¬аше окно в мир —јѕ–
 
Ќовости —татьи јвторы —обыти€ ¬акансии Ёнциклопеди€ –екламодател€м
—татьи

7 феврал€ 2022

„то вначале: чертежи или модели?

јлександр ямпольский

јлександр ямпольский


Ёта стать€ Ч расширенный вариант статьи ЂЌедоразумение с чертежамиї. ќна создавалась в три этапа: перевод на английский, редактирование –альфа √рабовски (публикаци€ в upFront.eZine, Issue #1,118), обратный перевод на русский. Ќи один из этапов не ограничилс€ построчным переписыванием. ¬ итоге стать€ стала более логичной и информативной.

—троительное проектирование Ч это планирование

ƒве ключевые проблемы проектировани€ Ч планирование и конструирование. ¬озможно, капитальное отличие строительства от машиностроени€ состоит в том, что в первом преобладают вопросы планировани€ (Ђ„то можно и нужно сделатьї), а во втором Ч вопросы конструировани€ (Ђ ак сделать?ї).

≈сть простой способ определить место человека в проектировании. ѕопросите его расставить виртуальную мебель в комнате.

≈сли он рисует пр€моугольники, обозначает их словами: Ђдиванї, Ђстолї, Ђкреслої Ч перед вами строитель-планировщик.

≈сли он пытаетс€ строить Ђперспективуї, рисует диванные подушки и подлокотники, Ч похоже, что он конструктор, которому лучше попробовать себ€ в машиностроении.

–исунок конструктора

–исунок конструктора

Ђ«ачем модель, если уже есть чертежи?ї. Ётот вопрос мне задают по поводу возможности автоматической генерации 3D моделей по чертежам.

Ћюди не представл€ют, как можно делать чертежи без предварительно созданной компьютерной модели. ¬от, например, Ђавторитетноеї мнение разработчиков одной из программ 3D моделировани€.

Ђћодель €вл€етс€ единственным источником информации дл€ чертежей. „ертежи Ч не более чем вид моделиї.

ј что говор€т √ќ—“ы и учебники?

„итаем: проецирование, проекционные изображени€, разрезы, сечени€.

—мотрим рисунок.

ќртогональное параллельное проецирование

ќртогональное параллельное проецирование

„итаем дальше. ѕлан этажа Ч это сечение мнимой горизонтальной плоскостью на уровне оконных проемов или 1/3 высоты этажа.

 азалось бы, полное подтверждение первичности модели. ќднако первый же пример, вз€тый, очевидно, из реального проекта, ставит этот вывод под сомнение.

ѕлан производственного здани€

ѕлан производственного здани€

Ќа чертеже предельно условно изображены при€мки, стены, колонны, напольные и подкрановые пути, мостовые краны и прочие объекты, расположенные на разных уровн€х по всей высоте подкровельного пространства.

 ак это можно назвать горизонтальным сечением?

Ёто именно план, схематичное изображение того, что Ќ”∆Ќќ сделать. –азрез, кстати, такой же план, только при другом направлении взгл€да.

ѕараметрическое моделирование как лингвистическое описание

—интез пространственного объекта по его проекци€м (так называема€ обратна€ задача начертательной геометрии) Ч это нерешенна€ техническа€ проблема. “ем не менее проектировщики и строители сотни лет синтезируют ментальные модели зданий и сооружений исключительно по чертежам. —троители затем превращают ментальные объекты в реальные.  ак они это делают?

ѕостроить модель по проекци€м нельз€, а по условным изображени€м с прив€занными к ним параметрами Ч можно.

≈сли мы на чертеже нарисуем окружность (пусть не идеально ровную), добавим к ней размерную линию и напишем два слова, например: Ђ—фера d1800ї, то мы создадим параметрическое описание пространственного объекта Ђсфераї.

ѕараметрическое описание целиком состоит из условных знаков, т.е. €вл€етс€ лингвистическим описанием. ѕараметрическое моделирование суть лингвистическое моделирование.

ѕараметрическое описание, как правило, включает в себ€ следующие элементы:

  • текстовое обозначение типа объекта (например, Ђ—фераї);
  • условное графическое изображение объекта (например, окружность);
  • текстовые обозначени€ параметров (например, Ђd1800ї);
  • условные вспомогательные изображени€ (например, размерные и выносные линии).

ќбозначение типа объекта может €вно не присутствовать. ¬ таком случае, оно должно быть восстановлено на основании контекста. «аголовок чертежа, например Ђ—хема расположени€ колоннї, €вл€етс€ важным элементом контекста.

Ћюбое параметрическое описание предполагает существование св€занной с ним Ђисполнительной процедурыї: математической формулы, компьютерной программы, алгоритма детализации в виде деталировочных чертежей.

— точки зрени€ программировани€, параметрическое описание Ч это вызов функции с передачей ей параметров. Ѕудучи исполненной, функци€ превратит условные изображени€ в ментальную или цифровую модель.

Ќа основании сказанного можно сделать вывод, что основным методом анализа чертежей €вл€етс€ восстановление дл€ каждого элемента здани€ его параметрического описани€. Ќа чертежах одни и те же элементы здани€, как правило, описываютс€ в нескольких контекстах. Ёто значит, что отдельные фрагменты (параметры) полного параметрического описани€ присутствуют на разных видах, на разных чертежах, в разных комплектах чертежей. ÷ель анализа Ч собрать из отдельных фрагментов полное параметрическое описание объекта.

ѕопробуем в качестве примера восстановить параметрическое описание дл€ колонн, расположенных по оси "ј".

»сточники извлечени€ параметров дл€ колонн по оси ј

»сточники извлечени€ параметров дл€ колонн по оси "ј"

“ип объектов Ч Ђколоннаї Ч определ€етс€ из контекста. —ечение колонн Ч пр€моугольник. ќднако больше никакой информации к объектам не прив€зано.

“огда примен€ем известное правило.

≈сли в группе одинаковых по виду и назначению объектов имеетс€ только один объект с прив€занными к нему параметрами, то все остальные объекты группы наследуют эти параметры.

ћы видим, что в группе крайних колонн по оси "ј" колонна по оси "4" находитс€ в зоне действи€ разреза "1-1", а колонна по оси "7" обозначена как выносной элемент под номером "4". ѕо изображению на узле "4" определ€ем размеры сечени€ колонны и прив€зки сечени€ к координационным ос€м. ѕо изображению на разрезе "1-1" определ€ем продольный профиль и высотные отметки низа и верха колонны.

‘рагменты параметрического описани€ колонны

‘рагменты параметрического описани€ колонны

ѕолученное параметрическое описание можно применить ко всем (кроме угловых) колоннам р€да "ј".

ѕошагова€ детализаци€ объектов

¬ыше мы определили упрощенную Ђархитектурнуюї колонну.

— помощью короткого параметрического описани€ невозможно полностью определить сложную конструкцию, такую, например, как реальна€ колонна.   тому же на ранних стади€х проектировани€ наши знани€ о проектируемых объектах весьма приблизительны и расплывчаты.

ѕо мере развити€ проекта вслед за архитектурными чертежами по€в€тс€ конструктивные чертежи, на которых колонны будут замаркированы. ѕо€в€тс€ отдельные чертежи абстрактных колонн Ч представителей колонн данной марки. —труктурные элементы этих колонн Ч опалубка, армирование, закладные издели€ Ч в свою очередь будут детализированы.

—уть пошаговой детализации можно описать двум€ предложени€ми:

  • люба€ деталь проекта сама €вл€етс€ проектом;
  • любой проект сам €вл€етс€ деталью проекта.
¬ процессе пошаговой детализации строитс€ иерархическа€ структура, в которой тип и параметры объектов верхнего уровн€ €вл€ютс€ контекстом дл€ объектов нижнего уровн€.

ƒругое название пошаговой детализации Ч иерархическа€ декомпозици€ сверху вниз. Ёто метод структурного анализа, направленный на понимание системы прежде, чем приступить к ее воплощению. — этой точки зрени€ чертежи можно назвать алгоритмом понимани€.

«нани€ и данные

ѕараметрические описани€ и св€занные с ними исполнительные процедуры €вл€ютс€ знани€ми о том, что и как должно быть сделано.

¬ результате выполнени€ параметрического описани€ мы получаем 3D модель объекта, котора€ €вл€етс€ базой данных объекта.

–ассмотрим это подробнее.

Ќа рисунке ниже Ч фрагмент чертежа, по€сн€ющий принцип армировани€ плиты перекрыти€.

„ертеж армировани€ плиты как форма представлени€ знаний

„ертеж армировани€ плиты как форма представлени€ знаний

ѕолучатель чертежа извлечет из него параметрическое описание, применит соответствующую исполнительную процедуру и в итоге получит ментальную модель армировани€ плиты. ≈сли получатель Ч строитель, он превратит ментальную модель в реальное поле армировани€.

ѕроцесс создани€ модели в программе 3D моделировани€ принципиально ничем не отличаетс€ от традиционного черчени€. “ем или иным способом будет определен контур армировани€, заданы диаметр, класс стали, шаг и возможный перехлест арматурных стержней. ќднако конечный результат будет другим.

»сполнительна€ процедура создаст компьютерную модель в виде набора арматурных стержней с прив€занными к ним атрибутами. ћодель будет сохранена.

Ќа рисунке ниже представлен вид в плане компьютерной модели пол€ армировани€.

¬ид модели армировани€ плиты как форма представлени€ данных

¬ид модели армировани€ плиты как форма представлени€ данных

ћентальные модели стро€тс€ исключительно на основе визуального воспри€ти€.

—равним два верхних рисунка с этой точки зрени€.

Ќа чертеже мы видим абстрактный стержень с прив€занной к нему информацией. Ётот стержень определ€ет размеры, расположение и атрибуты всех стержней планируемого пол€ армировани€. ћы не видим отдельных стержней, но очень хорошо видим идею армировани€ плиты.

¬ид модели содержит множество стержней, к которым, как правило, вручную добавл€ютс€ аннотации и размеры. ƒл€ габаритных плит с интенсивным армированием получаетс€ Ђгр€зноеї, плохо читаемое, безыдейное изображение. “акие изображени€ €вл€ютс€ причиной построени€ неадекватных ментальных моделей и, как следствие, плохого понимани€.

—отрудничество изначально основано на понимании. ѕоневоле приходитс€ делать то, что в технологии BIM называетс€ Ђавтоматическимї извлечением чертежей из модели.

Ќапрашиваетс€ сравнение. ћы по рецепту сварили борщ, выбросили рецепт, а затем, использу€ сложные алгоритмы, пытаемс€ извлечь из готового борща (из модели) рецепт его приготовлени€ (чертежи).

ѕараметрический стиль создани€ чертежей

ѕараметрический стиль создани€ чертежей основан на предположении, что получатель чертежа обладает профессиональным набором алгоритмов анализа чертежа и построени€ на основе результатов анализа ментальной модели.

ѕрактически это означает, что чертежи должны быть сделаны так, чтобы дл€ каждого конструктивного элемента здани€ могло быть восстановлено его полное параметрическое описание. ћентальный объект моделируетс€ путем вызова соответствующей исполнительной процедуры, св€занной с параметрическим описанием.

ѕараметры определ€ют точность чертежа

¬о многих случа€х отступление от масштаба и точности изображени€ способствует (а неуклонное следование Ч преп€тствует) читаемости чертежа и легкости его корректировки.

ѕараметрический стиль лишает смысла скрупулезную точность графических изображений. —оответственно, нет смысла что-то измер€ть на чертеже (√ќ—“ запрещает подобные измерени€). √еометрическа€ точность параметрических чертежей Ч это точность размерных чисел (размерных параметров). ¬ большинстве случаев корректировка ограничиваетс€ корректировкой параметров, не затрагива€ изображений. ¬месте с тем пон€тно, что грубое искажение пропорций изображаемых объектов затрудн€ет читаемость чертежей.

 ак видим, параметрический стиль зеркально противоречит Ђавтокадовскомуї стилю черчени€ с его ассоциативными размерами. јвтокадовский стиль основан на точности изображений и на корректировке изображений как основном методе корректировки чертежа.

ћашинна€ интерпретаци€ чертежей

≈сли профессиональные алгоритмы перенести в компьютер Ч получим возможность автоматического анализа чертежей и создани€ на основе результатов анализа компьютерных моделей.

 омплект чертежей можно рассматривать как программу, записанную на профессиональном €зыке Ч аналоге €зыка программировани€ высокого уровн€.

Ёта программа компилируетс€ как единое целое; машинный интерпретатор чертежей, по сути, €вл€етс€ компил€тором. ¬ результате компил€ции создаетс€ текстовое (неграфическое) описание здани€ в стандартизированном формате, например в формате IFC. ¬ конечном итоге создаетс€ компьютерна€ модель.

Ќапомню, что в основе программировани€ с помощью чертежей лежит метод пошаговой детализации объектов, так называемое проектирование Ђсверху внизї.

„ем моделирование на основе анализа чертежей отличаетс€ от традиционного способа создани€ моделей с помощью программ 3D моделировани€?

¬се они используют командный интерпретатор в качестве интерфейса ввода объектов. —ложные объекты создаютс€ путем сборки из заранее подготовленных компонентов. Ёта технологи€ реализует принцип Ђснизу вверхї; она имитирует процесс строительства (синтеза) и не имеет ничего общего с планированием (анализом).

ѕон€тно, что дл€ многих Ђигра в кубикиї более простое и увлекательное зан€тие, чем лингвистическое описание здани€ с помощью чертежей.   сожалению, кроме моделей в пам€ти компьютера нужны модели в головах.  омплект чертежей Ч это алгоритм понимани€. «аменить чтение этого алгоритма чем-то другим, например блужданием по компьютерной модели, невозможно.

 ритически важным €вл€етс€ также то, что разграничение юридической ответственности в рамках алгоритма понимани€ не €вл€етс€ проблемой.

ћашинна€ интерпретаци€ эскизов

ѕараметрический стиль черчени€ позвол€л инженерам тупым карандашом на разболтанном кульмане создавать абсолютно точные (не в Ђавтокадовскомї смысле) чертежи. »нструментальна€ независимость параметрического стил€ создает принципиальную возможность интерпретации ручных эскизов и чертежей.

Ќиже приведен пример такой интерпретации.

—тоит задача Ч превратить Ђручнуюї линию (возможно, изображение балки) в точную двумерную модель.

Ўаги интерпретаци€ ручной линии

Ўаги интерпретаци€ Ђручнойї линии

Ўаг 1. ”странение разрыва.

¬еличина разрыва незначительна и численно не указана. —ледовательно, разрыв €вл€етс€ небрежностью рисовани€.

Ўаг 2. ¬ыпр€мление линии.

–адиус изгиба и размер отклонени€ линии от пр€мой, проход€щей через конечные точки линии, незначительны и численно не указаны. —ледовательно, лини€ €вл€етс€ отрезком пр€мой.

Ўаг 3. ”точнение координат X конечных точек отрезка.

√оризонтальные отклонени€ конечных точек отрезка от координационной оси "ј" и от выносной линии размера "6000" незначительны и численно не указаны.

—ледовательно, отрезок начинаетс€ от оси "ј" и заканчиваетс€ на рассто€нии 6000 от этой оси.

Ўаг 4. ”точнение координат Z конечных точек отрезка.

¬ертикальные отклонени€ конечных точек отрезка от выносной линии высотной отметки "3.000" незначительны и численно не указаны. ”гол наклона отрезка численно не указан. —ледовательно, координаты Z конечных точек отрезка одинаковы и равны 3000. ћы полностью восстановили параметрическое описание объекта.

—тандарты на составление чертежей

—овременное нормотворчество в области создани€ чертежей остановилось на попытке совместить наследие √аспара ћонжа с чертежной практикой 80-х. ¬ восьмидес€тые годы, на мой взгл€д, строительное черчение в –оссии достигло пика своего развити€. ƒальше Ч движение вниз, подмена чертежей 2D-модел€ми вследствие повсеместного Ђавтокадовскогої стил€ черчени€. ћасштаб деградации виден при сравнении рисунков из √ќ—“ 1980 и 2018 года.

ƒеградаци€ чертежей (вверху Ч 1980 г., внизу Ч 2018 г.)

√рамматика чертежей

¬ св€зи с по€влением программ 3D моделировани€ возникла дискусси€ по поводу актуальности преподавани€ начертательной геометрии в технических вузах.

 ризис начертательной геометрии Ч следствие такого же недоразумени€ с чертежами, как и в инженерной практике.

”же в 19 в. чертежи называли €зыком техники, а начертательную геометрию Ч грамматикой этого €зыка. ќднако полного осознани€ того, что чертежи обладают всеми свойствами €зыка в его пр€мом, буквальном смысле, так и не произошло.

—оответственно, не были до конца продуманы последстви€ такого осознани€. Ќапример, если мы говорим о чертежах как о тексте, то непон€тно, при чем здесь точные проекции.

Ќачертательна€ геометри€ может и должна развиватьс€ в направлении машинного анализа чертежей: от классической начертательной геометрии к параметрической (лингвистической) начертательной геометрии Ч разновидности аналитической геометрии.


„итайте также:


¬акансии:

јктуальное обсуждение

RSS-лента комментариев

ƒавид Ћевин
ƒавид Ћевин
ќт редактора: ƒети, роботы, труд, май
ѕроект ЂЌародное —јѕ–-интервьюї

—лучайна€ стать€:

isicad Top 10

—амые попул€рные материалы

   ‘орумы isicad:

isicad-2010 isicad-2008
isicad-2006 isicad-2004

ќ проекте

ѕриглашаем публиковать на сайте isicad.ru новости и пресс-релизы о новых решени€х и продуктах, о проводимых меропри€ти€х и другую информацию. јдрес дл€ корреспонденции - info@isicad.ru

ѕроект isicad нацелен на

  • укрепление контактов между разработчиками, поставщиками и потребител€ми промышленных решений в област€х PLM и ERP...
ѕодробнее

»нформаци€ дл€ рекламодателей


¬се права защищены. © 2004-2022 √руппа компаний «Ћ≈ƒј—»

ѕерепечатка материалов сайта допускаетс€ с согласи€ редакции, ссылка на isicad.ru об€зательна.
¬ы можете обратитьс€ к нам по адресу info@isicad.ru.