более удобный и дружественный интерфейс таких утилит и их несомненно большую информативность. Зачастую в состав утилит диагностики и мониторинга разработчики включают тестовые модули, позволяющие на основе несложных, а главное — недлительных синтетических тестов составить более полное представление о компьютерной системе и принять продуманное решение, касающееся способов увеличения ее производительность. Да и просто сбор систематизированной подробной информации о системе способен порой открыть пользователю глаза на причины тех или иных проблем, возникающих при работе с ПК.
REFERENCES
[1] Пелевина И.А. Самоучитель AutoCAD Civil 3D 2011. - СПб.: БХВПетербург,
2011. - 416 с.
[2] Малова Н.А. ArchiCAD 15 в примерах. Русская версия. - СПб.: БХВПетербург,
2012. - 432 с.
[3] Вандезанд Д., Рид Ф., Кригел Э. Autodesk: Revit Architecture 2013-2014. Официальный учебный курс. - М.: ДМК Пресс, 2013. - 328 с.
[4] Барабаш М.С., Бойченко В.В., Палиенко О.И. Информационные технологии интеграции на основе программного комплекса САПФИР (BIM) Киев: изд-во «Сталь», 2012. - 485 с.
[5] Городецкий Д.А., Барабаш М.С., Водопьянов Р.Ю., Титок В.П., Артамонова А.Е. Программный комплекс ЛИРА-САПР® 2013. Учебное пособие. Под редакцией академика РААСН Городецкого А.С. - К.-М.: Электронное издание, 2013г., - 376 с.
[6] Городецкий Д.А., Юсипенко С.В., Батрак Л.Г., Лазарев А.А., Рассказов А.А. МОНОМАХ-САПР 2013. Учебное пособие. Примеры расчета и проектирования. К.: Электронное издание, 2013. - 368 с.
[7] Каплун А.Б., Морозов Е.М., Олферьева М.А. ANSYS в руках инженера: Практическое руководство. - Изд-во: Либроком, 2009. - 272 с.
[8] Использование средств компьютерного моделирования в курсах механики жидкости и газа: Учебно-методическое пособие / Сост. Кондратин Т.В., Ткаченко Б.К., Березникова М.В. и др. - М.:МФТИ, 2005. - 112 с.
[9] Собирова, Н. Н. (2021). НЕВЕРБАЛЬНАЯ КОММУНИКАЦИЯ. Проблемы современной науки и образования, (5-2 (162)), 22-25.
[10] Odilzhonova, M. (2019). CONCEPT OF PARALINGISTICS AND ITS ORIGIN. Мировая наука, (4), 97-99.
[11] Numonjonovna, S. N. Non-Verbal Communication.
[12] Numonjonovna, E. N., & Abdullaevich, M. H. (2017). Paralinguistic features in written speech. Проблемы педагогики, (6 (29)).
[13] Numonjohnovna, E. N., Ugli, B. B. B., & Ilmiddinovich, K. S. (2019). Problems in developing speaking skills of students of technical higher educational institutions. Проблемы современной науки и образования, (12-1 (145)).
[14] Ergasheva, N. N., & Mamatov, H. A. (2017). Paralinguistic features in written speech. Проблемы педагогики, (6), 30-31.
[15] Ergasheva, N. N. (2018). THE EFFECTIVENESS OF USING REALIA IN TEACHING VOCABULARY. Интернаука, (24-3), 45-46.
[16] Ergasheva, N. N., & Mamatov, H. A. (2017). Paralinguistic features in written speech. Проблемы педагогики, (6), 30-31.
[17] Ягъяева, Э. Б. (2017). Важность перевода в межкультурной коммуникации. Вопросы науки и образования, (3 (4)).
[18] Bahtiyarovna, Y. E. (2018). Some methodology for keenness of teachers of English. Вопросы науки и образования, (5 (17)).
[19] Bakhtiyarovna, Y. E. (2019). The main problems encountered in a second/foreign language acquisition in technical higher educational institutions. Проблемы современной науки и образования, (11-2 (144)).
[20] Yagyaeva, E. B. (2019). THE MAIN PROBLEMS ENCOUNTERED IN A SECOND/FOREIGN LANGUAGE ACQUISITION IN TECHNICAL HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. Проблемы современной науки и образования, (11-2), 61-62.
[21] Yagyaeva, E. B. (2019). PORTFOLIO AS AN ASSESSMENT TOOL FOR INDIVIDUALIZED INSTRUCTION. Достижения науки и образования, (5), 83-84.
[22] Ягъяева, Э. Б. (2018). Коммуникативная компетенция как ключевой фактор становления специалиста. Вопросы науки и образования, (5 (17)).
[23] Gulomjonovna, N. N., Khabibullaevna, M. B., Sobirjonovna, M. M., Djakhonobodkhonovna, K. G., & Bakhtiyarovna, Y. E. (2020). Gardens created by Kokand Khanates. International Journal of Psychosocial Rehabilitation, 24(7), 80848089.
[24] Gulomzhohnovna, N. N., Bakhtiyarovna, Y. E., & Sobirzhonovna, M. M. (2019). Preparing guide-translators in the sphere of tour industry. Проблемы современной науки и образования, (11-2 (144)).
[25] Nazarova, N. G. (2020). PROBLEMS AND PROSPECTS IN THE TRAINING SYSTEM OF GUIDE TRANSLATORS IN UZBEKISTAN. Scientific Bulletin of Namangan State University, 2(11), 253-256.
[26] Gulomjonovna, N. N. Features Of Training Guide-translators. JournalNX, 152-155.
[27] Nazarova, N. G. (2021). Tourism terminology pragmatics. Middle European Scientific Bulletin, 12, 315-318.
[28] Gulomzhohnovna, N. N., Bakhtiyarovna, Y. E., & Sobirzhonovna, M. M. (2019). Preparing guide-translators in the sphere of tour industry. Проблемы современной науки и образования, (11-2 (144)).
[29] Madrakhimova, M. S. (2020). WRITING AS AN AIM AND MEANS OF TEACHING IN LEARNING A FOREIGN LANGUAGE. Scientific Bulletin of Namangan State University, 2(11), 209-213.
[30] Gulomjonovna, N. N., & Sobirjonovna, M. M. (2019). Peculiarities of using shrines in Fergana Valley for the Purpose of Tourism. International Journal on Integrated Education, 2(6), 1-4.
[31] Madrakhimova, M. S. (2021). Customer-oriented approach as a development strategy of a tourism enterprise. Middle European Scientific Bulletin, 12, 311-314.
[32] Madrakhimova, M. S. (2018). Teaching a foreign language through music. Dostizheniya nauki i obrazovaniya, 19(41), 62.
[33] Gulomjonovna, N. N., Khabibullaevna, M. B., Sobirjonovna, M. M., Djakhonobodkhonovna, K. G., & Bakhtiyarovna, Y. E. (2020). Gardens created by Kokand Khanates. International Journal of Psychosocial Rehabilitation, 24(7), 80848089.
