Geum.ru

Компьютерные технологии в курсовом и дипломном проектировании

Вид материалаДиплом

Содержание


Лира Визор
Лир-Арм – проектирующие системы железобетонных и стальных конструкций; - Лир-Док
Подобный материал:
КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В КУРСОВОМ И ДИПЛОМНОМ ПРОЕКТИРОВАНИИ

к.т.н., доцент Ольховая Л.И.


Система высшего образования выполняет социальный заказ, связанный с воспроизведением новых поколений высокопрофессиональных специалистов и удовлетворением запросов личности в получении соответствующей профессиональной подготовки. Очевидно, что процесс подготовки специалистов в условиях технического вуза должен быть организован с учетом постоянно меняющихся задач инженерного проектирования.

В настоящее время при проектировании строительных конструкций, зданий и сооружений в проектных организациях значительная часть расчетов выполняется с помощью специальных проектно-вычислительных комплексов (ПВК), в которых отражаются и используются самые современные достижения по расчету и проектированию сооружений.

Подготовка инженеров строительных специальностей должна учитывать это обстоятельство и включать в себя и обучение методам компьютерного проектирования сооружений с использованием тех ПВК, которые доступны для внедрения в учебный процесс в настоящее время. Необходимо учитывать и то, что многие студенты имеют компьютеры дома и часто хорошо информированы о возможностях современных программ и даже имеют возможность использовать их для выполнения курсовых и дипломных проектов.

Применяемые в инженерной практике проектирования строительных конструкций ПВК отличаются друг от друга методическими и сервисными разработками, но все они включают в себя статические и динамические расчеты конструкций и отдельных их частей, выполняемые методами строительной механики. Алгоритмы численных расчетов в этих программах в основном строятся на методе конечных элементов, реализуемом в форме метода перемещений.

Не ставя задачу качественного сопоставления между собой различных ПВК, отметим, что в настоящее время наиболее доступным для применения в учебном процессе на факультетах ПГС оказались ПВК «Лира» и «Мономах», разработанные на Украине в г. Киеве группой специалистов.

ПК «Лира» - это многофункциональный программный комплекс для расчета, исследования и проектирования конструкций различного назначения. Эти комплексы имеют более чем сорокалетнюю историю создания, развития и применения в научных исследованиях и практике проектирования. ПК «Лира» состоит из нескольких взаимосвязанных систем, таких как:

- Лира Визор – система, которая организует единую графическую среду пользователя с многочисленными возможностями синтеза и анализа решаемой задачи;

- Процессор – состоит из набора специализированных подпроцессоров, решающих задачи в линейной и нелинейной постановке, расчет на устойчивость и динамические воздействия;

- Лир-Арм – проектирующие системы железобетонных и стальных конструкций;

- Лир-Док – документирующая система.

Кроме общего расчета модели объекта на все возможные виды статических нагрузок, температуры, деформационных и динамических воздействий, таких как ветер с учетом пульсации, сейсмические воздействия, вибрационные, импульс, удар и др. «Лира» автоматизирует ряд процессов проектирования, а именно:

- определение расчетных сочетаний нагрузок и усилий;

- назначение конструктивных элементов;

- подбор и проверка сечений стальных и железобетонных конструкций с формированием эскизов рабочих чертежей колонн и балок.

Кроме того «Лира» имеет информационную связь с наиболее распространенными графическими архитектурными системами ( AutoCad, ArchiCad, Allplan ).

ПК «Мономах» является примером ПК, ориентированным на проектирование высотных монолитных зданий. Он обладает многими признаками интеллектуальных систем: язык общения с компьютером прост, принципы задания нагрузок предельно упрощены. Комплекс обладает экспертной системой, которая в процессе расчета сообщает пользованию о некорректных решениях , таких как недостаточность размеров сечения, переармирование и т.д. ПК «Мономах» состоит из отдельных информировано связанных подсистем.Все эти подсистемы конечным результатом формируют рабочие чертежи и текст расчетной записки. ПК «Лира» и «МОНОМАХ» взаимно дополняют и обогащают друг друга и позволяют применять современную технологию расчета и проектирования строительных объектов.

Учебный процесс в Смоленском филиале ГОУ ВПО «Московский государственный университет путей сообщения» ведется по учебным планам специальностей, разработанным в соответствии с полными образовательными программами государственных образовательных стандартов. Занятия по специальности ПГС (Промышленное и гражданское строительство) проводятся по 56 дисциплинам, охватывающим комплекс расчетно-конструкторских, архитектурных, организационно-технологических и экономических вопросов. Учебная программа предусматривает выполнение 12 курсовых проектов и курсовых работ, 70 контрольных работ.

В Смоленском филиале МИИТ широко используются новые технические и педагогические возможности и средства, позволяющие реализовать новые технологии обучения и новое содержание образовательного процесса для улучшения качества образования. Новые информационные технологии и расширение компьютерной базы позволяют модернизировать учебный процесс, он становится более эффективным, более интересным, интерактивным, что, несомненно, повышает качество знаний студентов.

Комплекс САПР Смоленского филиала состоит из трех основных блоков: статика сооружений, прочностные расчеты, графические комплексы. Вычислительные комплексы первого блока это собственные разработки СФ МИИТ и ПК «Лира», позволяющие избежать трудоемкого ручного счета при статических расчетах и проектировать здания и сооружения сложных конструктивных форм. С помощью этих современных ПВК более тщательно может быть проведено вариантное проектирование, развивающее инженерную интуицию. Появляется возможность уделять больше внимания вопросам формообразования, конструкторской подготовке студентов.

Второй блок представлен также собственными разработками – программами расчета сечений железобетонных и металлических конструкций. Он должен применяться достаточно осмотрительно. Основное его назначение на современном этапе – проверка выполненных студентами расчетов вручную и соответствия принятых конструктивных решений оптимальным формам. В большом объеме программы второго блока применяются в дипломном проектировании.

Владение графическими редакторами необходимо студентам в будущей инженерной деятельности. Здесь предпочтение отдано системам архитектурно-строительного проектирования «Компас» и «AutoCad», в которых студенты выполняют графическую часть курсовых и дипломных проектов.

В учебном процессе высшего учебного заведения технического профиля профессиональная деятельность реализуется через курсовое и дипломное проектирование. Основная цель курсового проектирования – углубление знаний и приобретение опыта разработки эскизного и рабочего проектирования конструкций, а также приобретение опыта научно – исследовательской работы по теме курсового проекта. При выполнении курсовых и дипломных проектов студенты должны быть поставлены перед необходимостью анализировать, сравнивать, оценивать данные и варианты решений поставленных задач, систематизировать материал, делать обобщения, выводы. Другими словами курсовое и дипломное проектирование осуществляется в условиях специально организованной, профессионально ориентированной, учебно-информационной среды, обеспечивающей решение проектно-конструкторских задач средствами современных ПВК.

Курсовое проектирование по дисциплине «Железобетонные конструкции» предусматривает проектирование многоэтажного гражданского или промышленного здания с использованием ПК «Лира» (курсовой проект № 1). Выбор многоэтажного гражданского или промышленного здания в качестве объекта проектирования обуславливается тем, что такой объект входит в КП № 1 по архитектурным конструкциям для ВУЗов строительного профиля, а также преемственностью учебных программ между дисциплинами «Железобетонные конструкции» и «Архитектурные конструкции». Статический расчет многоэтажной рамы выполняется с использованием программного комплекса «Лира» и вручную. Далее проводится анализ и сравнение результатов расчетных сочетаний усилий, а после этого вручную выполняются расчеты конструкций рамы по первой и второй группе предельных состояний.

Здесь хочется отметить, что в последнее время произошел перенос центра тяжести на приемы и методы построения компьютерных моделей. В литературе по расчету строительных конструкций наблюдается заметный перекос в сторону чисто рецептурных подходов в ущерб аналитическим. Это, к сожалению, приводит к росту числа специалистов, которых можно охарактеризовать известным выражением - инженеры- “кнопконажиматели”. Важно ведь понимание того, какова степень адекватности реальной конструкции принятой схеме, а не получение “точного” результата по “хорошей” программе и безошибочность исходных данных. Так что, возвращаясь к вышесказанному, можно отметить, что при таком симбиозе (сочетании ручного и машинного счета) достигаются два положительных результата: во-первых, студент получает возможность самому проверить результаты своих ручных расчетов, что повышает его самостоятельность; во- вторых, он постепенно осваивает ПК, который в дальнейшем будет ему необходим для решения других более сложных задач.

Для привлечения студентов к участию в научно-исследовательской работе, можно выполнить тот же статический расчет многоэтажной рамы в пространственной постановке и также провести сравнительный анализ результатов с результатами линейного расчета.

Еще один вариант НИРС или дипломного проектирования – выполнить физически нелинейный расчет той же рамы. При выполнении нелинейного расчета возможны две постановки инженерных задач. В первой инженерной задаче требуется определить площадь арматуры для армирования железобетонных конструкций при заданной предельной нагрузке. Во второй инженерной задаче требуется найти предельную нагрузку, которую может выдержать железобетонная конструкция при заданном армировании. Для решения этой, более сложной задачи, необходимо еще располагать определенными критериями разрушения. Задача усложняется при расчете не одной конструкции, а системы конструкций, из которых, как правило, состоят здания. Решение задачи в такой постановке с использованием ПК « Лира» также требует введения соответствующих критериев (признаков разрушения) и предполагает неоднократное выполнение нелинейного расчета на нескольких уровнях нагружения с проверкой критериев разрушения на каждом таком уровне.

Курсовой проект № 2 предусматривает проектирование одноэтажного каркасного промышленного здания с использованием вышеупомянутых комплексов. В данном проекте также выполняется статический расчет одноэтажной рамы с помощью ПК «Лира» от каждого вида загружения. Но машинный счет останавливается перед составлением расчетных сочетаний усилий, которые студенты выполняют самостоятельно. На усмотрение преподавателя с помощью программного комплекса можно также рассчитать и запроектировать конструкцию покрытия, а именно безраскосную стропильную ферму. Все вышеперечисленные варианты проведения научно – исследовательской работы студентов возможны и при выполнении курсового проекта № 2.

Дипломный проект представляет собой самостоятельную разработку, отвечающую современным требованиям отрасли и содержащую решения какой – либо конкретной задачи. Главное внимание при выполнении дипломного проекта уделяется элементам исследовательской деятельности, применениям информационных технологий в выполнении расчетной части проектов. И в данном случае возможности современных программных комплексов очевидны.

Преподавательский корпус должен быть готов к широкому использованию вычислительной техники в учебном процессе. Умение пользоваться готовыми программными продуктами не требует специального образования, но делает возможным использование современных информационных технологий в профессиональной педагогической деятельности.

Обучение проектно – вычиcлительному комплексу можно разделить на три этапа:

первый – овладение технологией самим преподавателем;

второй – использование технологии в дипломном проектировании (штучное обучение – индивидуальная подготовка нескольких студентов);

третий – внедрение технологии в курсовое проектирование (массовое обучение).

Все три этапа требуют соответствующего технического и программного обеспечения. При этом, если для первых 2-х этапов достаточно одного компьютера и одного рабочего места программного обеспечения, то для 3-го этапа необходим компьютерный класс, оборудованный соответствующим образом.

В то же время, если на 3-м этапе преподаватель получает оплачиваемый почасовой фонд, то первые два держатся на его энтузиазме. В таком же положении оказывается преподаватель при необходимости создания учебно – методического обеспечения, а такая необходимость возникает практически всегда, так как новые информационные технологии, как правило, не поддержаны соответствующей методической литературой или же она слишком дорога.

Для успешного внедрения намеченной программы в жизнь необходимо создание льготных условий преподавателям, занимающимся разработкой и применением элементов информационного обучения в учебном процессе. Речь идет о снижении объема учебной нагрузки, так как при существующем объеме на преподавателя невозможно заниматься серьезно проблемой информационного обучения без ущерба для учебного процесса.