Лекция 3. Роль информационных систем в автоматизации предприятий строительной индустрии

Тенденции развития информационных систем в строительстве

Каждый запроектированный объект реализуется на строительной площадке. И чем замысловатее здание или сооружение, тем сложнее организм, где все должно быть создано своевременно, на своем месте и в нужном объеме. От этого зависит качество возводимого объекта и время, затрачиваемое на строительство. Разрабатываются системы позволяющие разрабатывать разделы ПОС (проекты организации строительства), ППР (проекты производства работ), ТК (технологические карты), ГНБ (горизонтально направленное бурение).

Сейчас очень актуально создание не просто чертежей проектируемого объекта, но и формирование его информационной модели (BIM). Постепенно эта технология придет и на строительную площадку. Уже сейчас наша компания предлагает наполнить информацией каждый объект, каждую линию на чертеже. Осталось в прошлом использование CAD-продуктов лишь в качестве удобных кульманов. Пришло время умных параметрических объектов, позволяющих быстрее, качественнее и точнее проектировать, а также посредством гибкой возможности редактировать уже созданные объекты и проекты в целом, исключая возможность появления мелких досадных ошибок и неточностей. Например, такие системы как СПДС^{^[1]} Стройплощадка позволяет выстроить строительные процессы для самых разных объектов: небольших зданий или сооружений; зданий, проектируемых в стесненных городских условиях; крупномасштабных объектов, рассчитанных на несколько этапов и очередей строительства. Менеджер проектов обеспечит сбор информации из нескольких *.dwg-файлов, объединит ее в четко выстроенную иерархию работ, которые создаются пользователем или берутся из предоставленных баз ГЭСН^{^[2]} и ЕНиР^{^[3]}. Им назначаются даты выполнения, объем и единицы измерения, количество необходимых рабочих. Разные вкладки Менеджера проектов используют единый список работ, но предоставляют более подробную информацию о стоимости, технике, строительных материалах.

Например для стройгенплана возведения жилого дома в стесненных условиях городской застройки можно увидеть варианты работы с опасными и рабочими зонами кранов и временными дорогами.

В рамках этого проекта инженеры могут использовать возможности изменения контура зон. По умолчанию программа строит рабочую, монтажную и опасную зоны работы крана автоматически в зависимости от вылета крюка и габаритов груза. Но при необходимости их контур можно отредактировать (добавить к контуру, вычесть из контура) или перезадать заново. Рассчитываются зоны в соответствии с нормами и строятся соответствующим образом:

· опасная зона работы крана;

· опасная зона падения предмета со здания;

· опасная зона работы грузовых подъемников;

· опасная зона работы грузопассажирских подъемников;

· опасная зона работы экскаватора.

Программа предоставляет богатый инструментарий для проектирования временных дорог. Существует база условных обозначений для различных видов автомобильных и железных дорог с заданием радиусов, непосредственной шириной дорог и обочин, нанесением размеров, откосов, параметров раскладки бетонных плит в конструкции дороги.

Зачем нужны 3D-модели?

Уже порядка 100 лет в производственной практике существует система, предполагающая разделение труда. Применительно к процессам проектирования, самым простым примером может служить цепочка: дизайнер — конструктор — технолог — рабочий. Каждый субъект этой цепочки преобразовывает и передает определенного вида информацию (техническое решение). Например, конструктор в своем сознании формирует окончательный образ будущего изделия. Этот образ должен быть передан в сознание технолога, чтобы тот сформировал последовательность изготовления. Именно процесс передачи информации об объектах производства без потерь и ошибок стал причиной появления универсального языка — технического черчения.

Теперь возникает закономерный вопрос: а зачем нужны 3D-модели изделий, если инженеры обходились и по сей день с успехом обходятся 2D-чертежами? Или иными словами: в чем эффективность систем трехмерной графики, если они как инструмент передачи данных не привносят в виртуальную модель изделия принципиально новой, в техническом плане, информации?

Ответ на данный вопрос кроется в идеологии автоматизированного проектирования, которая уже более 20 лет является одной из основных составляющих производства. Дело в том, что чаще всего на машиностроительных предприятиях (и не только) решаются производственные задачи, требующие от человека не творческого подхода, а лишь огромного количества рутинных арифметических вычислений. Именно для этих задач был создан целый класс систем:

CAE (Computer Aided Engineering) – системы поддержки инженерных решений, предназначенные для анализа напряжений в элементах конструкций, перемещений, колебаний, теплопередачи;

CAM (Computer Aided Manufacturing) – системы поддержки производства, роль которых сегодня свелась к подготовке управляющих программ для станков с ЧПУ;

CAPP (Computer Aided Process Planning) – системы проектирования технологии изготовления;

Работа этих систем возможна лишь при наличии в качестве исходной информации о топологии поверхности проектируемого изделия. Следовательно, 3D CAD (Computer Aided Design) – системы компьютерной поддержки проектирования, являются основным источником начальной информации для других составляющих систем автоматизированного проектирования (САПР).

Цели создания САПР

В настоящее время чрезвычайно возросли сложность и комплексность проблем, требующих решения в процессе проектирования. Создание машин качественно нового уровня предполагает использование важнейших достижений фундаментальных наук, конструирования и технологии, повышенную защиту обслуживающего персонала от вибрации и шума, учет современных экономических, социальных и экологических проблем. Задача повышения качества машин решают на стадии проектирования, когда можно всесторонне проанализировать конструктивные варианты с учетом большого числа требований. Так каждая машина должна, по возможности, иметь минимальную массу и достаточную надежность, высокую быстроходность и минимальную динамическую загруженность, низкую стоимость и большой срок службы и др.

При конструировании необходимо выбрать ее оптимальные параметры (структурные, кинематические, динамические, эксплуатационные), наилучшим образом соответствующие предъявляемым требованиям. При этом следует учитывать конкретные условия применения машины. Нельзя, например, произвольно увеличить ее производительность, не учитывая производительности смежного оборудования. В некоторых случаях машины с повышенной производительностью могут оказаться при эксплуатации недогруженными и будут больше простаивать, чем работать. Это снижает степень их использования и уменьшает экономическую эффективность.

Схему машины обычно выбирают путем параллельного анализа нескольких вариантов, оценивая их конструктивную целесообразность, совершенство кинематической и силовой схем, стоимость изготовления, энергоемкость, надежность, габаритные размеры, металлоемкость и массу, технологичность, степень агрегатности, удобство обслуживания, сборки-разборки, осмотра наладки, регулирования.

Как правило, не существует машины или конструкции, оптимальной по всем критериям одновременно. Поэтому расчеты производят для каждого критерия, строят таблицы результатов расчетов и используют их для обоснования выбора оптимального решения.

Зная возможности конструкции по всем критериям, конструктор совместно с заказчиком может обоснованно назначить на каждый из них ограничения, которые, с одной стороны, были бы практически достижимы, а с другой — удовлетворяли требованиям заказчика. Далее путем расчета выявляют конструкции, удовлетворяющие всем ограничениям одновременно.

Такие конструкции и составляют допустимое множество решений, из которого конструктор совместно с заказчиком выбирает оптимальную модель. Если таких конструкций не оказалось, то ограничения могут быть " ослаблены".

Из вышеизложенного следует, что развитие техники сопровождается усложнением всех систем машин и технологического оборудования. Возрастает трудоемкость их создания при одновременном повышении требований к качеству и эффективности конструкции, что находится в противоречии с необходимостью сокращения сроков ее разработки и промышленного освоения. Ликвидация указанного противоречия наиболее полно реализуется при широком внедрении в проектирование вычислительной техники. Основное направление при этом — создание систем автоматизированного проектирования (САПР).

Целями создания САПР как организационно-технической (человеко-машинной) системы являются:

1. Повышение качества проектирования вследствие увеличения, анализируемые конструкторских решений и более детального анализа каждого из них.

2. Сокращение срока разработки конструкции за счет автоматизации выполнения чертежных работ и расчетов, обработки исходной и полученной информации.

3. Уменьшение стоимости проектных работ путем сокращения их части, выполняемой без использования ЭВМ.

Эти цели достигаются применением совершенных математических методов и вычислительной техники, разработкой эффективных математических моделей, методов многовариантного проектирования и оптимизации, автоматизацией проведения расчетов и оформления графической документации.

Системы автоматизированного проектирования: определение, назначение

САПР — это организационно-техническая система, состоящая из совокупности комплекса средств автоматизации проектирования и коллектива специалистов подразделений проектной организации, выполняющая автоматизированное проектирование объекта, которое является результатом деятельности проектной организации.

Из этого определения следует, что САПР — это не средство автоматизации, а система деятельности людей по проектированию объектов. Поэтому автоматизация проектирования как научно-техническая дисциплина отличается от обычного использования ЭВМ в процессах проектирования тем, что в ней рассматриваются вопросы построения системы, а не совокупность отдельных задач.

Из определения САПР также следует, что целью ее функционирования является проектирование.

Практически решить в полном объеме задачу формализации всего процесса проектирования очень сложно, однако если будет автоматизирована хотя бы часть проектных операций, это себя все равно оправдает, т. к. позволит в дальнейшем развивать созданную САПР на основе более совершенных технических решений и с меньшими затратами ресурсов.

В целом для всех этапов проектирования изделий и технологии их изготовления можно выделить следующие основные виды типовых операций обработки информации:

· поиск и выбор из всевозможных источников нужной информации;

· анализ выбранной информации;

· выполнение расчетов;

· принятие проектных решений;

· оформление проектных решений в виде, удобном для дальнейшего использования.

Автоматизация перечисленных операций обработки информации и процессов управления использованием информации на всех стадиях проектирования составляет сущность функционирования современных САПР.

Роль CAD/CAM/CAE

CAD/CAM/CAE-системы занимают особое положение среди других приложений, поскольку представляют индустриальные технологии, непосредственно направленные в наиболее важные области материального производства. В настоящее время общепризнанным фактом является невозможность изготовления сложной наукоемкой продукции (кораблей, самолетов, танков, различных видов промышленного оборудования и др.) без применения CAD/CAM/CAE-систем. За последние годы CAD/CAM/CAE-системы прошли путь от сравнительно простых чертежных приложений до интегрированных программных комплексов, обеспечивающих единую поддержку всего цикла разработки, начиная от эскизного проектирования и заканчивая технологической подготовкой производства, испытаниями и сопровождением. Современные CAD/CAM/CAE-системы не только дают возможность сократить срок внедрения новых изделий, но и оказывают существенное влияние на технологию производства, позволяя повысить качество и надежность выпускаемой продукции (повышая, тем самым, ее конкурентоспособность). В частности, путем компьютерного моделирования сложных изделий проектировщик может зафиксировать нестыковку и экономит на стоимости изготовления физического прототипа. Даже для такого относительно несложного изделия, как телефон, стоимость прототипа может составлять несколько тысяч долларов, создание модели двигателя обойдется в полмиллиона долларов, а полномасштабный прототип самолета будет стоить уже десятки миллионов долларов.

Например, широко известен проект разработки компанией Shorts Brothers фюзеляжа для самолета бизнес-класса Learjet 45 при помощи современных CAD/CAM/CAE-систем. Результаты выполнения проекта просто впечатляют.

Ранее компания Shorts использовала в проектно-конструкторских работах проволочное моделирование деталей. В создаваемых Shorts Brothers фюзеляжах самолетов обычно насчитывалось до 9500 структурных деталей. Подобные проекты могли потребовать более 440000 человеко-дней (до 4-х лет для завершения проекта).

Фюзеляж Learjet 45 оказался не только наиболее сложным среди существующих, но и был разработан в значительно меньшие сроки (на 40%), чем его предшественники. Кроме того, примерно в 10 раз было улучшено качество деталей и самой сборки фюзеляжа, а общее число деталей сокращено на 60% (при снижении объема основных переделок на 90% по сравнению с предыдущими проектами). В целом, компания Shorts смогла уменьшить число компонентов с 9500 до 3700 (на 60%). Полное время на проектирование и технологическую подготовку производства было сокращено до 125000 человеко-дней. Общее время разработки и технологической подготовки производства до 60000 человеко-дней, а весь цикл разработки типового фюзеляжа сократился с 4-х лет до 1, 5-2 лет.

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒