Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ методов и средств автоматизации инженерных исследований при реконструкции 15
1.1. Анализ содержания и особенностей реконструкции в условиях крупных городов 15
1.1.1. Общие тенденции развития строительства в крупных городах 15
1.1.2. Особенности реконструкции зданий и сооружений 17
1.1.3. Состав и схемы взаимодействия участников реконструкции 18
1.1.4. Роль инженерных исследований в проектировании 19
1.1.5. Исполнители инженерных исследований 21
1.2. Анализ содержания инженерных исследований при реконструкции 22
1.2.1. Цели и задачи инженерных исследований 22
1.2.2. Особенности инженерных исследований 23
1.2.3. Состав инженерных исследований 25
1.2.4. Организация инженерных исследований 32
1.3.Анализ автоматизации инженерных исследований при реконструкции.39
1.3.1. Автоматизация проектных работ 39
1.3.2. Автоматизация инженерных исследований 40
1.3.3. Приборы и оборудование инженерных исследований 41
1.3.4. Технические и информационные средства автоматизации 46
Выводы по главе 1 51
Глава 2. Методологические основы автоматизации инженерных исследований при реконструкции 53
2.1 .Обоснование методологической схемы работы. 53
2.1.1. Применение системотехнических принципов для автоматизации инженерных исследований 53
2.1.2. Применение современных технологий 55
2.1.3. Классифицирование и моделирование 58
2.1.4. Объектно-ориентированное представление 59
2.1.5. Методологическая схема диссертационной работы 61
2.2.Информация в инженерных исследованиях при реконструкции 63
2.2.1. Формы документации предпроектного этапа 63
2.2.2. Форматы хранения и передачи данных 66
2.2.3. Организация сбора, обмена и хранения информации 68
2.3.Процессы преобразования информации инженерных исследований 70
2.3.1. Ресурсы автоматизации в ходе инженерных исследований 70
2.3.2. Схема обработки информации в ходе исследований 73
2.3.3. Специализированные программные средства автоматизации 75
Выводы по главе 2 76
Глава 3. Научные основы автоматизации инженерных исследований при реконструкции 78
3.1.Объектно-ориентированный подход при разработке
информационных систем 78
3.1.1. .Процедурно-ориентированный подход 78
3.1.2. Объектно-ориентированный подход 81
3.1.3. Основные свойства объектно-ориентированного подхода 83
3.1.4. Иерархическая структура объектов 85
3.1.5. Взаимодействие объектов в информационной системе 87
3.2.0бъектно-ориентированные МКЭ-системы 89
3.2.1. Обзор объектно-ориентированных МКЭ - систем 89
3.2.2. Иерархические структуры объектов МКЭ - систем 99
3.2.3. Объекты системного управления и интерфейса 99
3.2.4. Объекты МКЭ - модели сооружения 101
3.2.5. Общий состав и организация МКЭ - системы 104
3.3.Объектное структурирование при решении инженерных задач. 106
3.3.1. Сущность объектно-ориентированного структурирования 106
3.3.2. Информационная модель инженерного процесса 107
3.3.3. Информационная модель МКЭ - системы. 108
3.4.Информационная модель сооружения в процессе реконструкции 110
3.4.1. Инженерно-исследовательские компоненты информационной модели ПО
3.4.2. Объектная модель реконструируемого сооружения. 112
3.4.3. Программное обеспечение информационной модели реконструируемого сооружения 114
3.5.Средства разработки объектно-ориентированных систем 115
Выводы по главе 3 119
Глава 4. Информационные средства автоматизации инженерных исследований при реконструкции 121
4.1.Принципы формирования состава информационных средств 121
4.1.1. Общие положения по выбору информационных средств 121
4.1.2. Выбор адаптируемых программных средств 122
4.1.3. Выбор специализированных программных средств 124
4.2.Расчет и моделирование работы сооружений 125
4.2.1. МКЭ — система «Механика» 125
4.2.1.1. Назначение и общие параметры системы. 125
4.2.1.2. Хронология создания и развития системы. 127
4.2.1.3. Иерархическая объектная структура системы 129
4.2.1.4. Особенности основных компонентов системы 132
4.2.1.5. Ввод и коррекция исходных данных 138
4.2.1.6. Представление исходных данных и результатов расчета 141
4.2.1.7. Прочностные расчеты строительных конструкций 144
4.2.1.8. Особенности проведения динамических расчетов 146
4.2.1.9. Обучающие возможности системы 148
4.2.2. Процессор подготовки и обработки данных 153
4.2.2.1. Назначение и общее описание процессора 153
4.2.2.2. Иерархическая объектная структура процессора 154
4.2.2.3. Описание основных компонентов процессора 158
4.2.3. МКЭ - системы профессиональной разработки 161
4.3.Автоматизации документооборота 162
4.3.1. Подготовка и ведение договорной документации 162
4.3.2. Пакет АПД 163
4.4. Автоматизация обмерных работ 167
4.4.1. Цели и задачи обмерных работ при реконструкции 167
4.4.2. Инженерно-геодезические технологии в обмерных работах. 168
4.4.3. Технология проведения обмерных работ с использованием цифровой геодезической аппаратуры 169
4.4.4. Состав измерительно-информационного комплекса 172
4.4.5. Автоматизированное построение обмерных чертежей 173
4.4.6. Использование фотограмметрии при проведении обмеров 176
4.5.Фотофиксация объектов исследований 182
4.5.1. Общие сведения о фотофиксации 182
4.5.2. Особенности цифровых изображений 183
4.5.3. Технические средства регистрации изображений 183
4.5.4. Программные средства обработки изображений 184
4.5.5. Фотодефектные ведомости 185
4.6.0бработка числовой и текстовой информации 186
4.6.1. Числовая обработка результатов исследований 186
4.6.2. Текстовые отчетные формы и шаблоны 186
4.7.Графическая обработка результатов исследований 187
4.7.1. Параметризованные чертежи 187
4.7.2. Векторизация растровых изображений 188
4.8.Возможности замещения программных средств 189
Выводы по главе 4 190
Глава 5. Интегрированная информационная технология автоматизации инженерных исследований при реконструкции 192
5.1. Формирование ИИТ 192
5.1.1. Общие требования и принципы интеграции средств ИИТ 192
5.1.2. Организационно-технологическая модель ИИТ 194
5.1.3. Состав и описание компонентов ИИТ 196
5.2.Аппаратно-программный комплекс автоматизации инженерных исследований при реконструкции 206
5.2.1. Общее описание содержания и состава АПК 206
5.2.2. Технические и информационные средства АПК. 209
Выводы по главе 5 225
Глава 6. Практическое использование результатов исследований 227
6.1.Обзор выполненных инженерных исследований объектов реконструкции и ремонта 227
6.1.1. Большой Кремлевский Дворец 228
6.1.2. Здание универмага «Детский мир». 230
6.1.3. Универсальный спортивный комплекс «Moscow Country Club»...234
6.1.4. Исторические особняки ГлавУпДК 237
6.1.5. Торгово-развлекательный комплекс «Атриум» 240
6.1.6. Аэродромный ангарный комплекс аэропорта Внуково 245
6.2.Оценка экономической эффективности применения ИИТ
автоматизации инженерных исследований при реконструкции 252
6.3.Использование компонентов ИИТ в учебном процессе 255
6.3.1. Диалоговое построение эпюр внутренних усилий в балочных системах 255
6.3.2. Эмуляция методов строительной механики при расчете статически неопределимых систем 258
6.3.3. Иллюстрация МКЭ - математического аппарата 260
Выводы по главе 6 262
Общие выводы 263
Литература
- Особенности реконструкции зданий и сооружений
- Применение системотехнических принципов для автоматизации инженерных исследований
- Основные свойства объектно-ориентированного подхода
- Выбор адаптируемых программных средств
Введение к работе
Актуальность проблемы: Современный этап строительства в России, в первую очередь, в столичном регионе - Москве и Московской области, а также в других крупных городах, при общей тенденции роста строительного производства характеризуется существенным снижением объемов капитального строительства новых объектов и переносом акцента на реконструкцию уже имеющегося промышленного, административного и жилого фонда. Это является следствием текущей экономической ситуации и высокой степени застройки регионов крупных городов. Данная тенденция нашла отражение в программе правительства Москвы по реконструкции и капитальному ремонту административного и жилого фонда столицы, в соответствии с которой объемы реконструкции существующего фонда в период после 2003 г. должны превышать объемы нового строительства [113].
Проведение реконструкции существующих объектов в условиях плотной городской застройки является комплексным строительным процессом, характеризующимся рядом осложняющих факторов, определяющих специфику реализации проектов реконструкции. К ним относятся - сложность инженерно-геологической и гидрогеологической обстановки, насыщенность инженерными коммуникациями, стесненность строительных площадок, возможность неблагоприятных воздействий на прилегающие объекты, сжатые сроки всех этапов реконструкции, включая предпроектные работы, проектирование, строительство, ввод в эксплуатацию и т.д.
Данные факторы многократно повышают роль предпроектного этапа, на котором принятие оптимальных решений обеспечивает в дальнейшем минимизацию финансовых и временных затрат, снижение издержек строительства. Такие решения могут быть получены только на основе результатов комплексных инженерных исследований объекта реконструкции, в со-
став которых входят практически все применяемые на сегодняшний день виды инженерно-изыскательских и инженерно-исследовательских работ в строительстве.
Успешное достижение поставленных целей в сложных условиях и отведенные сроки определяет необходимость применения современных технологий в инженерных исследованиях и оптимального выбора состава технических и информационных ресурсов.
Современные технологии инженерных исследований базируются на информационных технологиях, что позволяет проводить сбор, обработку, хранение и передачу инженерной информации в электронной форме. Однако, единой методологии и информационной модели процесса инженерных исследований, объединяющих в единую информационную технологию в полном объеме все разнообразие существующих технических и программных средств, в настоящее времени не существует.
Наличие подобной информационной технологии, позволит собирать, обрабатывать, преобразовывать, сохранять и передавать для последующего использования полученную информацию в электронном виде в рамках единого информационного процесса обработки и представления данных.
В дальнейшем, помимо использования традиционных форм представления результатов изысканий, как основы для проектирования, в форме технических отчетов на бумажном носителе, полученная информация в электронном виде может эффективно использоваться в процессе проектирования, строительства и эксплуатации объекта, что кардинальным образом снижает общие затраты, в особенности на этапе проектирования.
Разработка научных основ автоматизации инженерных исследований реконструируемых сооружений и создание на их базе интегрированной информационной технологии (ИИТ), не существующей в настоящее время в полном объеме, обеспечит радикальное сокращение сроков, повышения эффективности и качества работ предпроектного этапа. Подобная ИИТ со-
ставит основу разработки CALS - технологий информационного обеспечения полного жизненного цикла реконструируемых сооружений.
Актуальность темы диссертации определяется практической необходимостью в создании ИИТ автоматизации инженерно-исследовательских работ предпроектного этапа реконструкции сооружений.
Целью диссертации является создание научно-методологических основ и интегрированной информационной технологии автоматизации инженерных исследований на предпроектном этапе реконструкции сложных строительных объектов, расположенных в стесненных условиях крупных городов, на основе современных информационных технологий.
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:
й Проведен анализ состава и содержания комплекса инженерных исследований на предпроектном этапе реконструкции.
й Исследованы технологии проведения, методы и средства автоматизации всех видов инженерно-исследовательских работ, применяемых при реконструкции в условиях крупных городов.
й Разработаны методологические основы системы автоматизации инженерных исследований при реконструкции.
й Разработана информационная модель реконструируемого сооружения в ходе инженерных исследований на предпроектном этапе.
й Созданы специализированные информационные системы, интегрированные в составе аппаратно-программного комплекса на основе информационной модели объекта реконструкции.
й Разработана ИИТ автоматизации инженерных исследований реконструируемых объектов, базирующаяся на сформированном аппаратно-программном комплексе информационного обеспечения исследований.
й Результаты исследований внедрены в научно-производственную и учебную деятельность, выполнена практическая оценка экономической эффективности теоретических результатов диссертации.
Объектом исследования является процесс сбора инженерной информации для обеспечения проектирования строительных объектов, планируемых к реконструкции.
Предметом исследования являются методы и средства автоматизации инженерно-исследовательской деятельности по сбору информации об объектах реконструкции на предпроектном этапе.
Методологические и теоретические основы исследования - работы отечественных и зарубежных ученых в области инженерных изысканий и обследований, математического моделирования и прогнозирования строительных процессов и работы сооружений, теорий моделирования и технологий разработки информационных систем, научных и прикладных исследований в области автоматизации проектирования и практической инженерной деятельности в строительстве.
Научная новизна диссертационной работы:
п впервые выполнен научный анализ практического содержания, специфики, особенностей и методов автоматизации инженерно-исследовательских работ на предпроектном этапе комплексной реконструкции сложных строительных объектов в условиях крупных городов.
п разработаны научно-методологические основы автоматизации инженерных исследований при реконструкции на основе применения объектно-ориентированного подхода к моделированию процесса инженерных исследований реконструируемых сооружений;
п впервые разработана универсальная объектно-ориентированная информационная модель строительного сооружения, подвергаемого комплексу инженерных исследований в процессе реконструкции;
п разработаны алгоритмы и осуществлена программная реализация специализированных объектно-ориентированных программных средств автоматизации инженерных исследований;
ft теоретически обоснованы и реализованы на практике методы формирования и эксплуатации аппаратно-программного комплекса, составляющего ресурсную основу ИИТ автоматизации инженерных исследований при реконструкции;
ft впервые разработана и реализована на практике ИИТ автоматизации инженерных исследований реконструируемых сооружений, обеспечивающая автоматизированный сбор, обработку, хранение, передачу и представление информации для проектирования полностью в электронной форме.
На защиту выносятся следующие наиболее существенные результаты исследований, имеющие научную и практическую значимость:
й разработанные методики теоретических исследований, алгоритмы программного обеспечения и практические методы организации сбора, передачи, обработки, преобразования и представления информации на пред-проектном этапе реконструкции сложных строительных объектов в условиях крупных городов;
ft интегрированная информационная технология автоматизации инженерных исследований на предпроектном этапе, базирующаяся на современных технических, информационных и сетевых технологиях и обеспечивающая сбор информации для этапов проектирования, строительства и эксплуатации объекта реконструкции;
ft результаты использования теоретических положений диссертации в практической инженерной деятельности при реконструкции строительных объектов в г. Москве, Московской области и в учебном процессе.
Практическая значимость результатов исследования: разработанная ИИТ автоматизации инженерных исследований, реализующая автоматизированный сбор, обработку, преобразование и передачу информации, полученной при проведении инженерно-исследовательских работ реконструируемых сооружений, предлагается для практической деятельности про-
ектных и специализированных организаций, занятых реконструкцией строительных объектов, расположенных в крупных городах. Применение данной технологии позволяет повысить качество и эффективность получаемой информации, существенно сократить сроки предпроектного этапа при ограниченном контингенте занятого персонала, использовать в дальнейшем полученную систематизированную информацию на этапах проектирования, строительства и эксплуатации объекта реконструкции.
Внедрение результатов работы: положения и результаты настоящей работы в течение 1988-2005 г.г. использованы при строительстве, реконструкции и капитальном ремонте 93 объектов в г. Москве и Московской области, среди которых:
й Большой Кремлевский Дворец Московского Кремля.
й Здание Государственного исторического музея.
й Здания универсальных магазинов ГУМ и «Детский мир».
й Административно-гостиничные комплексы Главного Управления Дип-ло- матического Корпуса (ГлавУпДК) МИД РФ «Park Place», «Донской посад».
й Спортивно-развлекательные комплексы отдыха ГлавУпДК «Москоу Кантри клаб» пос. Нахабино Московской обл., пос.Завидово Тверской обл.
й 16 зданий посольств-особняков ГлавУпДК, являющихся историческими памятниками.
й 42 административно-жилых и производственных объекта ГлавУпДК.
й Комплекс зданий Росзарубежцентра (особняк С. Морозова).
й Комплексы зданий заводов «Красный пролетарий», НЕФТЕКИП, ЖБИ (г. Серпухов).
й Здание торгово-развлекательного комплекса (ТРК) «Атриум» на площади Курского вокзала.
n Комплекс банковских зданий в г. Душанбе, Таджикистан, й Аэродромный комплекс ангаров аэропорта Внуково, й 20 различных объектов административного, жилого и промышленного назначения.
Апробация работы.
Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на:
й международной конференции «Дистанционное обучение и новые технологии в образовании», М, 1994;
й польско-российском семинаре «Теоретические основы строительства», Варшава 1998;
й международной конференции «Критические технологии в строительстве», М, 1999;
й научно-практической конференция «Современные приборы, оборудование и технологии, применяемые в строительстве, инженерных изысканиях, обследованиях сооружений и обеспечения качества работ», М, 2002;
й международном симпозиуме «Применение информационных технологий в строительстве и в учебном процессе», М, 2004;
й международной научно-технической конференции «ИНТЕРСТРОЙ-МЕХ - 2004», Воронеж, 2004;
й научно-технических конференциях и семинарах в МГСУ в течение 1988-2005 г.г.
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 46 работ, в том числе, статьи, публикации, методические пособия, 1 монография общим объемом 30 п.л., из них 6 работ, входящих в список ВАК для докторских диссертаций, и выпущено 93 научно-технических отчета общим объемом свыше 600 п.л.
Особенности реконструкции зданий и сооружений
Реконструкция существующих строительных объектов в условиях крупных городов, особенно в их центральной частях, представляющих собой плотно застроенные городские конгломераты, является сложным комплексом инженерных мероприятий, реализация которых затруднена целым рядом объективных обстоятельств, а именно:
близость насыщенных транспортных коммуникаций, непосредственно прилегающих к реконструируемому объекту, что осложняет производство строительных работ, подвоз материалов и элементов конструкций;
необходимость сохранения в ходе реконструкции существующих транспортных и пешеходных потоков, для чего требуется возведение дополнительных и вспомогательных временных транспортных сооружений;
необходимость продолжения существующих эксплуатационных процессов в зоне реконструкции или их временного переноса в другие зоны, что требует организации работ по специальным схемам и графикам;
проведение реконструкционных работ в условиях плотной городской застройки и стесненных строительных площадок, для чего необходимо использование современного оборудования, специальной организации работ и привлечение квалифицированного персонала;
необходимость осуществления мероприятий по недопущению повреждения прилегающих объектов неравномерными осадками основания при проведении земляных работ или за счет роста нагрузки на грунтовое основание при увеличении этажности объекта, замене и усилении несущих конструкций;
насыщенность подземными инженерными коммуникациями зоны реконструкции, сложность инженерно-геологической обстановки, в результате, как правило, ослабленного за период эксплуатации состояния части грунтов основания, повреждаемых утечками из коммуникаций, и, как следствие, необходимость усиления основания здания в ходе реконструкции при условии недопущения повреждений существующих инженерных коммуникаций;
сжатые сроки всех этапов реконструкции, включая выбор проектных решений, проектирование, строительство и ввод в эксплуатацию для чего необходимо использование современных технологий проектирования, производства и организации работ;
конкурентный характер выбора исполнителей, налагающий жесткие условия на время проведения и качество выполнения работ, что требует от организаций - исполнителей имения работать в рыночных условиях и соответствовать уровню современных требований строительного производства.
Состав и схема взаимодействия участников процесса реконструкции зависит в первую очередь от формы собственности реконструируемого объекта. Для объектов федеральной, региональной и муниципальной собственности заказчиком выступают различные государственные или муниципальные органы или образования, а финансирования производится из соответствующих статей бюджетов различных уровней. Для финансирования на условиях последующей долевой эксплуатации реконструированного объекта могут также привлекаться частные инвесторы. Функции заказчика при этом выполняет строительный департамент или специализированное строительное подразделение указанных образований. Непосредственную организацию и проведение реконструкции осуществляет генеральный подрядчик, которым становится частная фирма, выигравшая право на проведение работ в результате тендера.
В дальнейшем генеральный подрядчик осуществляет весь комплекс работ, привлекая для их выполнения на субподрядной основе нужное количество специализированных проектных и строительных организаций, заключающих договора, как правило, непосредственно с заказчиком, который осуществляет совместно с генподрядчиком постоянный контроль над ходом проведения работ субподрядными организациями. По такой схеме в 1991-1996 г.г. проводилась комплексная реконструкция Московского Кремля, а в последующем и многих других объектов государственной и региональной собственности.
При реконструкции объектов частной формы собственности заказчиком, как правило, выступает ее владелец, осуществляющий финансирование из собственных источников, в том числе и на долевой основе. Для выполнения работ заказчик также выбирает фирму - генерального подрядчика, которому, в отличие от предыдущей схемы, передается право прямого заключения субподрядных договоров и большинство функций заказчика, в том числе и по контролю над ходом проведения работ. Вопросы ответственности перед заказчиком за качество целиком несет генеральный подрядчик, который решает их через систему страхования строительных рисков.
Применение системотехнических принципов для автоматизации инженерных исследований
Из анализа состава и содержания инженерных исследований при реконструкции, проведенного в первой главе, видно, что разработка технологии автоматизации исследований представляет собой комплексную задачу формирования гетерогенной (разнородной) территориально распределенной информационной инженерной системы, представляющий собой комплекс аппаратно-программных средств, обеспечивающих автоматизированный сбор, передачу, обработку, преобразование и представление полученной информации в электронной форме.
Для решения данной задачи должен быть применен системный анализ, позволяющий структурировать сложные системы путем их разделения на более простые компоненты. При этом выявляются взаимосвязи компонентов и связи самой системы с окружающей средой, влияние внешних факторов на состав и функционирование системы [22].
По существу, разрабатываемая система автоматизированного сбора и обработки информации инженерных исследований может рассматриваться как вспомогательная система (подсистема), действующая в интересах условной системы автоматизированного проектирования (САПР), поэтому для ее разра ботки и формирования могут быть применены все основные системотехнические принципы: функционально - системный, имитационно — моделирующий, интерактивно - графический, инженерно - экономический и инженерно - психологический, которые успешно используются при разработке систем и подсистем САПР [104, 133].
Функционально-системный принцип реализуется в ходе изучения и формирования состава, содержания и методов проведения инженерных исследований при реконструкции, в результате чего можно выделить следующие функционально-системные компоненты разрабатываемой технологии: - набор инструментальных средств в составе приборов и оборудования для сбора первичной информации в ходе полевых работ; - набор аппаратных средств электронной обработки информации для накопления, передачи, преобразования и представления собранных данных; - комплекс разработанных и привлеченных программных средств для управления и автоматизированной обработки собранной информации; - базы данных организационной и справочно-технической информации, типовых отчетных форм и конструктивных решений; - группа методов и процедур для организации и проведения работ по сбору, передаче, преобразованию и представлению информации; - комплекс мероприятий по поддержке работоспособности, обновлению и расширению аппаратно-программных компонентов технологии.
Имитационно-моделирующий принцип осуществляется при разработке информационных моделей процесса инженерных исследований реконструируемого сооружения, которая дает возможность сформировать необходимый комплекс аппаратно-программных средств в технически обоснованной конфигурации, и разработать методы его эксплуатации, что в конечном итоге и образует ИИТ автоматизации инженерных исследований.
Интерактивно-графический принцип заключается в организации возможности эффективного насыщения и расширения получаемой информации инженерно-техническим персоналом в интерактивном режиме в ходе камеральной обработки данных и подготовки отчета с помощью удобных программных средств поиска, выбора и заполнения необходимых отчетных форм.
Инженерно-экономический принцип реализуется при создании возможностей принятия экономически обоснованных инженерных решений в ходе автоматизированной подготовки и составления программы инженерных исследований и сметно-договорной документации на их проведение, а также в процессе выработки рекомендаций по вариантному выбору реконструкционных решений и установлению состава и объемов работ по реконструкции.
Инженерно-психологический принцип осуществляется за счет применения современных удобных и компактных мобильных приборов и оборудования для проведения полевых работ, а также в результате разработки и привлечения гибких, удобных, понятных и настраиваемых программных компонентов, позволяющих персоналу производить эффективную компьютерную обработку информации при поддержке дружественного пользовательского интерфейса.
Основные свойства объектно-ориентированного подхода
Объектное представление базируется на следующих фундаментальных концепциях (свойствах) [57, 170]: объекты - форма организации программного кода, при которой объекты хранят в себе и данные, носящие название полей, и операторы работы с данными, называемые методами, при этом явно определены существенные свойства (параметры интерфейса взаимодействия) объектов; которые будут использованы другими объектами; инкапсуляция (связанность) данных - данные объекта могут быть изменены только в результате их обработки собственными (принадлежащими данному объекту) методами; наследование - новые объекты создаются на базе уже существующих объектов путем накопления свойств в результате добавления или изменения необходимых полей и методов; п полиморфизм - свойство разных по содержанию объектов, связанных механизмом наследования, совершать одинаковые действия с помощью собственных для каждого объекта методов; й управление событиями - управление поведением и взаимодействием объектов информационной системы с помощью набора внутренних сообщений - команд, поступающих от интерфейса управления системой (клавиатура, мышь, устройства ввода - вывода) и других объектов. Объединение в составе объектов данных и обрабатывающих их процедур с определением параметров для взаимодействия с другими объектами позволяет скрыть детали разработки внутри объекта, и таким образом легко изменять их, сохраняя параметры интерфейса, силами разных программистов, не знакомых с общей архитектурой системы. Ответственность за состав объектной архитектуры информационной системы несет координатор ее разработки.
Инкапсуляция данных обеспечивает целостность структур данных и повышает устойчивость работы информационной системы за счет исключения риска системных сбоев при неправильном обращении к данным из других объектов. Целостность структур данных в ходе работы системы обеспечивается объектно-ориентированным языком программирования.
Наследование позволяет при разработке системы последовательно накапливать нужные свойства новых объектов путем добавления соответствующих полей и методов без необходимости заботиться о включении в состав объектов уже разработанного кода, что существенно снижает затраты на программирование за счет автоматизированного подключения ранее созданного кода средствами объектно-ориентированного языка программирования. Наследственные связи между объектами устанавливаются на основе иерархической объектной структуры (см. ниже), ответственность за разработку которой совместно несут авторы объектных библиотек и проектировщики информационной системы.
Полиморфизм связан с наследованием и позволяет за счет наличия в составе различных объектов методов с одним и тем же названием, но отличных по содержанию, достаточно просто осуществлять управление сложными группами объектов с помощью механизма рассылки сообщений. Полиморфизм полностью обеспечивается свойствами языка программирования.
В отличие от сложных алгоритмов процедурной модели, механизм управления событиями позволяет рассматривать объектную модель информационной системы как простой перечень объектов, каждому из которых предназначены определенные для него группы системных сообщений, что существенно упрощает в этой части проектирование и управление системой. Механизм управления событиями обеспечивается средствами языка программирования, ответственность за состав сообщений лежит на проектировщиках системы.
Перечисленные свойства объектно-ориентированного представления в полной мере могут быть реализованы только при наличии иерархической объектной структуры информационной системы, связывающей объекты, участвующие в ее работе, в единую модель (рис. 3-3).
Разработка подобной структуры является результатом процесса абстрактной декомпозиции на объекты предмета исследования, которым в данном случае является сама информационная система со всей совокупностью необходимых свойств, которые требуются от нее для выполнения конкретных информационных задач, например МКЭ - анализа работы строительного сооружения.
В первую очередь, наличие объектной структуры обеспечивает функционирование принципа наследования свойств объектов-предков объектами-наследниками в ходе создания новых объектов. Во-вторых, в соответствии с деревом наследования происходит передача потока сообщений от управляющего ядра к объектам, что и обеспечивает полиморфизм их поведения, необходимый в ходе работы программы для управления динамически образуемыми объектами, точное количество и состав которых заранее неизвестны.
Выбор адаптируемых программных средств
Объектное структурирование информационной модели реконструируемого сооружения позволило четко специфицировать информационные задачи, решаемые в процессе исследований. Для их решения, помимо специально разрабатываемого объектно-ориентированного программного обеспечения, использовано существующее программное обеспечение общего назначения, адаптированное к решению конкретных задач. Для этих целей наиболее приспособленными оказываются профессионально разработанные объектно-ориентированные системы, гибкость, широкие возможности и удобство применения которых позволяют осуществлять необходимую адаптацию.
Основными критериями при выборе программных систем общего назначения для текстовой, табличной, математической и графической обработки яв ляются наличие ряда возможностей для быстрой и гибкой настройки системы под решение текущей задачи, а именно:
наличие внутреннего языка программирования или языка макрокоманд, позволяющих осуществлять в автоматизированном режиме заданную последовательность текстовых, математических и графических операций;
возможность ввода и сохранения данных в как можно большем числе универсальных или специализированных форматов, что позволяет осуществлять интеграцию различных компонентов программного обеспечения и быстрый обмен информацией между ними;
интуитивная ясность и единообразие интерфейса систем, позволяющая быстро их освоение пользователями - непрофессионалами.
В первую очередь к основным адаптируемым программным средствам относится система обработки таблиц Microsoft-Excel фирмы Microsoft [117], объектно-ориентированная структура которого и заложенный в его основе механизм программирования без написания исходного кода делает доступным разнообразную адаптацию данного программного продукта к решению широкого круга инженерных задач. Кроме того, система Microsoft-Excel имеет встроенный язык программирования 3-го поколения Excel BASIC, позволяющий разрабатывать собственные приложения любой сложности с использованием всех доступных функциональных возможностей самого Excel, что делает его уникальной системой среди аналогичных программных продуктов - обработчиков таблиц.
Работа с текстовыми документами эффективно осуществляется с помощью текстовых процессоров Microsoft Word фирмы Microsoft [117] и Word Perfect фирмы Corel Inc., обладающих мощными встроенными средствами внутреннего программирования и макронастроек, и также являющихся объектно-ориентированными программными системами. Система Microsoft Word имеет единообразный с Excel встроенный язык программирования Word BASIC, позволяющий создание разнообразных собственных приложений текстовой обработки.
К системам обработки графической информации, отвечающих перечисленным критериям в наибольшей степени, относятся CAD - система общего назначения AUTOCAD фирмы Autodesk [173], специализированная архитектурно-строительная система ARCHICAD фирмы Graphisoft [171], и ряд других CAD - систем, подробный обзор которых проведен в работе [104].
Система AUTOCAD является мощным графическим средством, позволяющим в интерактивном режиме создавать чертежи любого назначения. По сравнению с другими CAD - системами, к основным преимуществам AUTOCAD относится наличие, помимо графического редактора непосредственного построения чертежей, встроенного блока программирования на языке AUTOLISP, позволяющего разрабатывать приложения, выполняющие графические построения по заданной программе [86, 224]. Эта возможность AUTOCAD значительно ускоряет процесс разработки проектной документации и позволяет автоматизировать процесс черчения, расчета, анализа и проектирования. AUTOLISP дает доступ к внутренней графической базе данных AUTOCAD, позволяет модернизировать ее, разрабатывать функции для решения разнообразных задач, создавая тем самым эффективные системы и подсистемы обработки информации в графическом, числовом и символьном виде.
Выбор специализированных программных средств, состав которых подробно представлен ниже, определяется следующими факторами: п привязкой к конкретным аппаратным средствам для обеспечения их функционирования (поставляемое с прибором программное обеспечение); п общими функциональными возможностями и способностью быть адаптированными к существующей аппаратной базе; й наличием универсальных и специализированных форматов данных для возможности интеграции с другими программными системами.
