Гераймович Юрий Дмитриевич, руководитель проекта, к.т.н.
Марченко Дмитрий Владимирович, заместитель директора ООО «ЛИРА софт»
На рынке стран СНГ давним и заслуженным спросом пользуются программные продукты – ЛИРА, МОНОМАХ и электронный справочник инженера (ЭСПРИ), которые разработаны компанией ООО «ЛИРА софт», г. Киев, Украина. С момента выхода первого программного комплекса (ПК) ЛИРА прошло достаточно много лет и понятно, что заложенные в то время концепции ПК сильно устарели и нуждаются в существенной переработке и модернизации. Предыдущая разработка велась без какого-либо использования программной инженерии – методом "code and fix" (кодирования и исправления ошибок), что сильно снижало скорость разработки, и многие качественные пожелания пользователей либо не внедрялись вообще, либо длительное время ждали своего внедрения. За это время в ИТ-индустрии появились новые методы и технологии создания прикладного программного обеспечения (ПО), которые не нашли своего применения при разработке указанных выше программных продуктов. Производство 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 создания систем 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 5 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 балок-стенок 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 все.
ООО «ЛИРА софт» - владелец имущественных прав на торговые марки и исходные коды. Ведущие разработчики ПК ЛИРА по итогам сравнительного анализа с аналогичными программными комплексами пришли к неутешительному выводу – ПК ЛИРА отстает от современных программных комплексов. Имея мощный расчетный процессор, 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, т. е. программированию должно предшествовать проектирование [2]. Поэтому было принято решение о создании “с нуля” программного комплекса, который должен существенно превзойти ПК ЛИРА версии 9.6.
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 появится в ближайшее время. ПК основан на технологии .NET Framework: Windows Forms, Windows Presentation Foundation (WPF) и использует объектную модель данных. Новая версия ПК сразу выйдет для процессоров на базе архитектур x86 и x64. В 64-битной версии ПК действительно удалось снять ограничение на размер создаваемых задач, для 32-битной версии – это естественное ограничение, связанное с адресацией в оперативной памяти.
Препроцессор
Пользовательский интерфейс стал объектом особого внимания, именно сейчас появилась возможность спроектировать пользовательский интерфейс с чистого листа и применить в нем много тех вещей, которым мы научились за все эти годы, и тех технологий [3], которые появились за эти годы и хорошо зарекомендовали себя. Цель, состоит в том, чтобы сделать пользовательский интерфейс проще в использовании и более интерактивным и понятным, чтобы с его помощью можно быстро и эффективно создавать, 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 пользователя.
На рисунке 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.
Все инструменты могут быть активизированы через пункты меню, панели инструментов, панели команд активного режима и “горячие” клавиши.
На рисунке 1 показано перспективное изображение рассчитываемого здания, на рисунке 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 – все 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, балки-стенки, 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.
Рис. 2. Аксонометрия здания.
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.
Кроме главного вида есть возможность создавать неограниченное количество проекций для которых расчетная схема может быть представлена различными видами, с различной выведенной информацией, по разному фрагментирована 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.
Приложение кроме “Главного вида” и “Проекций” структурно состоит из четырех редакторов:
- редактора сечений (рис. 4);
- редактора материалов (рис. 5);
- редактора загружений (рис. 6);
- и редактора параметров конструирования (рис. 7).
В новой версии программы жесткостные характеристики разнесены на два понятия “сечения” и “материалы”.
Рис. 4. Редактор сечений.
В верхней части редактора сечений (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. 5. Редактор материалов.
С помощью редактора материалов (рис. 5) можно задавать линейные, нелинейные, специальные и материалы из базы данных (для бетона, арматуры и стали).
Рис. 6. Редактор загружений.
Назначая сечениям и материалам различные цвета с помощью визуальных атрибутов расчетную схему легко контролировать на корректность задания сечений и материалов.
За счет более тщательного анализа исходных данных по загружениям и лучшего начального планирования программы удалось все данные по загружению объединить в едином окне (рис. 6).
Рис. 7. Редактор параметров конструирования.
Все данные необходимые для работы конструирующих систем задаются в редакторе параметров конструирования (рис. 7).
Графический интерфейс пользователя включил в себя 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 дают 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 шагово-итерационного метода и ДИНАМИКИ+;
- расчетом по сейсмограммам землетрясений;
- и конечно же 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 как в режиме проверки заданных сечений, так и в режиме подбора минимально необходимого сечения для стальных элементов и минимально необходимой площади армирования для железобетонных элементов.
В первой версии ПК будут реализованы нормативные документы бывшего Советского Союза, Украины и Российской Федерации. Предпринята попытка расчета 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 была 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, 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.
Система документирования
Это самое больное место в ПК ЛИРА версии 9.6, поэтому ему уделяется большое значение. Прототип системы документирования – полный набор заготовок (шаблонов) документов со стандартными элементами содержания и вставленными подсказками по заполнению, упорядоченных по иерархическому принципу. Прототип включает в себя заготовки не только таблиц результатов расчета, но и также 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 вначале в виде содержания формируемого пользователем, а затем заполняемого табличными данными, картинками и текстом.
Рис. 9. Таблицы результатов.
Главную идею, которую хотелось заложить в концепцию нового ПК – чтобы объектная модель данных всегда была готова к любым изменениям, дополнениям и модификациям и графический интерфейс пользователя был человекоориентированным.
В первой версии нового ПК конечно довольно сложно охватить все возможности, но это не значит, что новый продукт будет иметь недостаточный набор функций – единственное от чего пришлось отказаться – от суперэлементов. В дальнейшем мы просто продолжим надстраивать и улучшать программный комплекс, добавлять новую функциональность и реализовывать новые потребности и пожелания пользователей.
15 ноября 2011 года в г. Москва на семинаре «Компьютерные конструкторские программы», организованном группой компаний «ИНФАРС» впервые был проведен предварительный показ нового продукта клиентам и дилерам – они были заинтригованы.
Мы пытаемся сделаем все возможное, чтобы облегчить пользователям переход на новую версию ПК ЛИРА. Другое дело, что прежним специалистам придется приложить определенные усилия при освоении новых инструментов и переходе на новую технологию. Новый интерфейс ПК может показаться непривычным, но его можно освоить практически всего за неделю, причем без специального обучения. Также будет обеспечена совместимость со старым форматом исходных данных.
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. Каждый день нам звонят пользователи и делятся собственными идеями по улучшению ПО. Мы, в свою очередь, намечая первоочередные цели и вектор дальнейшего развития ПК прислушиваемся к пожеланиям пользователей. Разработчики не собираются останавливаться на достигнутом – наша команда преисполнена энтузиазмом.
1. Вендров А.М. Современные технологии создания программного обеспечения. Обзор. – Jet Info, информационный бюллетень №4, 2004 г.
2. Купер Алан. Психбольница в руках пациентов – Издательство: Символ-Плюс, 2005 г. – 336 с.
3. Джеф Раскин. Интерфейс: новые направления в проектировании компьютерных систем – Издательство: Символ-Плюс, 2004 г. – 272 с.
4. Константайн Л.,Локвуд Л. Разработка программного обеспечения – Издательство: Питер, 2004 г. – 592 с.
– відношення частот
