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

8 июн€ 2022

јксиомы проектировани€

јлександр ямпольский

ямпольский

ќт редакции isicad.ru: ј. ямпольский Ч инженер-строитель с 40-летним стажем, автор статей по теории и практике строительного проектировани€, разработчик программ машинной интерпретации чертежей.
Ёта стать€ Ч восемнадцата€ публикаци€ јлександра на нашем портале.


ѕо образованию € инженер-строитель. ¬ институте € слушал лекции, в которых посто€нно звучало слово Ђпроектированиеї, как правило, с дополнением: проектирование железобетонных конструкций, проектирование металлических конструкций. я не припомню лекций о проектировании как самосто€тельном предмете изучени€.
—уществует больша€ литература, в которой говоритс€ о моделировании, исследовании, обработке данных, аналитических методах, о познании и объ€снении, о роли €зыка.
Ќе разбиратьс€ в этих вопросах Ч значит, проектировать с зав€занными глазами.


ќглавление

1. ÷ель проектировани€ Ч понимание
2. ѕонимание нового объекта
3. „еловеческа€ интерпретаци€ текста
4. „еловеческа€ интерпретаци€ чертежей
5. ѕроблемы чертежей и их решение
6. ћашинна€ интерпретаци€ чертежей Ч теори€
7. ћашинна€ интерпретаци€ чертежей на практике

1. ÷ель проектировани€ Ч понимание

1.1. ћентальна€ модель

¬се, что делают, Ч проектируют, стро€т, сотрудничают, принимают решени€, Ч делают на основе ментальной модели Ч мысленного представлени€ того, что должно быть сделано.

ѕонимание как процесс Ч это процесс построени€ ментальной модели.
ѕонимание как результат Ч построенна€ ментальна€ модель.

≈динственна€ цель проектировани€ Ч создание непротиворечивого понимани€ у всех участников проекта.

—корость проектировани€ равна скорости распространени€ понимани€.

1.2. »сследование Ч необходимый этап достижени€ понимани€

»сследование Ђнезнакомогої реального объекта

¬ строительстве исследование реального объекта выполн€етс€ при проектировании реконструкции объекта. »сследование включает в себ€ такие операции, как осмотр, измерение, определение свойств и т. д. »сследовательские операции выполн€ютс€ с помощью физических приборов.

»сследование Ђнезнакомойї компьютерной модели объекта

¬ыполн€етс€ при получении компьютерной модели Ђсо стороныї. ѕринципиально не отличаетс€ от исследовани€ реального объекта. »сследовательские операции выполн€ютс€ средствами, предоставл€емыми компьютером.

1.3. ќбработка (анализ) данных

—уществует предположение, что способность познавать не выходит за пределы нашей способности манипулировать знаками, т. е. за пределы €зыка.

ќбработка данных, полученных в результате исследовани€, неизбежно включает в себ€ две €зыковые операции: концептуализацию и иерархическую декомпозицию.

 онцептуализаци€ Ч представление объекта в виде набора концепций.
 онцепци€ Ч генеральна€ иде€, освобожденна€ от деталей, незначимых на данном уровне рассмотрени€.

»ерархическа€ декомпозици€ Ч процесс пошагового уточнени€, детализации концепций.

Ќапример, обща€ концепци€ здани€ включает в себ€ архитектурную, технологическую, конструктивную и другие концепции. јрхитектурна€ концепци€ здани€ включает в себ€ концепции цокольного этажа, типового этажа, технического этажа. јрхитектурна€ концепци€ типового этажа включает в себ€ ... .

¬ итоге последовательных шагов концептуализации и декомпозиции достигаетс€ понимание того, что должно быть воплощено в реальность.

1.4 ќбъективаци€ понимани€

¬ыполнив исследование и анализ данных, исследователь, и только он, становитс€ обладателем понимани€.

«авершающий этап исследовани€ Ч объективаци€ полученных знаний в виде письменного документа.

“екст документа должен быть составлен на €зыке, прин€том в качестве стандартного €зыка общени€ специалистов, участвующих в проекте.

¬ области строительства стандартным €зыком общени€ €вл€етс€ €зык чертежей. „тение чертежей Ч это альтернативный (и менее затратный) по отношению к исследованию способ достижени€ понимани€.

2. ѕонимание нового объекта

¬ начале проектировани€ нового объекта всегда имеетс€ исходна€ ментальна€ модель, полученна€ на основе предыдущего опыта.

»сходна€ ментальна€ модель приблизительна, расплывчата и, как правило, нуждаетс€ в уточнении. ”точнение исходной ментальной модели осуществл€етс€ двум€ пут€ми.

  1. »зучение источников, содержащих сведени€ об аналогичных объектах. Ёто могут быть учебники, справочники, типовые проекты и т. п.
  2. ≈сли письменных источников недостаточно, прибегают к моделированию. Ќа основе исходной ментальной модели стро€т имитационные компьютерные модели и исследуют их поведение. Ќапример, программу ћ Ё расчета можно рассматривать как инструмент исследовани€ и уточнени€ конструктивной концепции объекта проектировани€. ѕроанализировав данные, полученные в результате расчета, мы получаем отчетливое представление о расположении, размерах и свойствах элементов проектируемой конструкции.

3. „еловеческа€ интерпретаци€ текста

„тение письменных документов Ч учебников, справочников, стандартов и пр. Ч основной способ приобретени€ опыта в инженерной практике.

”спех чтени€ одинаково зависит как от способности понимать Ч со стороны читающего, так и способности быть пон€тым Ч со стороны читаемого.

»сключительна€ роль письменных документов в практике распространени€ знаний наводит на мысль о том, что понимать (интерпретировать) можно только текст. ¬се, что должно быть пон€то, должно быть предварительно представлено в виде текста.

Ќапример, концептуализаци€ и иерархическа€ декомпозици€ Ч это необходимый этап наделени€ чувственных данных смыслом, приведени€ их к тексту.

— точки зрени€ формальной интерпретируемости, определ€ющими свойствами текста €вл€ютс€:

  • синтаксическа€ членимость Ч разбиение массива текста на фрагменты: слова, предложени€, абзацы;
  • конвенциональность Ч подчиненность установленным правилам создани€ текста.

4. „еловеческа€ интерпретаци€ чертежей

4.1. –исунки на чертежах

ќсобенностью чертежей €вл€етс€ присутствие на них, нар€ду с обычными текстами, графических изображений. Ќетрудно заметить, что качество и читаемость рисунков на чертежах напр€мую завис€т от того, обладают ли они характерными свойствами текста.

„ленимость

„итаемый рисунок состоит из обособленных, легко выдел€емых графических элементов Ч пиктограмм. ѕиктограмма Ч условный знак, внешне напоминающий реальный или мыслимый объект, замещаемый этим знаком. ѕо отношению к реальному объекту (конструкции) пиктограмма €вл€етс€ концептуальной схемой объекта на данном уровне его рассмотрени€.

¬ лингвистическом смысле пиктограмму можно считать аналогом слова в обычном тексте.

 онвенциональность

¬нешний вид и размещение пиктограмм подчин€ютс€ правилам, установленным стандартами на составление чертежей.

 ак видим, чертеж представл€ет собой сочетание фрагментов обычного и пиктографического текста. “екстова€ сущность чертежа обеспечивает возможность его человеческой и машинной интерпретации.

4.2. “екстовый анализ чертежей

Ќиже в качестве примера представлен текстовый анализ изображени€ производственного здани€.

ѕлан производственного здани€

ѕлан производственного здани€

ѕлан здани€ можно трактовать как комплексный текстовый блок, состо€щий из отдельных фрагментов: обычных текстов и пиктограмм.

“ексты и пиктограммы на чертеже

“ексты и пиктограммы на чертеже

1) Ц пиктограмма координационной оси с присоединенным текстом Ч названием оси;
2) Ц пиктограмма размерной цепи с присоединенными текстами Ч рассто€ни€ми;
3) Ц пиктограмма колонны с присоединенными пиктограммами координационных осей;
4) Ц пиктограмма выносной линии с присоединенным текстом Ч по€снением;
5) Ц пиктограмм вертикальной отметки поверхности на плане с присоединенным текстом Ч числовым значением отметки;
6) Ц пиктограмма ограждени€;
7) Ц пиктограмма огражденного при€мка с присоединенным текстовым обозначением, с присоединенными пиктограммами стрем€нки, размеров, отметки дна;
8) Ц пиктограмма стены с дверными и оконными проемами;
9) Ц пиктограмма двухбалочного мостового крана с присоединенным текстом Ч грузоподъемностью крана;
10) Ц пиктограмма лестничного марша с присоединенным текстом Ч обозначением лестницы.

4.3. ѕримеры плохих и хороших текстов

Ќиже приведены примеры плохих и хороших текстов с точки зрени€ членимости.

ќбычный и пиктографический текст

ќбычный и пиктографический текст

1) Ц гр€зный текст;
2) Ц пон€тный текст;
3) Ц нечленимый текст, воспринимаемый как обозначение одной сущности;
4) и 5) членимые тексты.

„ертежи балочного перекрыти€

„ертежи балочного перекрыти€

1) Ц нечленимый текст;
2) и 3) Ц членимые тексты с разделением колонн, основных и второстепенных балок;
Ќа рис. 3) Ц двухуровневое перекрытие с выделенными особым цветом балками нижнего уровн€ (балки Ѕ1).

јрхитектурные планы этажей

јрхитектурные планы этажей

1) Ц трудно читаемый текст с невыделенными уровн€ми этажа;
2) Ц уровни на отметках 0.000 и 1.400 выделены разным цветом и численно обозначены.

4.4. ƒетализаци€ пиктограмм

ƒетализацию пиктограмм рассмотрим на примере проектировани€ вертикальных св€зей по покрытию.

¬ертикальные св€зи по покрытию

¬ертикальные св€зи по покрытию

а) Ч фрагмент продольного разреза по покрытию;
‘1 Ч пиктограммы поперечных сечений ферм покрыти€;
¬с1 Ч пиктограмма вертикальной св€зи между фермами;
б) Ч детальный чертеж вертикальной св€зи ¬с1;
ќр Ч пиктограмма опорной разметки вертикальной св€зи;
¬п, Ќп, –1, –2 Ч пиктограммы простых элементов вертикальной св€зи;
—д1, —д2т, —д2н Ч пиктограммы сложных элементов, подлежащих дальнейшей детализации.

— каждым шагом детализации условное изображение элемента приближаетс€ к его реалистичному изображению.

√лубина детализации определ€етс€ из услови€, что проект не будет остановлен из-за отсутстви€ понимани€ на каком-либо шаге его реализации.

5. ѕроблемы чертежей и их решение

5.1. “рудно обнаруживаемые ошибки

ћентальна€ модель, построенна€ по чертежам, €вл€етс€ гипотетической моделью. Ћюба€ гипотеза потенциально содержит ошибки.

–ешение проблемы:

  • построение по чертежам компьютерной модели;
  • Ђручна€ї или автоматическа€ проверка модели на наличие ошибок;
  • исправление фрагментов чертежей, €вл€ющихс€ источником ошибок.
5.2. Ќеоднозначна€ человеческа€ интерпретаци€

 ак любой €зык, чертежи подразумевают человеческую интерпретацию. Ќеоднозначность интерпретации может быть следствием недостаточной квалификации авторов и интерпретаторов чертежей, повышенной сложности объекта и т. д.

–ешение проблемы:

  • построение компьютерной модели по чертежам лицом, не принимавшим участие в разработке чертежей;
  • просмотр и проверка компьютерной модели автором чертежей;
  • исправление фрагментов чертежей, €вл€ющихс€ источником неоднозначной интерпретации.
5.3. ѕодсчет расхода материалов

Ђ–учнойї подсчет расхода материалов на основании концептуальных представлений может содержать ошибки.

–ешение проблемы:

  • построение по чертежам компьютерной модели;
  • автоматический подсчет расхода материалов на основании компьютерной модели.
5.4. –учное моделирование как способ решени€ проблем чертежей

”ниверсальным решением проблем чертежей €вл€етс€ создание на их основе компьютерной модели. Ёта модель может быть создана Ђвручнуюї с помощью программ 3D моделировани€.

ѕараметры описани€ конструкций извлекаютс€ из чертежей и перенос€тс€ в интерфейс программы моделировани€ в качестве исходных данных построени€ 3D объектов.

–учное моделирование по чертежам Ч затратный процесс, включающий в себ€:

  • первичные затраты времени и ресурсов на создание модели;
  • посто€нные затраты на ручную поддержку во взаимоув€занном состо€нии двух Ђисточников истиныї Ч чертежей и модели.
5.5 ќптимальное решение проблем чертежей

ѕодведем итог предыдущих рассуждений:

  • отказ от чертежей невозможен, т. к. он равносилен отказу от понимани€;
  • автоматическое получение чертежей из модели невозможно, т. к. трудно представить автоматизацию таких процессов, как исследование модели, концептуализаци€ полученных данных, иерархическа€ декомпозици€ концепций;
  • чертежи в отрыве от модели имеют проблемы, св€занные с интерпретацией, обнаружением ошибок и созданием спецификаций;
  • ручное моделирование на основе чертежей проблематично из-за накладных расходов.

ќстаетс€ единственный вариант Ч автоматическое создание моделей на основе машинной интерпретации чертежей.

6. ћашинна€ интерпретаци€ чертежей Ч теори€

6.1. ћашинна€ интерпретаци€ обычных текстов

ќбщий процесс интерпретации текста на чертежах включает в себ€ два этапа:

  • распознавание текста, т. е. вычленение текстовых фрагментов из множества объектов чертежа;
  • интерпретаци€ распознанного текста.

«адача распознавани€ фрагментов обычного текста решаетс€ методами оптического распознавани€ символов.

»нтерпретаци€ текста Ч это процесс вы€снени€ его роли и вли€ни€ на проект.

“екстовый фрагмент может быть элементом основной надписи, заголовком изображени€, пунктом технических требований, числовым или символьным обозначением, маркой, ссылкой и т. д.

Ћюбой текст должен что-то изменить в машинном представлении проекта, иначе его можно без последствий удалить с чертежа. — этой точки зрени€, интерпретаци€ текста Ч это Ђпереводї с естественного €зыка на €зык проектных операций. ѕеревод может осуществл€тьс€ с помощью адаптированных методов машинного перевода.

“екстовые фрагменты на чертежах обычно стандартизированы Ч шаблонны. ќбщей стратегией Ђпереводаї может быть следующа€:

  • формируетс€ область проектных операций, инициируемых с помощью текстовых описаний;
  • дл€ каждой проектной операции формируетс€ множество вариантов ее параметрического описани€ на €зыке, приближенном к естественному;
  • в процессе интерпретации компьютер сравнивает исходный текстовый фрагмент с хран€щимис€ вариантами и выбирает максимально совпадающий.

Ќапример, Ђпереводомї предложени€ Ђќтметке 0.000 чистого пола первого этажа соответствует абсолютна€ отметка 186.50ї будет проектна€ операци€, выполнение которой установит в базе знаний проекта св€зь между относительной отметкой 0.000 и абсолютной отметкой 186.5.

6.2. ћашинна€ интерпретаци€ пиктограмм

ѕо аналогии с текстом, общий процесс интерпретации пиктограмм включает в себ€ две операции:

  • распознавание пиктограмм, т. е. вычленение отдельных пиктограмм из множества объектов чертежа;
  • интерпретаци€ распознанных пиктограмм.

ѕиктограммы на чертежах могут иметь вид штрихового или тонового рисунка.
Ўтрихова€ пиктограмма, по сути, €вл€етс€ символом (иероглифом) и может быть распознана методами оптического распознавани€ символов.
“онова€ пиктограмма представл€ет собой заштрихованную или закрашенную замкнутую область. –аспознавание тоновых пиктограмм может быть реализовано методами сегментации изображений.

«авершающий этап распознавани€ Ч преобразование пиктограммы в набор векторных примитивов: отрезков, полилиний, мультилиний, дуг и т. п.

ѕо аналогии с текстом, интерпретаци€ пиктограммы Ч это процесс вы€снени€ ее роли и вли€ни€ на машинное представление проекта. ѕиктограмма может быть обозначением конструкции, элементом пространственной координации, обозначением размеров и т. д.

— точки зрени€ вли€ни€ на проект, интерпретаци€ пиктограмм Ч это Ђпереводї с технического €зыка чертежей на €зык проектных операций.

6.3. √ерменевтический круг

ћетафорой Ђгерменевтический кругї описываетс€ характерна€ особенность процесса познани€: целое познаетс€ пониманием его частей, а части Ч пониманием целого.

»нтерпретаци€ объекта чертежа Ч текста или пиктограммы Ч невозможна без учета предшествующих знаний, т. е. знаний, полученных в процессе предыдущих интерпретаций.

“о, что пр€моугольник на чертеже производственного здани€ (см. выше) €вл€етс€ колонной, можно пон€ть, если мы уже знаем, что:

  • чертеж входит в комплект марки ј–;
  • в наименовании чертежа присутствует слово Ђѕланї;
  • размер пр€моугольника мал относительно размеров других пиктограмм;
  • пр€моугольник расположен на пересечении координационных осей;
  • и т. д.

ѕроблема в том, что старые знани€ могут быть дискредитированы новыми. Ќапример, неудачна€ попытка интерпретации распознанного объекта опровергает правильность его распознавани€; интерпретаци€ дочернего объекта может войти в противоречие с интерпретацией родительского.

–ешение проблемы Ч построить общий процесс интерпретации в виде итерационного процесса Ч герменевтического круга. ”словием выхода из круга будет достижение общего непротиворечивого понимани€.

7. ћашинна€ интерпретаци€ чертежей на практике

ѕохоже, в –оссии проблемой машинной интерпретации чертежей занимаетс€ только автор этой статьи. ѕон€тно, что о комплексном решении проблемы говорить не приходитс€. ќднако отдельные результаты получены.

≈сли в качестве исходной точки интерпретации вместо растрового прин€ть векторный чертеж, то этим мы значительно упростим задачу компьютера. ¬ этом случае проблемы, св€занные с членимостью, распознаванием, векторизацией и частично с интерпретацией решает человек (автор чертежа) с помощью средств, предоставл€емых векторным редактором.

7.1. ѕрограмма 3д-инт (интерпретаци€ строительных чертежей)

»сходными данными дл€ программы €вл€етс€ векторный чертеж Ч файл в формате DXF.

„ертеж представл€ет собой набор видов, где под Ђвидомї понимаетс€ стандартное проекционное изображение: план, фасад, разрез, сечение.

¬ид представл€ет собой набор, состо€щий из текстовых фрагментов и пиктограмм.

¬ текстовом формате ввод€тс€ заголовки и обозначени€ видов, марки конструктивных элементов, текстовые обозначени€ координационных осей, высотных отметок, линий разрезов и сечений. “ексты на чертеже создаютс€ с помощью команды “≈ —“.

— помощью пиктограмм изображаютс€ конструктивные элементы (колонны, балки и т. д.), элементы пространственной координации (линии разрезов и сечений, координационных осей, высотных отметок), вспомогательные графические элементы (границы видов, выносные линии). ѕиктограммы создаютс€ с помощью команд: ќ“–≈«ќ , ѕќЋ»Ћ»Ќ»я, ћ”Ћ№“»Ћ»Ќ»я.

¬ программе используютс€ следующие основные пон€ти€:

  • начальный вид (план);
  • дополнительный вид (разрез, сечение);
  • тип конструктивного элемента (колонна, балка, стена, плита и т. д.);
  • тип элемента пространственной координации (координационна€ ось, высотна€ отметка, лини€ разреза или сечени€).

ƒл€ каждого пон€ти€ в таблице слоев чертежа создаетс€ отдельный слой с предопределенным именем. “ип объекта задаетс€ его прив€зкой к соответствующему слою.

ѕроцесс интерпретации включает в себ€:

  • св€зывание проекций (пиктограмм) конструктивных элементов, расположенных на разных видах;
  • формирование развернутого списка конструктивных элементов;
  • формирование параметрических описаний конструктивных элементов;
  • формирование командного файла Ч файла вызовов процедур, реализующих параметрические описани€.

¬ результате исполнени€ командного файла создаетс€ 3D модель проектируемого объекта. Ќиже в качестве примера представлены чертеж этажа подземной автосто€нки и общий вид модели, построенной по чертежам.

ѕлан этажа и модель подземной автосто€нки

ѕлан этажа и модель подземной автосто€нки

ѕодробнее о работе в программе 3д-инт можно прочитать в статье
Ђ ак делать интерпретируемые чертежиї
и в ее продолжении
Ђ ак делать интерпретируемые чертежи - II: ѕошагова€ детализаци€ объектовї.

—качать программу и руководство можно на сайте: http://3d-int.ru.

7.2. ѕрограмма 3д-интѕ (проектирование монолитных безбалочных перекрытий)

“ехнологи€ машинной интерпретации чертежей позвол€ет создать новый класс программ автоматизации проектировани€. ќтличительные признаки новых программ Ч специализаци€ и использование в качестве интерфейса естественного €зыка проектировщиков Ч €зыка чертежей.

3д-интѕ Ч веро€тно, перва€ программа, относ€ща€с€ к этому классу. ќна представл€ет собой адаптацию программы 3д-инт к конкретной области применени€ Ч проектированию монолитных перекрытий. — этой целью добавлены новые типы объектов и новые возможности, позвол€ющие выполнить расчет потребности материалов.

»сходными данными дл€ программы €вл€ютс€ традиционные дл€ данного вида проектировани€ схемы: схема опалубки плиты, схемы нижнего (в двух направлени€х) и верхнего (в двух направлени€х) армировани€ плиты.

 онструктивные элементы плиты Ч зоны термоизол€ции, пол€ армировани€, каркасы усилени€ Ч задаютс€ на чертеже в предельно лаконичном, концептуальном стиле.

–езультатом работы программы €вл€етс€ преобразование концептуальных описаний в детальные 2D и 3D модели. Ќа основе полученных моделей формируютс€ спецификации к схемам расположени€, а также сводна€ ведомость расхода материалов.

Ќиже в качестве примера представлены чертеж верхнего армировани€ плиты и общий вид модели, построенной по чертежам.

—хема верхнего армировани€ и модель плиты перекрыти€

—хема верхнего армировани€ и модель плиты перекрыти€

ѕодробнее о работе в программе 3д-интѕ можно прочитать в статье
Ђјвтоматизированное проектирование монолитных безбалочных перекрытийї
и в ее продолжении
Ђјвтоматизированное проектирование монолитных безбалочных перекрытий. „асть 2ї.

—качать программу и руководство можно на сайте: http://3d-int.ru.


„итайте также:


¬акансии:

јктуальное обсуждение

RSS-лента комментариев

-->

ƒавид Ћевин
ƒавид Ћевин
ќт редактора: 37 100 000 000 на импортозамещение софта
ѕроект ЂЌародное —јѕ–-интервьюї

—лучайна€ стать€:

ќбойдемс€ без Siemens — јлександр ћеханик (14 июн€ 2022)
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.