Методы решения задач с использованием компьютерных технологий

Расчетные программы предназначены для выполнения следующих функций:

• расчет усилий и перемещений конструкций;

• подбор сечения элементов;

• проверочные расчеты.

Программы расчета усилий и перемещений являются универсальными, поскольку основаны на математическом методе конечных элементов. Сооружение разбивается на отдельные элементы, которые могут быть стержневыми, плоскими, объемными. В зависимости от конкретных численных процедур, реализованных в программе, она может вычислять реакцию сооружения при статическом и динамическом нагружениях, а также учитывать физическую и геометрическую нелинейность работы конструкций. Разбивают на несколько модулей:

• препроцессор – для подготовки и ввода исходных данных для расчета;

• расчетный модуль – выполняет расчеты;

• постпроцессор – для вывода и графического представления результатов.

Имеется множество программ расчета НДС конструкций (ANSYS, RSA, Лира, SCAD). Отличаются не столько своими возможностями, сколько удобством работы с ними. Оснащены блоками подбора сечения и проверки напряжений, из-за чего зависимы от конкретных национальных строительных норм.

Для расчета напряжений и подбора сечений отдельных видов конструкций и их элементов существуют электронные калькуляторы – удобное средство автоматизации трудоемких, но несложных расчетов. Их особенность – узкая специализация – способствует гибкости их использования при проектировании.

Системы автоматизации разработки чертежей (CAD-системы, наиболее известной из которых является AutoCAD) предназначены для создания и оформления чертежей. Более 300 фирм во всем мире создают приложения и расширения для AutoCAD.
Такие системы называют системами двухмерного моделирования, поскольку объект
в них представлен в виде линий и плоских фигур, а не в виде совокупности объемов, как в трехмерных моделирующих системах. Современные системы двухмерного черчения имеют многочисленные графические функции, облегчающие работу с объектами, и требуют меньше вводимой информации для построения чертежа, чем в трехмерных системах. Они удобны для небольших проектных организаций, выполняющих расчет конструкций и разработку чертежей общего вида и размещения конструкций (КМ, КЖ). Кроме того, они позволяют эффективно взаимодействовать с архитекторами и специалистами по инженерным сетям. Чертежи или фрагменты чертежей могут быть легко скопированы в текстовый процессор для подготовки технического отчета. Создание начального чертежа занимает в системах CAD больше времени, чем вычерчивание его вручную. Ощутимая экономия трудозатрат возникает при необходимости переделки чертежа. Но главное преимущество CAD-систем – это повторное использование уже готовых чертежей с внесением небольших изменений, особенно, при больших объемах проектной документации на однотипные объекты.
Базы данных являются одним из основных преимуществ систем машинного черчения, поскольку только при их наличии резко возрастает производительность создания чертежей. Вне зависимости от трудозатрат, необходимость использования CAD-систем часто диктуется требованием представить проектную документации в одном из стандартных компьютерных форматах.

Существует много трехмерных САD систем: от простых стержневых моделей, которые оперируют только с линиями, – через моделирование плоскостей – к полному твердотельному моделированию, которое требует введения огромного количества данных, но и представляет большие возможности. 3D твердотельная модель – средство представить всю конструкцию, тогда как в двухмерных САD системах отдельные элементы только изображаются как плоские формы. Способ создания модели сходен с процессом проектирования: вначале она задается схематически, затем детализируется в необходимой степени.

Существует несколько основных систем твердотельного моделирования в строительстве: BoCAD, StruCAD, SteelCAD. Такие системы (САD/САМ) оснащаются блоками для перевода изображения в управляющую информацию для станков с числовым программным управлением, что позволяет их использовать на автоматизированных заводах по изготовлению металлоконструкций.

САD/САМ системы обладают следующими достоинствами:

• модель содержит полное геометрическое и топологическое описание конструкций, включая все вершины, ребра и поверхности каждого участка. Это позволяет автоматически проверить размеры на совместимость и избежать обычных ошибок;

• на основе модели легко создать обычные чертежи конструкций, чертежи для изготовления и монтажа, спецификации стали;

• в таких системах можно выполнить визуализацию здания и проверить архитектурные качества проектного решения, выполнить интеграцию с расчетными программами.

Проблема принятия тех или иных решений возникает на всех стадиях создания строительного объекта. Программы, облегчающие принятие решений, можно разделить на два класса: экспертные системы и аналитические программы.

Экспертные системы предназначены для выбора решения на основании исходных данных. Создаются высококвалифицированными специалистами для использования инженерами с более низкой квалификацией.
Обладают следующими особенностями:

• они создаются на основе имеющегося опыта, поэтому решение в конкретном случае может быть принято, если он попадает в пределы имеющихся данных.
Чем обширнее исходная база данных, тем выше качество принятия решения;

автоматическое принятие решений возможно только в простых случаях. Обычно требуется интерпретация результата работы экспертной системы специалистом

Аналитическое программное обеспечение.

Назначение – облегчить принятие решений путем моделирования и анализа факторов, влияющих на результат некоторого процесса.

Можно выделить следующие разновидности аналитических программ, которые часто интегрируют в рамках известных пакетов, типа Excel:

• Risk анализ. Программа определяет вероятность принятия результирующим параметром того или иного значения. Для этого входные величины задаются как случайные, выполняется статистическое моделирование методом Монте-Карло и строится плотность распределения результирующего параметра.

• Дерево решений (Decision Tree). Программа строит сетевую модель процесса, в которой можно задавать альтернативные варианты его развития. По модели вычисляются возможные варианты окончания процесса и соответствующие им вероятности.

• Анализ Что-Если (What-if) выполняется для большого количества исходных данных. Такие программы позволяют ранжировать входные величины по степени влияния на результат, выполнить оценку степени этого влияния и принять решение по управлению критическими параметрами.

Программы моделирования процессов и прогноза (SIMUL8, Forecast Pro, ithink и др.). Они позволяют создать модель процесса, например, изготовления конструкций, проанализировать его критические характеристики и получить возможные тенденции развития в количественной форме.