Udo Meißner

Vernetzt-kooperative Planungsprozesse im Konstruktiven Ingenieurbau

In der Ingenieurplanung des Bauwesens sind die Bearbeitungsprozesse stark arbeitsteilig, die Bauprojektorganisation besteht aus ortlich verteilten Partnern mit teilweise konkurrierenden Zielstellungen und komplexen Abstimmungsprozessen. Die okonomischen Bedingungen spiegeln die scharfe Wettbewerbssituation wieder. Hinzu kommen hohe Qualitatsanspruche an Gebaude im Hinblick auf die technische Ausstattung und ressourcenschonende Ausfuhrungen. Die Rahmenbedingungen erfordern die Evolution traditioneller Prozessstrukturen und Kooperationsformen unter Einsatz innovativer Software-Methoden im Computernetz. Aufgrund der inzwischen gegebenen Verfugbarkeit vn leistungstarken Computer-Netzen ergeben sich viel versprechende Moglichkeiten fur die Neugestaltung der Kooperation in der Ingenieurplanung. Verfugbare Software-Infrastrukturen fur die Telekooperation bilden eine geeignete Basis. Essenzielle Anforderungen an ein Network-Computing in der Ingenieurplanung, insbesondere die netzwerkgerechte Strukturierung aller Teilprozesse mit Verarbeitung der gegenseitigen Abhangigkeitn und die transparente Darstellung der Konsequenzen von Planungsentscheidungen im Gesamtzusammenhang werden jedoch bisher nicht erfullt. Wirkliche Fortschritte sind deshalb erst zu erwarten, wenn die bisher stattfindende intuitive Partner-zu-Partner-Kommunikation um netzwerkfahige Kooperationsmodelle erganzt wird, die uber eine disziplinubergreifende Semantik verfugen, die Zeitdimension der Projektarbeit erfassen und Leitungs- und Lenkungsstrukturen der Projektbearbeitung abbilden. In den folgenden Ausfuhrungen werden die Grundlagen der Kooperation sowie innovative Software-Infrastrukturen zur vernetzt kooperativen Ingenieurplanung am Beispiel aktueller Forschungsprojekte vorgestellt. Die Ausfuhrungen werden abschliessend zusammengefasst, und ein Ausblick auf das aktuelle DFG-Schwerpunktprogramm der Bauinformatik zur vernetzt kooperativen Ingenieurplanung wird gegeben. Das Programm hat zum Ziel, die Planungsprozesse des konstuktiven Ingenieurbaus fur die Nutzung verteilter Ressourcen zu gestalten, geeignete Kooperationsmodelle fur die Fachplanung im Informationsverbund der Projektbeteiligten zu entwickeln und die kooperative Projektbearbeitung unter Nutzung verteilter Fachmodelle in Netzen zu ermoglichen.

Object-oriented integration of construction and simulation models

Abstract The engineering process is highly interactive and iterative. A common product model to reflect all the necessary facets and stages of the process does still not exist. The partial model approach is a feasible alternative. A practical approach to the complete integration of the partial models by an object-oriented method using the persistent storage management system of ObjectStore and the visualization and manipulation capabilities of AutoCAD is presented. This approach is the foundation for the architecture of integrated, distributed and collaborative construction and simulation tools for structural analysis.

Integrated Structural Engineering based on Object-Oriented Product Models

The data exchange between the different partners involved in the complex process of computer-integrated structural planning nowadays mainly takes place in the form of technical drawings (e.g. DXF-format [1]) — analogous to plans on paper. The important information relating to structural elements (e.g. the loads of a structure) is not transfered. This, however, leads to a considerable loss of information. Therefore, data exchange is often only used for information exchange between CAD systems. Information for computational, dimensioning and construction programs must generally be prepared manually because of the loss of satisfying data exchange interfaces.

Parallel Adaptive Finite Element Analysis for Plate Problems

In recent years adaptive finite element techniques have been established in advanced engineering computations. The strategy of adaptivity can be characterized by the following steps: Starting with a coarse initial mesh the calculation of an approximate solution, the estimation of the distribution of the discretization error over the domain under consideration and the generation of an improved mesh by a local refinement (or derefinement) of elements or by a complete remeshing of the domain (h-version of adaptivity), by a local increase of the polynomial order of finite element shape functions (p-versions), by using both approaches simulteaneously (hp-version) are executed repeatedly until the global error is within a desired tolerance. It is obvious that the effectivity of adaptivity strongly depends on the reliability of the applied error indication as well as the strategy of improving the finite element mesh locally.

CAD-Software für die Tragwerksplanung

Unterhielten sich Ingenieure fruher uber CAD, so herrschte unter ihnen anscheinend Ubereinstimmung uber den Gegenstand ihrer Gesprache: CAD war ein SoftwareProdukt, mit dessen Hilfe der Anwender im Dialog mit dem Computer auf dem Bildschirm durch Zusammensetzung von geometrischen Primitiven, wie Linien, Kreisen, Rechtecken usw., Bauzeichnungen beliebiger Komplexitat erstellen konnte. Die Qualitat eines CAD-Systems war z.B. bestimmt durch die Anzahl der Moglichkeiten, mit der ein geometrisches Primitiv erstellt werden konnte oder durch die Anzahl der Verzweigungen im Menubaum. Mit Hilfe schematisierter Bewertungskriterien konnte ein solches CAD-Zeichenprogramm relativ einfach mit einem Konkurrenzprodukt quantitativ verglichen und so die Kaufentscheidung begrundet werden.

Glossar zu technischen Begriffen

In diesem Abschnitt sollen einige ausgewahlte technische Begriffe kurz erlautert werden. Die Auswahl beschrankt sich auf solche Begriffe, die fur die Beschreibung des CAD-Umfeldes unbedingt notwendig sind. Insofern kann nicht der Anspruch auf ein vollstandiges Glossar zu allen DV-technischen Begriffen erhoben werden; dazu existiert eine Vielzahl von Nachschlagwerken ([1],[2],[3]).

MULTIFUNKTIONALE DV -AUSSTATTUNG

Bei der Hardware-Ausstattung fur CAE-Zwecke hat sich in Ingenieurburos aus funktionalen und wirtschaftlichen Grunden die dezentrale Organisation gegenuber der zentralen als zweckmasiger erwiesen. Der Grosrechner als ’number cruncher’ wird in den uberwiegend mittelstandischen Ingenieurburos in der Regel nicht benotigt. Grundgedanke der dezentralen Organisation ist es, die hohe Hardware-Leistung fur fachspezifische Aufgaben am Arbeitsplatz verfugbar zu machen. Dafur ist im Zentrum des Rechnernetzes ein Server zu installieren, der die Datenhaltung und-Sicherung, die Kommunikation und andere zentrale Dienste ubernimmt. Neben dem grosen Massenspeicher und den hochwertigen Ausgabegeraten, angeschlossen an den zentralen Server, sind an jedem Arbeitsplatz zusatzlich kleinere Massenspeicher fur die lokale Datenhaltung sowie lokale Ein- und Ausgabegerate verfugbar. Die fur technische Anwendungen erforderliche hochauflosende Graphik wird hardwaremasig unterstutzt und bietet einen schnellen Bildaufbau. Der Arbeitsplatzrechner eignet sich besonders fur die interaktive Bearbeitung. Die Arbeitsplatze sind multifunktional nutzbar, d.h., unterschiedliche Anwendungen konnen zweckmasigerweise unter einer einheitlichen Oberflache durchgefuhrt werden. Bei Multitasking-Systemen konnen rechenintensive Anwendungen im Hintergrund ablaufen. Die Informationsbeschaffung kann ahnlich der bei der konventionellen Bearbeitungsweise organisiert werden. Das Sichten von Akten, Planen, Vorschriften kann unter Anwendung der Mehrfenstertechnik komfortabel gestaltet werden. Die Rechnerkommunikation ist uber lokale und weite Netze moglich.

Vorbetrachtungen zur Methode der finiten Elemente

Erfahrungsgemas fallt es dem Berufsanfanger oft schwer, einen Uberblick uber die fachlichen Zusammenhange seines Berufsfelds zu gewinnen und die Relevanz von speziellen Methoden einzelner Fachgebiete richtig einzuschatzen. Besonders besteht die Gefahr, das numerische Naherungsverfahren wie die Methode der finiten Elemente (FEM = Finite-Elemente-Methode), die hinsichtlich ihrer Theorie nicht einfach zu verstehen sind, in ihrer Leistungsfahigkeit und Aussagekraft fur die Praxis uberschatzt werden. Mit dem Vordringen der Digitalrechner in immer breitere Bereiche des Ingenieurwesens sind haufig Fehleinschatzungen uber Zuverlassigkeit und Leistungsgrenzen von Hard-und Softwarekonzepten festzustellen.