Εργαστήριο 1 Πρώτη Γνωριμία με τη Σχεδίαση στον Υπολογιστή και το FINE. Η Ιδέα της Σχεδίασης στον Υπολογιστή (Computer Aided Design).

Transcript

1 Σκοπός Σχεδίαση Η/Μ Εγκαταστάσεων στον Η/Υ Εργαστήριο 1 Πρώτη Γνωριμία με τη Σχεδίαση στον Υπολογιστή και το FINE. Η Ιδέα της Σχεδίασης στον Υπολογιστή (Computer Aided Design). Ιστορική Αναδρομή της Σχεδίασης στον Υ- πολογιστή. Πλεονεκτήματα της Σχεδίασης στον Υπολογιστή. Πρώτη γνωριμία με το FINE To περιβάλλον εργασίας του FINE. Χειρισμός Διαχείριση σχεδίων στο FINE. Τρόποι εκτέλεσης των εντολών. Συστήματα Συντεταγμένων και προσδιορισμός των συντεταγμένων.. Σχεδίαση απλών γεωμετρικών σχημάτων / οντοτήτων με την εντολή Line.

2 2 Η Ιδέα της Σχεδίασης στον Η/Υ 1.1 Επιδίωξη της Εργαστηριακής Άσκησης Η Ιδέα της Σχεδίασης στον Υπολογιστή Βασική επιδίωξη των εργαστηριακών πειραμάτων είναι να εξετάσουμε τη Σχεδίαση Εγκαταστάσεων, μέσα από μία νέα προσέγγιση που μας επιτρέπει ο υπολογιστής. Αντί της σχεδίασης και των υπολογισμών στο χαρτί, χρησιμοποιούμε την ιδέα της Σχεδίασης στον Υπολογιστή (Computer Aided Design) και τα πιο εξελιγμένα προγράμματα Σχεδίασης Εγκαταστάσεων, για να σχεδιάζουμε το δίκτυο, αλλά και να εκτελούμε όλους τους υπολογισμούς μίας εγκατάστασης οικιακής ή εγκατάστασης καταστήματος ή βιομηχανικής, στον Υπολογιστή. Όμως, πριν ξεκινήσουμε να βλέπουμε αναλυτικά τη διαδικασία της σχεδίασης εγκαταστάσεων, στον υπολογιστή, μέσα από παραδειγματικές μελέτες οικιακών και βιομηχανικών εγκαταστάσεων, χρειάζεται να δούμε την ιδέα της σχεδίασης στον υπολογιστή (CAD), μέσα από μία σύντομη ιστορική αναδρομή, από τις απαρχές της, μέχρι σήμερα. Αυτή η αναδρομή στην σχεδίαση στον υπολογιστή, θα μας επιτρέψει να δούμε την εξέλιξη αυτής της ιδέας, αλλά και τα πλεονεκτήματα και τις μεγάλες δυνατότητες που μας επιτρέπει, ώστε από τις πολύ περιορισμένες εφαρμογές της, στις αρχές του 60, σήμερα, να χρησιμοποιούμε τον υπολογιστή, για να σχεδιάζουμε, σχεδόν, καθετί που δημιουργούμε, από μηχανολογικά εξαρτήματα, μέχρι κτίρια και landscape design, αλλά και κάθε βιομηχανικό προϊόν, έπιπλα, κοσμήματα, μηχανές, αυτοκίνητα, laptops και κινητά. Στο Β Μέρος της άσκησης, επιχειρούμε μία πρώτη γνωριμία μ ένα από τα βασικότερα προγράμματα σχεδίασης εγκαταστάσεων, το FINE. Το FINE που αναπτύχθηκε από τη 4Μ, είναι ένα από τα πιο εξελιγμένα προγράμματα σχεδίασης εγκαταστάσεων και γι αυτό το λόγο, αυτό που θα χρησιμοποιούμε στο εργαστήριο, για να σχεδιάζουμε εγκαταστάσεις. Σ αυτή την εισαγωγή / τη πρώτη ματιά, στο FINE, θα δούμε βασικά χαρακτηριστικά της λειτουργίας του προγράμματος, περιγράφοντας / αναλύοντας: To περιβάλλον εργασίας του FINE. Τη Γραμμή Εντολών. Τη Διαχείριση των Σχεδίων Δημιουργία, Αποθήκευση & Άνοιγμα. Τα Συστήματα Συντεταγμένων. Τη Σχεδίαση απλών / βασικών γεωμετρικών σχημάτων, χρησιμοποιώντας την εντολή Line. 1.2 Εισαγωγή Τι Είναι η Σχεδίαση στον Υπολογιστή Μέσα σε λιγότερο από μία γενιά, οι μέθοδοι και τα εργαλεία του τεχνικού σχεδίου, έχουν αλλάξει. Η μορφή του σχεδιαστηρίου έχει αλλάξει, καθώς οι πάγκοι σχεδίασης, το παραδοσιακό σχεδιαστικό Τ και το τρίγωνο (Εικόνα ), έχουν δώσει τη θέση τους, στα ψηφιακά εργαλεία του υπολογιστή. Δε χρειάζεται πια να σβήνουμε κακοσχεδιασμένες γραμμές, με τη γόμμα ή να ξανακάνουμε από την αρχή, ένα σχέδιο, για να μην έχει μουντζούρες. Ότι σχεδιάζαμε στο χαρτί, μπορούμε να το σχεδιάζουμε στον υπολογιστή, 2

3 3 Το Περιβάλλον Εργασίας του FINE με την ίδια ανάλυση και λεπτομέρεια. Όμως, πολύ ευκολότερα, με λιγότερο κόπο, πολύ γρηγορότερα. Άρα, η σχεδίαση στον υπολογιστή επιτρέπει να αναπτύξουμε τη δημιουργικότητα και να αυξήσουμε τη παραγωγικότητα μας. Επειδή στον υπολογιστή, μπορούμε να σχεδιάζουμε ευκολότερα και γρηγορότερα, απ ότι στο χαρτί, μπορούμε να δημιουργούμε συνθετότερα και πιο πρωτότυπα σχέδια, απ ότι στο χαρτί. Ίσως σημαντικότερα, η σχεδίαση στον υπολογιστή διαχωρίζει τη δημιουργική διάσταση της σχεδίασης που βασίζεται στη σχεδιαστική αντίληψη, από την απεικόνιση / απόδοση μία σχεδιαστικής ιδέας στο χαρτί που βασίζεται στην ικανότητα του χεριού να σχεδιάζει σχήματα, στο χαρτί. Αρκεί να έχουμε δημιουργικές ιδέες και ο υπολογιστής μας επιτρέπει να μεταφέρουμε / αποδίδουμε αυτές τις ιδέες σε σχέδιο, χωρίς να εξαρτόμαστε ή να περιοριζόμαστε από την ικανότητα του χεριού να σχεδιάζει σχήματα, στο χαρτί. Στις επόμενες ενότητες, σε μία σύντομη ιστορική αναδρομή, επιχειρούμε να δούμε τους σημαντικούς σταθμούς, στην εξέλιξη της ιδέας της σχεδίασης, στον υ- πολογιστή. Ακόμα, αναπτύσσουμε λίγο πιο αναλυτικά, τα πλεονεκτήματα της σχεδίασης στον υπολογιστή σε σχέση με τη σχεδίαση στο χαρτί, και ξεκινάμε να γνωρίζουμε ένα βασικότερα προγράμματα σχεδίασης εγκαταστάσεων, το FINE. 1.3 H ιστορία της σχεδίασης στον Η/Υ Η ιδέα να σχεδιάζουμε αντικείμενα στον υπολογιστή, χρησιμοποιώντας ένα σχεδιαστικό πρόγραμμα, πρωτοεμφανίζεται στα 1960, όταν στο ΜΙΤ αναπτύσσεται το πρώτο σχεδιαστικό πρόγραμμα, με την ονομασία Sketchpad. Το χαρακτηριστικό και πρωτότυπο, για εκείνη την εποχή, στοιχείο του προγράμματος ήταν πως επέτρεπε να σχεδιάζουμε απλά γεωμετρικά σχήματα, όπως γραμμές, κύκλους, τόξα στην οθόνη ενός υπολογιστή, χρησιμοποιώντας εντολές και μία φωτογραφίδα (light pen), δηλαδή το χαρακτηριστικό στυλό που χρησιμοποιούνταν πριν καθιερωθεί το ποντίκι, για να επιλέγουμε σημεία και δεδομένα στην οθόνη ενός υπολογιστή (Εικόνα ). Συνδυάζοντας απλά γεωμετρικά σχήματα γραμμές, τόξα, κύκλους, κ.ά., μπορούσαμε να σχεδιάσουμε σύνθετα σχήματα και αντικείμενα στην οθόνη ενός υπολογιστή. Τόσο το Sketchpad, το πρώτο πρόγραμμα σχεδίασης στον υπολογιστή, όσο και γενικότερα, η πρώτη γενιά αυτών των προγραμμάτων, αναπτύχθηκαν με σκοπό να χρησιμοποιηθούν, από την αεροπορική βιομηχανία και την αυτοκινητοβιομηχανία, στη σχεδίαση αεροσκαφών και αυτοκινήτων. Έτσι, η πρώτη εμπορική εφαρμογή των προγραμμάτων σχεδίασης στον υπολογιστή, ήταν στην αυτοκινητοβιομηχανία, στις αρχές του 60. Οι μεγάλες εταιρίες της αυτοκινητοβιομηχανίας και της αεροναυπηγικής, εκείνη την εποχή, όπως η GM και η McDonnell Douglas, στην Αμερική και η Dassault, στη Γαλλία, αναγνωρίζουν τα πλεονεκτήματα και τις δυνατές εφαρμογές της σχεδίασης στον υπολογιστή και επιχειρούν να επεκτείνουν και να βελτιώσουν τη λειτουργία του Sketchpad. Αγοράζουν υπολογιστές και αναπτύσσουν λογισμικό, στη βάση της ιδέας του Sketchpad, όμως με διευρυμένη λειτουργία που επιτρέπει στους σχεδιαστές αυτών των εταιριών να σχεδιάζουν τα νέα μοντέλα τους στον υπολογιστή. Παράλληλα με την ανάπτυξη του λογισμικού σχεδίασης, αναπτύσσονται ταχύτεροι επεξεργαστές και οθόνες, για να υποστηρίζουν τη νέα εφαρμογή. Στα 1972, δημιουργούνται / κατασκευάζονται οθόνες υπολογιστών με μεγαλύτερη ανάλυση, για την εμφάνιση γραφικών. 3

4 4 Η Ιδέα της Σχεδίασης στον Η/Υ Στα 1976, δημιουργείται το πρώτο πρόγραμμα σχεδίασης, στις τρείς διαστάσεις. Η Dassault που είχε αγοράσει από τη Lockheed, το CADAM (Computer Augmented Drafting and Manufacturing), ένα πρόγραμμα σχεδίασης σε 2D, αναπτύσσει αυτό το πρόγραμμα, επεκτείνοντας τη λειτουργία του, στη σχεδίαση αντικειμένων, στις τρείς διαστάσεις, δημιουργώντας έτσι το CATIA (ComputerAided ThreeDimensional Interactive Application). Έτσι, η σχεδίαση στον υπολογιστή που για πρώτη φορά επιχειρήθηκε με την ανάπτυξη / σχεδίαση του Sketchpad στο MIT, καθιερώθηκε και αναπτύχθηκε, μέσα από την υιοθέτηση και την εφαρμογή της στην αυτοκινητοβιομηχανία και την αεροναυπηγική και ακόμα, εξαπλώθηκε για τη σχεδίαση προϊόντων σε άλλους τομείς της βιομηχανίας, τόσο που ένας καινούργιος όρος επινοήθηκε Computer Aided Design (Σχεδίαση με τη Χρήση Υπολογιστή) ή σε συντόμευση C.A.D, για να περιγράψει την ιδέα, αλλά τώρα πλέον και τη πρακτική της σχεδίασης αντικειμένων και προϊόντων στον υπολογιστή. Με τη ταυτόχρονη εξέλιξη των υπολογιστών, τη κατασκευή / παραγωγή μικρότερων σε διαστάσεις και κόστος, αλλά και ταχύτερων υπολογιστών, την επινόηση του PC και των Workstations, στα 1980, η πρακτική της σχεδίασης στον υπολογιστή γενικεύεται. Στα 1982, ιδρύεται στη Καλιφόρνια, η Autodesk, αρχικά, από 16 μέλη με σκοπό τη δημιουργία ενός σχεδιαστικού προγράμματος, για τα PCs, εκείνης της εποχής. Λίγο μετά την ίδρυσή της, η εταιρία εκδίδει τη πρώτη έκδοση του AutoCAD που στοίχιζε $1000. Με την έκδοση του AutoCAD και την εξέλιξη των υπολογιστών, όχι μόνο οι μεγάλες εταιρίες, αλλά και μικρότερες και τεχνικά γραφεία μπορούν να αγοράζουν σχεδιαστικά προγράμματα και υπολογιστές αρκετά γρήγορους, για να τρέχουν αυτά τα προγράμματα. Τα σχεδιαστικά προγράμματα διαρκώς βελτιώνονται και αναβαθμίζονται. Μετά τη πρώτη έκδοση του AutoCAD, η Autodesk δημιούργησε πολλές νέες εκδόσεις με διαρκώς βελτιωμένες λειτουργίες. Η Dassault δημιούργησε και αυτή αναβαθμισμένες εκδόσεις του CATIACADAM, για τους SUN της Silicon Graphics και τους υπολογιστές της Hewlett Packard. Όμως, πέρα από τις αναβαθμισμένες εκδόσεις των εμπορικότερων προγραμμάτων, νέες εταιρίες και ιδέες εμφανίζονται στα σχεδιαστικά προγράμματα. Στα 1997, η Revit δημιουργεί το Revit, εισάγοντας την έννοια της παραμετρικής σχεδίασης με πολλά από τα χαρακτηριστικά των σημερινών προγραμμάτων σχεδίασης, όπως οι έλξεις, η πολική ίχνηλάτιση, η τρισδιάστατη παράσταση σχεδίων και η δημιουργία κίνησης (animation) στο τρισδιάστατο χώρο. Στα 1998, η Autodesk, επεκτείνει το AutoCAD με μηχανολογικό σχέδιο. Στα επόμενα χρόνια, μέχρι σήμερα, τα προγράμματα σχεδίασης εξελίχθηκαν / αναπτύχθηκαν ακόμα περισσότερο. Εκτός από το AutoCAD, νέα σχεδιαστικά προγράμματα εμφανίστηκαν, κυρίως to sketchup και το chief architect στην αρχιτεκτονική σχεδίαση, το FINE στη σχεδίαση εγκαταστάσεων, το Solid Works στη. Αυτά τα προγράμματα δίνουν απεριόριστες σχεδιαστικές δυνατότητες. Μπορούμε να σχεδιάζουμε τα μεγαλύτερα κτίρια σε τρισδιάστατη άποψη, τις πιο σύνθετες κτιριακές εγκαταστάσεις και σχεδόν, κάθε νέο βιομηχανικό προιόν με ακρίβεια και λεπτομέρεια που δεν θα μπορούσαμε να έχουμε στο χαρτί. Όμως, η σχεδίαση στον υπολογιστή θα εξακολουθήσει να εξελίσσεται, επιδιώκοντας να κάνει ακόμα ευκολότερη τη σχεδίαση και να δημιουργήσει νέες δυνατότητες. Μία από αυτές, είναι η σύνδεση σχεδίασης και βιομηχανικής παραγωγής, μέσα από νέα σχεδιαστικά προγράμματα, όπως το 123D της Autodesk που μπορούμε να σχεδιάζουμε αντικείμενα σε τρισδιάστατη άποψη και αυτόματα μετά, το σχέδιο να μετατρέπεται σε εντολές σ ένα τρισδιάστατο εκτυπωτή, για να δημιουργήσει / εκτυπώσει αυτά τα αντικείμενα. 4

5 5 Το Περιβάλλον Εργασίας του FINE 1.4 ΤΑ ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΤΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ ΣΤΟΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΗ Η σχεδίαση στον υπολογιστή θεωρείται σήμερα αυτονόητη. Όμως, ποιοι είναι οι λόγοι που η σχεδίαση στον υπολογιστή έχει γίνει πλέον αυτονόητη? Χρησιμοποιώντας τα σύγχρονα σχεδιαστικά προγράμματα, όπως το FINE, το Auto- CAD, το Sketchup, μπορούμε να σχεδιάσουμε με τη μεγαλύτερη δυνατή ακρίβεια και λεπτομέρεια οποιοδήποτε μηχανολογικό εξάρτημα, προϊόν, κτίριο και κτιριακή εγκατάσταση. Κυρίως όμως, χρησιμοποιώντας ένα από αυτά τα σχεδιαστικά προγράμματα, μπορούμε να σχεδιάσουμε πολύ πιο εύκολα, γρήγορα και με πολύ μεγαλύτερη α- κρίβεια ή λεπτομέρεια, απ ότι εάν σχεδιάζαμε με το χέρι. Αυτό συμβαίνει γιατί: 1. Το σχεδιαστικό πρόγραμμα και η σχεδίαση στον υπολογιστή αντισταθμίζει / εξισορροπεί μία έλλειψη δεξιότητας στο σχέδιο με το χέρι. Μπορεί δηλαδή να μην καταφέρνουμε καλά σχέδια, όταν σχεδιάζουμε με το χέρι. Όμως, εφόσον διαθέτουμε «αντίληψη των μεγεθών», ο υπολογιστής μας επιτρέπει να δημιουργούμε σχέδια με την ακρίβεια και τη λεπτομέρεια των σχεδίων ενός επιδέξιου αρχιτέκτονα. 2. Μπορούμε πολύ εύκολα να τροποποιούμε ή να διορθώνουμε σχέδια που έ- χουν γίνει στον υπολογιστή. «Δεν χρειαζόμαστε γομολάστιχα ή ξυραφάκι για να σβήσουμε / διαγράψουμε μία γραμμή» ή μέρος ενός σχεδίου. Έτσι, μπορούμε να αλλάξουμε ή να διορθώσουμε ένα σχέδιο όσες φορές θέλουμε, χωρίς κάθε φορά να χρειάζεται να το σχεδιάσουμε από την αρχή. Μπορούμε ακόμα να αντιγράφουμε μέρος ενός σχεδίου σ ένα άλλο σχέδιο, δημιουργώντας νέα σχέδια από σχέδια που έχουμε ήδη δημιουργήσει. Έτσι, τα σχεδιαστικά προγράμματα μειώνουν τη βαρετή επαναλαμβανόμενη δουλειά και μας επιτρέπουν να γίνουμε περισσότερο παραγωγικοί. 3. Μπορούμε να αποθηκεύουμε στον υπολογιστή τα σχέδια που δημιουργούμε, χρησιμοποιώντας ένα σχεδιαστικό πρόγραμμα. Μπορούμε να αποθηκεύουμε τα σχέδια που δημιουργούμε με ένα σχεδιαστικό πρόγραμμα, σε διάφορες μορφές, είτε σε διανυσματική μορφή (vector) ή σε μορφή εικόνας (raster). H α- ποθήκευση ενός σχεδίου σε διανυσματική μορφή σημαίνει ότι το σχέδιο είναι αποθηκευμένο ως επιμέρους οντότητες, για παράδειγμα γραμμή, κύκλος, τόξο. Αντίθετα, η αποθήκευση ενός σχεδίου σε ψηφιδωτή μορφή (raster) ή μορφή εικόνας που είναι η μορφή στην οποία αποθηκεύονται οι ψηφιακές φωτογραφίες, σημαίνει ότι το σχέδιο αποθηκεύεται ως εικονοστοιχεία (pixels). «To άμεσο αποτέλεσμα της διανυσματικής απεικόνισης είναι ότι μπορούμε να αναλύουμε ένα σχέδιο στα γεωμετρικά στοιχεία από τα οποία αποτελείται και να τα επεξεργαζόμαστε ξεχωριστά» [Σαράφης Η. και Τσεμπεκλής Σ., 2010]. 4. Έχοντας αποθηκεύσει ένα σχέδιο σε διανυσματική μορφή ή μορφή εικόνας, μπορούμε να το υποβάλλουμε, να το μεταφέρουμε ή να το στέλνουμε σε διάφορους παραλήπτες ηλεκτρονικά, μέσω , εξοικονομώντας χρόνο και χρήματα. 5. Όταν σχεδιάζουμε στον υπολογιστή, χρησιμοποιώντας ένα σχεδιαστικό πρόγραμμα, έχουμε απεριόριστο χώρο σχεδίασης ή εργασίας, για να απεικονίσουμε το αντικείμενο που σχεδιάζουμε, είτε αυτό είναι ένα εργοστάσιο με διαστάσεις μέτρα είτε ένα γρανάζι από ένα ρολόι, μόλις μερικών χιλιοστών [Σαράφης Η. και Τσεμπεκλής Σ., 2010]. «Τόσο στο AutoCAD όσο και στο FINE σχεδιάζουμε σε κλίμακα 1:1 και όταν έρθει η στιγμή να εκτυπώσουμε το σχέδιό μας, τότε ορίζουμε τη κλίμακα εκτύπωσης» [Σαράφης Η. και Τσεμπεκλής Σ., 2010]. 5

6 6 Η Ιδέα της Σχεδίασης στον Η/Υ 6. Τόσο στο AutoCAD όσο και στο FINE «δεν ορίζουμε μονάδες διάστασης, δηλαδή μέτρα, χιλιοστά, ίντσες, κ.λ.π. Το σχέδιο μας είναι αδιάστατο και μόνο εμείς γνωρίζουμε σε τι μονάδες σχεδιάζουμε» [Σαράφης Η. και Τσεμπεκλής Σ., 2010]. 7. Η οργάνωση ενός σχεδίου σε στρώσεις ή διαφορετικά επίπεδα. Γενικά, τα σχέδια που δημιουργούμε, χρησιμοποιώντας ένα σχεδιαστικό πρόγραμμα αποτελούνται / περιλαμβάνουν διαφορετικά επίπεδα ή στρώσεις. Σε κάθε επίπεδο, συνήθως σχεδιάζουμε κάποια ομοειδή αντικείμενα [Σαράφης Η. και Τσεμπεκλής Σ., 2010]. Για παράδειγμα, σε ένα επίπεδο σχεδιάζουμε τη κάτοψη ενός κτιρίου. Για να μην τοποθετήσουμε όλες τις εγκαταστάσεις του κτιρίου ηλεκτρολογικά, ύδρευση, θέρμανση στο ίδιο σχέδιο, επιλέγουμε να σχεδιάσουμε τα στοιχεία κάθε εγκατάστασης, σ ένα διαφορετικό επίπεδο. Έτσι, σχεδιάζουμε τα ηλεκτρολογικά σ ένα διαφορετικό επίπεδο από τη κάτοψη του κτιρίου. Σχεδιάζουμε την εγκατάσταση ύδρευσης σε ένα άλλο επίπεδο και την εγκατάσταση θέρμανσης σ ένα ακόμα διαφορετικό επίπεδο. Μ αυτό τον τρόπο μπορούμε να εξετάσουμε κάθε εγκατάσταση ξεχωριστά από τις άλλες. Εάν όμως θέλουμε, μπορούμε να απεικονίσουμε όλα τα επίπεδα στο ίδιο σχέδιο, το ένα πάνω στο άλλο, τοποθετώντας έτσι όλα τα χαρακτηριστικά του μοντέλου που σχεδιάζουμε στο συγκεκριμένο παράδειγμα όλες τις εγκαταστάσεις του κτιρίου (ηλεκτρολογικά, ύδρευση, θέρμανση) στο ίδιο σχέδιο. 8. Ένα ακόμα πλεονέκτημα της σχεδίασης στον υπολογιστή που όμως περιορίζεται στο FINE και στη σχεδίαση / μελέτη εγκαταστάσεων κτιρίων (οικιακών και βιομηχανικών) με το FINE, είναι η εκτέλεση όλων των υπολογισμών της εγκατάστασης από το πρόγραμμα. Εφόσον δηλαδή έχουμε σχεδιάσει τη κάτοψη του κτιρίου μίας εγκατάστασης και το δίκτυο της εγκατάστασης, μπορούμε να καλέσουμε το υπολογιστικό μέρος του προγράμματος που είναι το ADAPT, για να υπολογίσει όλα τα υλικά και τα χαρακτηριστικά της εγκατάστασης, για παράδειγμα τα υλικά που πρέπει να χρησιμοποιήσουμε στους ηλεκτρικούς πίνακες της εγκατάστασης (ασφάλειες, διακόπτες φορτίου) και τα χαρακτηριστικά των γραμμών της εγκατάστασης. 6

7 Σχεδίαση Η/Μ Εγκαταστάσεων στον Η/Υ