Программный комплекс SCAD

22

Министерство образования Республики Беларусь

Белорусский национальный технический университет

Факультет информационных технологий и робототехники

Кафедра «Мосты и тоннели»

РАБОТА

по дисциплине «Автоматизация пространственных расчётов

транспортных сооружений»

на тему: «Программный комплекс SCAD»                                                                     

Исполнитель:(магистрант) Жмакова Е. Л.

                               кафедры    «Мосты и тоннели»

                              специальности 1-70 80 01 «Строительство»

Руководитель: зав. кафедрой, д.т.н., профессор Патсушков Г.П.

г. Минск 2012

Основные сведения об автоматизированном проектировании

Прогресс производства в современных условиях связывают с достижениями в области автоматизации производства. Поскольку проектирование и разработка технологии являются ступенью производства (логическим уровнем), то прогресс на этой ступени также должен определяться автоматизацией.

При неавтоматизированном проектировании результаты во многом определяются инженерной подготовкой конструкторов, их производственным опытом, профессиональной интуицией и другими факторами. Автоматизированное проектирование позволяет значительно сократить субъективизм при принятии решений, повысить точность расчетов, выбрать наилучшие варианты для реализации на основе строгого математического анализа всех или большинства вариантов проекта с оценкой технических, технологических и экономических характеристик производства и эксплуатации проектируемого объекта, значительно повысить качество конструкторской документации, существенно сократить сроки проектирования и передачи конструкторской документации в производство, эффективнее использовать технологическое оборудование с программным управлением. Автоматизация проектирования способствует более полному использованию унифицированных изделий в качестве стандартных компонентов проектируемого объекта.

Применение ЭВМ при проектировании различных объектов с течением времени претерпевает значительные изменения. С появлением вычислительной техники был сделан переход от традиционных “ручных” методов проектирования к реализации отдельных задач проектирования на ЭВМ. Этот подход, характеризовавший использование ЭВМ на первом этапе, носит название “позадачного” и заключается в том, что каждая вновь возникающая задача решается с помощью автономно создаваемой программы, которая функционируем независимо от других программ данной предметной области. Коренной недостаток такого подхода заключается в том, что подобные программы строятся по принципу “натурального хозяйства”, когда для решения отдельной задачи требуется полная подготовка вспомогательных средств (технических, информационных, программных и т.д.. Поскольку проектирование объекта, как правило, предполагает и его оптимизацию, то машинная программа в этом случае представляет “симбиоз” модели проектируемого объекта и некоторого алгоритма оптимизации. Естественно, что в этом случае ни модель, ни алгоритм оптимизации не могут использоваться для других целей (например, чтобы провести оптимизацию модели трансформатора с помощью другого алгоритма, необходимо разработать новую программу).

Однако применение ЭВМ на этом этапе, несмотря на отмеченный недостаток, позволило перейти от упрощенных методов расчета и проектирования с субъективным выбором “лучшего” варианта к научно обоснованным методам, обеспечивающим рассмотрение всего многообразия технически приемлемых вариантов с учетом заданных условий и ограничений и объективный выбор среди них оптимального.

По мере совершенствования ЭВМ акцент в использовании вычислительной техники постепенно смещался от факта применения ЭВМ в качестве электронного арифмометра в сторону более эффективного и производительного использования ЭВМ в системах с режимом “ЭВМ — человек”.

С появлением вычислительной техники новых поколений и совершенствованием методов ее использования наметился новый системный подход к организации процесса проектирования на ЭВМ, заключающийся в создании крупных программных комплексов в виде пакетов программ (ПП) и САПР, ориентированных на определенный класс задач. Такие комплексы строятся по модульному принципу с универсальными информационными и управляющими связями между модулями, при решении задач данного класса используются единые информационные массивы, организованные в банки данных.

Объединение нескольких ПП в единую систему, предназначенную для реализации вполне определенных функций, позволяет говорить о новом, более высоком уровне в иерархии программных комплексов, т.е. САПР. При этом качественные изменения претерпевают и организация информационного, технического и других видов обеспечения, и, что особенно важно, условия обмена информацией между человеком и ЭВМ. Как правило, эти изменения направлены на повышение гибкости и универсальности системы, улучшение характеристик взаимодействия проектировщика с ЭВМ, повышение качества получаемого результата и снижение времени его получения.

Aормальное определение САПР, определяющее ее главные особенности: САПР — человеко-машинная система, использующая современные математические методы, средства электронно-вычислительной техники и связи, а также новые организационные принципы проектирования для нахождения и практической реализации наиболее эффективного проектного решения существующего объекта.

Процесс проектирования на базе САПР можно разделить на следующие укрупненные этапы:

1.                  Поиск принципиальных проектных решений.

2.                  Разработка эскизного варианта конструкции и его оптимизация.

3.                  Уточнение и доработка выбранного варианта конструкции, выполнение полного детального расчета.

4.                  Разработка полного комплекта чертежей.

Особенности этих этапов определяют эффективность применения ЭВМ на каждом из них. На первом этапе значительна роль эвристических действий. Полная автоматизация этого этапа возможна лишь в некоторых специальных случаях. Применение ЭВМ здесь наиболее целесообразно и эффективно при организации диалога между конструктором и ЭВМ, где конструктору отводятся функции выбора и принятия решений, а ЭВМ — выполнение действий по заданным алгоритмам, прежде всего представлении необходимой информации и ее обработка в соответствии с заданием. На втором этапе, где рассматриваются различные конструктивные решения с выполнением большого количества операций расчета и оптимизации, целесообразно использование ЭВМ путем создания систем диалога с запрограммированным процессом конструирования и расчетной оптимизации, при этом сам конструктор направляет поиск оптимального варианта конструкции и принимает решения на основании выполненных расчетов. Поскольку третий и четвертый этапы требуют самых значительных затрат времени и средств (до 60%), причем расчетно-конструкторская деятельность на этих этапах достаточно просто алгоритмизируется, целесообразно применение на этих этапах ЭВМ в комплексе со средствами ввода-вывода графической информации.

Как правило, САПР предназначены для проектирования сложных объектов.

Сложным объектом проектирования считается изделие или сооружение, которое характеризуется следующими признаками:

                    состоит из большого количества элементов (деталей конструкции и комплектующих изделий);

                    отличается противоречивостью требований, предъявляемых к его качествам;

                    отличается неразработанностью формализованных зависимостей показателей его качеств от принимаемых решений или отсутствием однозначных критериев оценки этих решений;

                    имеет совокупность свойств, определяемых не только свойствами элементов, но и характером взаимодействия между элементами;

                    отличается новизной технических решений;

                    предназначается для эксплуатации в составе многокомпонентной системы или в меняющихся (не вполне определенными образом) условиях;

                    изготавливается с привлечением большого числа предприятий или с использованием индивидуальной технологии.

Структура САПР

САПР включает в себя следующие виды обеспечения:

                    техническое — устройства вычислительной и организационной техники, средства передачи данных, измерительные и другие устройства или их сочетания;

                    математическое — методы, модели, алгоритмы;

                    программное — документы с текстами программ, программы на машинных носителях и эксплуатационные документы;

                    информационное — документы, содержащие описания стандартных проектных процедур, типовых проектных решений, типовых элементов, комплектующих изделий, материалов и другие данные, а также файлы и блоки данных на машинных носителях с записью указанных документов;

                    методическое — документы, в которых отражены состав, правила отбора и эксплуатации средств автоматизации проектирования;

                    лингвистическое — языки проектирования, терминология;

                    организационное — положения, инструкции, приказы, штатные расписания, квалификационные требования и другие документы, регламентирующие организационную структуру подразделений и их взаимодействие с комплексом средств автоматизации проектирования.

Примерами пакетов САПР этого класса являются: AutoCAD (AutoDesk), DesignCAD, Grafic CAD Professional, DrawBase, Microstation, TurboCAD, SCAD.

Эти пакеты используются в работе конструкторов и технологов, связанных с разработкой чертежей, схем, диаграмм, то есть с обработкой графических изображений. Реализуют функции:

1.                      коллективная работа в сети;

2.                      экспорт — импорт файлов различных форматов;

3.                      масштабирование объектов;

4.                      группировка объектов, передвижение, растяжка, поворот, разрезание, изменение размеров, работа со слоями;

5.                      перерисовка;

6.                      управление файлами;

7.                      использование чертежных инструментов, позволяющих рисовать кривые, эллипсы, линии произвольной формы, многоугольники и т. п.;

8.                      работа с цветом;

9.                      автоматизация отдельных процедур с использованием встроенного макроязыка.

Выбор САПР

Правильный выбор САПР — надежное условие эффективного проектирования. Критерии выбора:

 Распространенность САПР

 Цена САПР, её сопровождения и модификации

 Широта охвата задач проектирования

 Удобство работы САПР и её «дружественность»

 Наличие широкой библиотечной поддержки стандартных решений

 Возможность и простота стыковки с другими САПР

 Возможность коллективной работы

SCAD

Система SCAD Office  представляет  собой  набор  программ,  предназначенных  для  выполнения прочностных  расчетов  и  проектирования  различного  вида  и  назначения  строительных  конструкций.  В  ее состав входят программные модули четырех видов:

·  Вычислительный  комплекс Structure CAD (ВК SCAD) –  ориентирован  на  решение  задач проектирования  зданий  и  сооружений  сложной  структуры.  Он  является  универсальной  расчетной системой анализа работы конструкций.

·  Вспомогательные  программы,  предназначенные  для  упрощение  и  ускорение  при  работе  с  ВК SCAD  и  обеспечивающие:  формирование  и  расчет  геометрических  характеристик  различного  вида сечений  стержневых  элементов (Конструктор  сечений,  КОНСУЛ,  ТОНУС,  СЕЗАМ),  определение нагрузок  и  воздействий  на  проектируемое  сооружение (ВЕСТ),  вычисление  коэффициентов  постели при расчете конструкций на упругом основании (КРОСС), импорт данных из архитектурных систем и формирование укрупненных моделей (ФОРУМ).

·  Проектно-аналитические  программы  КРИСТАЛЛ,  КАМИН,  АРБАТ –  экспертиза  и  расчет элементов  стальных  и  железобетонных  конструкций  в  соответствии  с  требованием  нормативной документации.

·  Проектно-конструкторские  программы  КОМЕТА  и  МОНОЛИТ –  разработка  конструкторской документации на стадии детальной проработки проектного решения.

SCAD Office включает следующие программы:

        SCAD - вычислительный комплекс для прочностного анализа конструкций методом конечных элементов

        КРИСТАЛЛ - расчет элементов стальных конструкций

        АРБАТ - подбор арматуры и экспертиза элементов железобетонных конструкций

        КАМИН - расчет каменных и армокаменных конструкций

        ДЕКОР - расчет деревяных конструкций

        ЗАПРОС - расчет элементов оснований и фундаментов

        ОТКОС - анализ устойчивости откосов и склонов

        ВЕСТ - расчет нагрузок по СНиП "Нагрузки и воздействия" и ДБН

        МОНОЛИТ - проектирование монолитных ребристых перекрытий

        КОМЕТА,КОМЕТА-2 - расчет и проектирование узлов стальных конструкций

        КРОСС - расчет коэффициентов постели зданий и сооружений на упругом основании

        КОНСТРУКТОР СЕЧЕНИЙ - формирование и расчет геометрических характеристик сечений из прокатных профилей и листов

        КОНСУЛ - построение произвольных сечений и расчет их геометрических характеристик на основе теории сплошных стержней

        ТОНУС - построение произвольных сечений и расчет их геометрических характеристик на основе теории тонкостенных стержней

        СЕЗАМ - поиск эквивалентных сечений

        КоКон - справочник по коэффициентам концентрации напряжений и коэффициентам интенсивности напряжений

        КУСТ - расчетно-теоретический справочник проектировщика

ВК SCAD  реализован  как  интегрированная  система  прочностного  анализа  и  проектирования конструкций на основе метода конечных элементов и позволяет определить напряженно-деформированное состояние конструкций от статистических и динамических воздействий, а так же выполнить ряд функций проектирования элементов конструкций.