Verktyg för effektivare projektering av betongelement

Examensarbetet handlar huvudsakligen om förtillverkade stabiliserande väggar i betong (prefab). Ett behov av att effektivisera modelleringsarbetet med väggkopplingar i beräkningsmodell utreds i en explorativ studie. Effektiviseringen erhålls med automatiserade algoritmer framtagna utan konventionell programmering. Arbetet vilar på en deskriptiv förstudie om de många steg en konstruktör går igenom i sin process för beräkning (beräkningsgång). Beräkningsgången avhandlas i arbetet och bygger på linjär elastisk global analys baserad på skalteori och finita element metoden (FEM). Ingenjörsmässigt innebär metoden en idealisering och förenkling av ett komplicerat verkligt beteende. Armerad betongs beteende föranleds till stor grad av hur materialet spricker upp vid belastning. Materialet beter sig i hög grad icke-linjärt. Linjär elastisk analys beskrivs i vissa avseenden kontroversiellt men argumenteras generellt vara projektekonomiskt. Den förenklade metoden beskrivs i förhållande till andra metoder så som fackverksmetoden och icke-linjär analys. Arbetet är finansierat av författarens arbetsgivare Sigma Civil AB. Konstruktionsavdelningarnas mål är att ställa upp beräkningsmodell (global analys) i anbudsskedet. Ur företagets mål konkretiseras behovet för examensarbetet. Anbudstiden är oftast begränsande, speciellt för konsulttjänster inom prefab branschen. Förtillverkade bärverksdelar tillverkas på annan plats än i det slutgiltiga bärverket, oftast indelade i mindre element för lättare hantering. Det klargörs att största skillnaden från platsgjuten betong är kopplingarnas försvagande effekt mellan indelade element. Indelningen och kopplingarna påverkar i stora drag hur bärverket agerar och agerandet behöver representeras i global analys. Modelleringsarbetet med kopplingar i global analys är dock tidskrävande och ett särskilt behov att effektivisera processen finns. Examensarbetet syftar till att utreda möjligheter för konstruktörer i konsultverksamhet att utveckla egna automatiserade verktyg. Det påpekas att sådan utveckling oftast leder till att konstruktören behöver programmeringskunskaper, vilket inte anses motiverat. CAD och IT-miljön som utreds i arbetet säljs med påståendet att sådan kunskap inte krävs. Delvis förblir syftet att utreda påståendet eller hur projektering och programmering kan mötas.En litteraturstudie har gjorts om relevant forskning som bedrivits på institutionen för samhällsbyggnad på Luleå Tekniska Universitet. Studien fokuserar främst på forskning om industriellt byggande och plattformar. Resultatet tyder på att den fullt automatiserade plattformen ses som det slutgiltiga målet. I en ansats klargörs arbetets vetenskapliga grund och hur arbetet skiljer sig från vad som tidigare gjorts. Arbetet tar lärdom från forskning men appliceras på ett annat område inom konstruktionsteknik och en annan CAD och IT-miljö nyttjas. Författaren är även av den mer strikta meningen att utvecklingsmålet om fullt automatiserade plattformar inte lämpar sig generell byggnadskonstruktörers konsultverksamhet. Samtidigt som syftet varit att utreda möjligheten för automatiserade verktyg utgörs metodkritiken av att konstruktörens arbete innefattar delsteg som kräver ingenjörsmässig tolkning. Författarens mening är att vikt bör läggas i gränsdragningen mellan konstruktör och verktyg. Verktyg utvecklas för att automatisera delsteg. Konventionell programvara ersätts inte fullt ut med automatiserade plattformar utan används tillsammans med smartare verktyg. Vilket förutsätter att konventionell programvara fortfarande används, att dess kommunikation och möjlighet att påverka denna både utåt och inåt ges. Något som relateras till som gapet mellan program. Ett första steg för att kunna manipulera kommunikation i gapet mellan program är att tolka den. Det beskrivs vara möjligt då fler aktörer inkorporerar öppna fil-format. Programvaran Grasshopper? utvärderas och förespråkas som ett verktyg för att skapa algoritmer som kan manipulera data mellan program. Den deskriptiva delen av arbetet resulterar i ett fackmässigt beskrivet checklista-liknande underlag för beräkningsgången som framhävs. Viktiga paragrafer ur gällande regelverk citeras och tolkningar särskiljs. Beräkningsgången delas in i stegen: Avgränsning, Idealisering, Klassificering, Bärverksanalys, Uppsprickning, Andra ordningens teori, Utformning, Lokal analys.Utöver beräkningsgången resulterar arbetet i algoritmer som kopplar mer konventionell programvara till Grasshopper?. Algoritmer som utgör grunden för att konstruktörer ska kunna ta fram smartare verktyg. Kopplingarna har sedan explorativt nyttjats i framtagandet av smartare verktyg. ?Det som skiljer Grasshopper? från liknande plattformar är ett tillägg som möjliggör nyttjandet av optimeringsteori. Optimeringsteorin som appliceras framhävs som generell men långsam i jämförelse med andra teorier. I arbetet har två verktyg som nyttjar teorin tagits fram. Optimerad kranposition och Optimerad skarvplacering. Avsikten är att effektivisera prefabkonstruktörens arbetsprocess. Optimerad skarvplacering styr indelningen av förtillverkade stabiliserande väggar i betong. Syftet med algoritmen är att minimera skillnaden i tidsåtgång mellan att ställa upp en beräkningsmodell för en byggnad med platsgjutna väggar och en med förtillverkade. Första steget i detta är indelning av väggelement. Optimeringsteorin som nyttjas via tillägg introduceras i en teoridel för CAD- & IT-miljön. Utvecklarnas förhoppning med tillägget beskrivs som ett försök att skapa en plattform för bredare nyttjande av evolutionära algoritmer för icke programmerare. Evolutionär optimeringsteori och genetiska algoritmer beskrivs utifrån en topp-dal problematik. Appliceringen är inspirerad av den biologiska evolutionen. Genetiska algoritmer beskrivs som en liknelse till Genetisk programmering som främst tas upp i sammanhang om artificiell intelligens. Likheten dem emellan är deras förmåga att lösa problem, vilket beräknas med hjälp av en fitness-funktion. Indelningen av väggelement i algoritmen Optimerad skarvplacering baseras på en fitness-funktion utifrån en minsta kostnad för ett helt system. Då algoritmernas uppbyggnad är sekretessbelagda fokuserar rapporten främst kring det som driver kostnaden och optimeringen. Kostnaden bygger på de armeringslösningar och arbetsinsatser som erhålls med hänsyn till projektering, produktion, transport, montage och en approximerad yttre belastning. Främst styr antalet gjuttillfällen som ges av indelningen. Kostnadsfaktorer kan justeras inför varje projekt och exempel ges i rapportens bilagor. I bilagor presenteras härledningar av medelvärden baserade på offentlig statistisk data och publika bokslut. Avsikten med verktygen som tagits fram har varit att på ett regelmässigt sätt effektivisera projekteringen. Erfarenhetsmässiga skäl har lett till att generella verktyg tas fram som kan appliceras på alla typer av väggar. En bakomliggande tanke om vidareutveckling där fler funktioner läggs till driver utvecklingen. Fler funktioner kommer inkorporeras för ett mer helhetstagande automatiserat verktyg. Det beskrivs att verktyget är ineffektivt uppbyggt för det singulära syftet att dela upp väggelement. Utvecklingen av Optimerad skarvplacering utvärderas kontinuerligt med prestandadrivna analyser. Ur fem försök bestäms ett medelvärde av den tidsåtgång verktyget kräver för att lösa två olika scenarion. Scenarion beskriver triviala fall för en erfaren konstruktör. Algoritmen skiljer inte på det en konstruktör anser vara svårt utan attackerar samtliga problemställningar likartat. De två fallen som testas beskriver två korta vägglinjer med håltagning och två långa raka vägglinjer där exakt 20 delväggar behövs. En konstruktör löser båda scenarion monotont utan vidare eftertanke, endast begränsade av de sex stycken musklick varje indelning kräver. Tre versioner av Optimerad skarvplacering analyseras. Från att först upplevas omotiverad som en effektivisering omarbetades algoritmerna. Mer information inkorporerades utanför optimeringen. Lösningsrymden minskades på ett sätt som gör verktyget mindre generellt men lämpliga väggindelningar studeras fortfarande. Med förändringarna ses potential i verktyget. I en tredje version hittade optimeringen en lämplig lösning inom beloppet av ett par sekunder i alla försök. För att lyckas effektivisera verktyget och erhålla en mer automatiskt arbetsprocess krävdes dock att mer konventionell programmering applicerades i delmoment. Ett möte mellan konstruktör och programmerare föreslås. Där konstruktören lägger grunden och programmeraren agerar stöd och blir mer involverad då verktyg ska automatiseras och implementeras.Diskussionen av arbetet inleds med en bredare samhällssyn på nyttan av effektivisering och automation. Industrialisering av tjänstesektorn, att färre nu kan göra mer och att tillväxt sker utan att nya jobb skapas tas upp. En nyligen publicerad studie relateras till. Studien menar att 53 % av dagens jobb kommer automatiseras och är borta inom 20 år. Hur samhällets struktur hanterar omställning och utbildning i vuxen ålder diskuteras. Paralleller och risker från andra branscher introduceras. Exempel från högfrekventhandel med finansiella instrument tas upp. En riskfylld bransch som nyttjar algoritmer baserade på samma evolutionära optimeringsteori. Augmenterad intelligens tas upp i relation till artificiell. Augmenterad intelligens handlar om att förstärka den mänskliga operatören istället för att ersätta den. Fokus läggs då på gränsdragningen mellan maskin och människa. Då algoritmer används i symbios med operatören beskrivs de som smarta verktyg istället för automatiska processer. Introduceras operatören, konstruktören, i utvecklingen kan även omställning ske.Diskussionen fortsätter och det anslås att smartare verktyg som effektiviserar projektering kan utvecklas av konstruktörer med verktyget Grasshopper?. Anslaget bygger på principen att förändra information och brygga gapet mellan mer konventionell programvara. Lämplig gränsdragning mellan verktyg och konstruktör är viktig att fastställa. Speciellt för beräkning med förenklade metoder som kräver mycket tolkning. Grasshopper? kan nyttjas av konstruktörer för att tolka, lägga till och manipulera parametrisk information mellan programvaror. Bryggas gapet mellan dessa finns stor potential att utveckla smartare verktyg.Diskussionen övergår till fortsatt arbete där det nämns att fler funktioner kan inkorporeras i algoritmen för Optimerad Skarvplacering. Steget är inte långt för att låta algoritmen modellera väggkopplingar. Möjlighet finns även för verktyget att tolka ett beräkningsresultat. Med en sådan vidareutveckling skulle inte en approximerad yttre last behöva beaktas utan den som faktiskt verkar. Algoritmen blir mer generell och möjligheter för ett mer helhetstagande automatiserat verktyg uppenbarar sig.Avslutningsvis beskrivs Grasshopper? som en visuell nodbaserad algoritmredigerare med potential att förändra konstruktörens arbetssätt. Den intuitiva visuella arbetsmetodiken i Grasshopper? argumenteras ge stora positiva effekter för användarens inlärningskurva. Kunskapströskeln som normalt måste nås inom programmering innan användaren kan uppvisa resultat sänks drastiskt. Arbetet vittnar i helhet om detta. Konstruktörer kan använda Grasshopper? på många sätt. Mellan global analys, lokal analys och projektering. Som koppling mot Excel? och MatchCad?. Information kan förberedas och samlas till beräkningsrapport, för dokumentation och kvalitetskontroll. Slutligen kan automatisering nås med optimeringsteori.

Senaste sökningar:

© 2024 Allauppsatser.se | Nyheter Sidkarta