6 - 2012

Настоящая новая ЛИРА

Юрий Гераймович
Юрий Гераймович
К.т.н., руководитель проекта ООО «ЛИРА софт»
Дмитрий Марченко
Дмитрий Марченко
Заместитель директора ООО «ЛИРА софт»

На рынке стран СНГ давним и заслуженным спросом пользуются программные продукты  ЛИРА, МОНОМАХ и электронный справочник инженера (ЭСПРИ), разработанные компанией ООО «ЛИРА софт» (Киев, Украина; www.lira.com.ua). С момента выхода первого программного комплекса (далее ПК) ЛИРА прошло уже много лет, и понятно, что заложенные в то время концепции ПК сильно устарели и нуждаются в существенной переработке и модернизации. Предыдущая разработка велась без какого­либо использования программной инженерии — методом codeandfix (кодирования и исправления ошибок), что сильно снижало скорость разработки, и многие качественные пожелания пользователей либо не учитывались, либо длительное время ждали реализации. За это время в ИТ­индустрии появились новые методы и технологии создания прикладного программного обеспечения (ПО), которые не нашли своего применения при создании указанных выше программных продуктов. Однако разработка современного ПО происходит на фоне высоких требований к его качеству, так как сложность и ответственность выполняемых им функций непрерывно возрастает. Создание качественной программы, как и любого другого продукта, зависит не только от опыта разработчика, но и от инструмента, которым он пользуется.

Накопленный к настоящему времени опыт разработки ПО показывает, что это сложная и трудоемкая работа, требующая высокой квалификации участвующих в ней специалистов. Однако до настоящего времени создание таких систем нередко выполняется на интуитивном уровне с применением неформализованных методов, основанных на искусстве, практическом опыте, экспертных оценках и дорогостоящих экспериментальных проверках качества функционирования ПО [1].

Постоянный рост конкуренции в условиях современного рынка, а также использование пиратского программного обеспечения заставляет производителей программного обеспечения стремиться к непрерывному сокращению расходов на совершенствование и сроков выпуска новых версий. За последние пять лет усовершенствования в ПК ЛИРА можно пересчитать по пальцам:

  • адаптация под Windows Vista и Windows 7;
  • изополя и мозаики напряжений в арматуре для физически нелинейных балок­стенок и объемных элементов;
  • реализация появившихся в нормах стран СНГ модулей динамики;
  • решение задачи ползучести;
  • анализ чувствительности для устойчивости;
  • динамика и устойчивость в системе МОНТАЖ;
  • учет ортотропии в пластинчатых и объемных конечных элементах;
  • абсолютно жесткие вставки из плоскости пластинчатых элементов;
  • визуализация ускорений от пульсации ветрового потока — вот, собственно, и всё.

ООО «ЛИРА софт» — владелец имущественных прав на торговые марки и исходные коды, а также ведущие разработчики ПК ЛИРА по итогам сравнительного анализа с аналогичными программными комплексами пришли к неутешительному выводу: ПК ЛИРА отстает от современных программных комплексов. При наличии мощного расчетного процессора в ПК ЛИРА версии 9.6 нет современного инструмента для создания и корректировки расчетной схемы. Визуализация результатов также оставляет желать лучшего, а документирование вообще на зачаточном уровне.

Перечисленные соображения лишний раз подчеркивают важность комплексного подхода к концепции будущего программного комплекса, то есть программированию должно предшествовать проектирование [2]. Поэтому разработчиками было принято решение о создании «с нуля» программного комплекса, который должен существенно превзойти ПК ЛИРА версии 9.6.

По мнению разработчиков (авторов статьи), современный ПК состоит из пяти основных частей:

  • препроцессор (задание и корректировка исходных данных);
  • расчетный процессор (решение задач механики сплошной среды методом конечных элементов);
  • конструирующие системы (проектирование железобетонных и металлических конструкций);
  • постпроцессор (анализ результатов расчета и результатов подбора конструирующих систем);
  • система документирования (документирование исходных данных, результатов расчета и результатов подбора конструирующих систем).

Новая версия, а по существу новый программный продукт ПК ЛИРА версии 10 должен появиться в первом полугодии нынешнего года. ПК основан на технологии .NET Framework: WindowsForms, WindowsPresentationFoundation (WPF) и использует объектную модель данных. Новая версия ПК сразу выйдет для процессоров на базе архитектур x86 и x64. В 64­битной версии ПК действительно удалось снять ограничение на размер создаваемых задач, для 32­битной версии — это естественное ограничение, связанное с адресацией в оперативной памяти.

Препроцессор

Пользовательский интерфейс стал объектом особого внимания. Сейчас, когда появилась возможность спроектировать пользовательский интерфейс с чистого листа, можно применить в нем многое из того, чему разработчики научились за все эти годы, а также появившиеся в последнее время и хорошо зарекомендовавшие себя технологии [3]. Была поставлена цель сделать пользовательский интерфейс более простым в применении и более интерактивным и понятным, чтобы с его помощью можно было быстро и эффективно создавать и редактировать расчетные модели, производить мониторинг и диагностировать задачи.

За формирование изображения теперь отвечает OpenGL (ранее использовался GDI). Благодаря оптимизации графической части значительно возросла производительность при работе с большими расчетными схемами и уменьшено мерцание при операциях перемещения, масштабирования вращения. Таким образом, обеспечена большая комфортность для пользователя.

На рис. 1 показан графический интерфейс пользователя, который состоит из ниспадающего меню, панелей инструментов, стека активных режимов, панели команд активного режима, рабочей области и строки состояния.

Рис. 1. Графический интерфейс пользователя программы

Рис. 1. Графический интерфейс пользователя программы

Рис. 2. Аксонометрия здания

Рис. 2. Аксонометрия здания

Все инструменты могут быть активированы через пункты меню, панели инструментов, панели команд активного режима и «горячие» клавиши.

На рис. 1 представлено перспективное изображение рассчитываемого здания, на рис. 2 — аксонометрия этого же здания. Редактирование расчетной схемы доступно для обоих видов. Использование сеток, строительных осей, точек «захвата» и огромный набор средств редактирования: копирование, перемещение, вращение, масштабирование, вставка фрагментов из различных прототипов конструкций и из довольно обширного списка форматов, дробление, пересечение — всё это упрощает создание расчетной модели. На основании минимальных входных параметров прототипов конструкций графический препроцессор дает возможность сформировать расчетные схемы таких объектов, как рамы, фермы, плиты, балки­стенки, оболочки, различные виды кривых и поверхностей. Реализованный в препроцессоре подход сбора расчетной схемы из фрагментов позволяет довольно быстро создать расчетную схему даже сложной конструкции, при этом в качестве фрагментов могут выступать ранее созданные и сохраненные в файл расчетные схемы. В режиме диалога можно весьма просто назначить и проконтролировать такие параметры расчетной схемы, как сечения, материалы и параметры конструирования элементов, связи и объединения перемещений в узлах, различные виды статических и динамических нагрузок, шарниры, жесткие вставки, абсолютно жесткие тела и т.п.

При редактировании модели добавлена возможность работы с расчетной схемой с контурными (проволочными), полупрозрачными и залитыми конечными элементами (рис. 3).

Рис. 3. Различное представление пластинчатых конечных элементов

Рис. 3. Различное представление пластинчатых конечных элементов

Кроме главного вида, можно создавать неограниченное количество проекций, для которых расчетная схема может быть представлена различными видами, с разной выведенной информацией, по­разному фрагментированной и т.д. Единственное, что объединяет «Главный вид» и «Проекции», — это выделенные элементы. Проекции позволяют наблюдать проектируемый объект с разных ракурсов, вносить необходимые корректировки в расчетную схему, индивидуально управлять видимостью, редактировать визуальные свойства и эффективно работать с интересующими группами конечных элементов. Следует отметить, что выделение и изменение ракурса может происходить в процессе редактирования, не прерывая его, что способствует более эффективной работе.

Для большинства режимов редактирования введены индикация и политика назначения. Индикация служит для визуального отображения назначаемых параметров. Политика назначения предопределяет, как поступать в конфликтных ситуациях.

Рис. 4. Редактор сечений

Рис. 4. Редактор сечений

Рис. 5. Редактор материалов

Рис. 5. Редактор материалов

Приложение, кроме «Главного вида» и «Проекций», структурно состоит из четырех редакторов:

  • редактора сечений (рис. 4);
  • редактора материалов (рис. 5);
  • редактора загружений (рис. 6);
  • редактора параметров конструирования (рис. 7).

В новой версии программы жесткостные характеристики разнесены на два понятия — «сечения» и «материалы».

В верхней части редактора сечений (см. рис. 4) располагаются заготовки для создания параметрических железобетонных, прокатных стальных, специальных и пользовательских типов сечений. С левой стороны в ячейках таблицы находятся уже заданные сечения, при указании на которые с правой стороны становится доступной панель редактирования заданного сечения.

Рис. 6. Редактор загружений

Рис. 6. Редактор загружений

Рис. 7. Редактор параметров конструирования

Рис. 7. Редактор параметров конструирования

С помощью редактора материалов (см. рис. 5) можно задавать линейные, нелинейные, специальные и материалы из базы данных (для бетона, арматуры и стали).

Назначая сечениям и материалам различные цвета, с помощью визуальных атрибутов расчетную схему легко контролировать на корректность задания сечений и материалов.

Авторы утверждают, что за счет более тщательного анализа исходных данных по загружениям и лучшего начального планирования программы удалось все данные по загружению объединить в едином окне (см. рис. 6).

Все данные, необходимые для работы конструирующих систем, задаются в редакторе параметров конструирования (см. рис. 7).

Графический интерфейс пользователя включает лучшие аспекты традиционной разработки для Windows с множеством нововведений [4].

Расчетный процессор

Реализованные в процессоре методы оптимизации позволяют существенно сократить время решения задач большой размерности. Процессор имеет развитую систему контроля входной информации и диагностики ошибок. Предусмотренные режимы расчета предоставляют возможность решения задачи в целом, выполнения повторного расчета с измененными входными данными. Кроме того, достоинствами процессора являются высокая скорость расчетов больших задач и практически полное отсутствие ограничений на их размерность. Фактическим ограничением размерности служат эффективность центрального процессора и объем жесткого диска.

Наличие режимов, реализующих расчет в нелинейной постановке, дает возможность проанализировать поведение конструкции с учетом реальных свойств материала (физическая нелинейность), по деформированной схеме (геометрическая нелинейность), а также с моделированием зон контакта односторонними связями. При расчете с учетом реальных свойств материала (например, железобетона) предусмотрена возможность задания схемы расположения арматуры в поперечном сечении.

Расчетный процессор порадует пользователей следующими нововведениями:

  • пластинчатыми и объемными конечными элементами с узлами на серединах сторон;
  • стержнем переменного сечения;
  • стержнем с секториальным моментом инерции (теория Власова);
  • изгибаемыми физически нелинейными элементами (стержневыми и пластинчатыми) для шагово­итерационного метода и ДИНАМИКИ+;
  • расчетом по сейсмограммам землетрясений;
  • улучшенной производительностью расчета (особенно для процессоров на базе архитектуры x64).

Конструирующие системы

Конструирующие системы позволяют проектировать металлические и железобетонные конструкции с возможностью автоматического переноса подобранных сечений в исходные данные для повторного расчета усилий. Конструирующие системы могут работать в режиме как проверки заданных сечений, так и подбора минимально необходимого сечения для стальных элементов и минимально необходимой площади армирования для железобетонных элементов.

В первой версии нового ПК будут реализованы нормативные документы бывшего Советского Союза, Украины и Российской Федерации. Пользователи смогут  производить расчет произвольного поперечного сечения как для металлических, так и для железобетонных сечений.

Результаты подбора конструирующих систем отображаются в виде таблиц и картинок. В «подозрительных» случаях для конкретного элемента можно получить протокол расчета в символьном и с подставленными значениями видах, что даст пользователям возможность проверять полученные результаты, а не просто доверять «черному ящику».

Постпроцессор

Основным шагом явилась проработка мощной системы анализа полученных результатов по различным параметрам, чтобы от внимания пользователя не ускользнула ни одна деталь — вплоть до распределения напряжений в стержневых элементах.

Графический постпроцессор позволяет осуществить полный анализ результатов расчета, в том числе отображения деформированных схем, мозаик (рис. 8), изолиний и изополей перемещений и напряжений, эпюр внутренних усилий, форм собственных колебаний, а также форм потери устойчивости как для всей схемы, так и для любого ее фрагмента. Любое изображение или таблицу можно сохранить в графический файл, передать на принтер или в отчет. Результаты представляются одновременно в виде таблиц, графиков и картинок на экране.

Рис. 8. Мозаика перемещений

Рис. 8. Мозаика перемещений

Система документирования

Это самое больное место в ПК ЛИРА версии 9.6, поэтому мы уделили ему особое внимание. Прототип системы документирования — полный набор заготовок (шаблонов) документов со стандартными элементами содержания и вставленными подсказками по заполнению, упорядоченных по иерархическому принципу. Прототип включает заготовки не только таблиц результатов расчета (рис. 9), но и таблиц исходных данных. Система документирования создана как для анализа результатов расчета (для просмотра — таблицы с возможностью сортировки и фильтрации данных, гистограммы и картинки фрагментов конструкции в высоком разрешении), так и для генерирования сквозного отчета, существующего сначала в виде формируемого пользователем содержания, а затем заполняемого табличными данными, картинками и текстом.

Рис. 9. Таблицы результатов

Рис. 9. Таблицы результатов

Основная идея, заложенная в концепцию нового ПК, — модифицируемость модели данных в режиме реального времени и «человекоориентированность» графического интерфейса пользователя.

В первой версии все возможности и идеи по созданию нового ПК реализовать трудно, однако новый продукт будет иметь достаточный набор функций. Единственное, от чего пришлось отказаться, — это от суперэлементов. В дальнейшем программный комплекс будет надстраиваться и улучшаться, добавится новая функциональность и будут учитываться новые потребности и пожелания пользователей.

15 ноября 2011 года в Москве, на семинаре «Компьютерные конструкторские программы», организованном группой компаний «ИНФАРС», впервые был проведен предварительный показ нового продукта клиентам и дилерам — они были заинтригованы.

Переход на новую, интуитивно понятную версию ПК ЛИРА практически незаметен (новый интерфейс осваивается прежними пользователями самостоятельно не более чем за неделю). Необходимое обучение проводится Группой компаний «ИНФАРС» (Москва).

Компания «ЛИРА софт» совместно с группой компаний «ИНФАРС» продолжает поддержку и сопровождение ПК ЛИРА версии 9.6, при этом разработка новой версии ведется весьма динамично и нет никаких сомнений в том, что новый ПК ЛИРА предоставит своим пользователям преимущества простого и понятного интерфейса в сочетании с качественным постпроцессором и документированием. По утверждению разработчиков, каждый день им звонят пользователи и делятся своими идеями по улучшению ПО. В свою очередь, разработчики, намечая первоочередные цели и вектор дальнейшего развития ПК, прислушиваются к их пожеланиям и не собираются останавливаться на достигнутом — команда преисполнена энтузиазма и уверенности в том, что делается нужное дело. 

Литература

  1. Вендров А.М. Современные технологии создания программного обеспечения // Jet Info: инф. Бюллетень. 2004. № 4.
  2. Купер А. Психбольница в руках пациентов. Издательство: Символ­Плюс, 2005.  336 с.
  3. Раскин Д. Интерфейс: новые направления в проектировании компьютерных систем. Издательство: Символ­Плюс, 2004. 272 с.
  4. Константайн Л., Локвуд Л. Разработка программного обеспечения. Издательство: Питер, 2004.  592 с.

САПР и графика 6`2012