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The paper describes further developments of the interactive evolutionary design concept relating to the emergence of mutually inclusive regions of high performance design solutions. These solutions are generated from cluster-oriented genetic algorithm (COGAs) output and relate to a number of objectives introduced during the preliminary design of military airframes. The data-mining of multi-objective COGA (moCOGA) output further defines these regions through the application of clustering algorithms, data reduction and variable attribute relevance analyses. A number of visual representations of the COGA output projected onto both variable and objective space are presented. The multi-objective output of the COGA is compared to output from a Strength Pareto Evolutionary Algorithm (SPEA-II) to illustrate the manner in which moCOGAs can generate good approximations to Pareto frontiers.
Integrated Engineering Workflow focused on the Structural Engineering in the Industrial Environment
(2004)
The engineering and construction industry has been slow to exploit the full potential of information technology. The industry is highly fragmented, price sensitive, risk-adverse, and profit margins are small. Each project is unique with a small amount of technological innovation opportunities to capitalise on from one project to the next. Technological innovations that have been taking place are just simulating the old traditional paper workflow. Engineering information in digital form is being conveyed using traditional paper representations, which have to be interpreted by humans before the information can be used in other applications, thereby creating ‘islands of information’. It can be seen that poorly implemented IT strategies are duplicating paperwork, rather than reducing or eliminating it (Crowley et al., 2000). This paper will introduce the Integrated Engineering Workflow (IEW) concept to re-organise a structural discipline working on multi-disciplinary projects so as to maximise the advantages offered by new information technology.
Die Modelle früher CAD-Zeichnungen sind unstrukturierte Mengen graphischer Elemente. Heute werden CAD-Zeichnungen aus semantischen Objektmodellen von Bauwerken abgeleitet, deren Informationsbasis systematisch geordnet und deren Nutzung zweckmäßig geregelt ist. Softwaremodule werden getrennt entwickelt und unter aktiver Mitwirkung der Anwender vereint eingesetzt.Ein zentrales Problem der aktuellen Forschung und Entwicklung im CAD ist die Handhabung der Beziehungen zwischen Objekten und ihrer Änderungen in verteilten Arbeitsumgebungen. Hierfür wird ein Konzept mit der Relationenalgebra als theoretische Grundlage vorgestellt.
Die Lage oder der Standort eines Bauwerkes ist zweifellos charakteristisch mit diesem verbunden. Die räumliche Einordnung eines exponierten architektonischen Werkes, die Erschließung eines Gebäudes im innerstädtischen Umfeld oder die Verwaltung eines Bestands ist im Bauwesen oder der Architektur immer visuell. Die Interaktion mit Zeichnungen, die Orientierung anhand eines Lageplans oder die Dokumentation mit Fotos sind nur einige Beispiele. Die wirtschaftliche Optimierung unter Nutzung solcher Daten und deren nachfolgende Visualisierung soll hier mittels geeigneter Systeme gezeigt werden. Aber auch die Bewertung durch und Interaktion mit dem Benutzer unterstützt werden. So soll dieser Artikel beispielhaft den Transport und Verkehr fokussieren. Mathematik Graphen und Netze formen dabei Modelle zur Optimierung der zugrundeliegenden Logistikprozesse: Die Baustoffbedarfsplanung mit Bestellwesen, (Ab-)Transport und Lieferung von Material, Tourenzusammenstellung oder Standortauswahl. Informatik Weiterhin wird deren softwaretechnische Umsetzung und Einordung in begleitende Projekte der >Mathematischen Optimierung< vorgestellt.
The conceptual structure of an application that can support the structural analysis task in a distributed collaboratory is described in (van Rooyen and Olivier 2004). The application described there has a standalone component for executing the finite element method on a local workstation in the absence of network access. This application is comparable to current, local workstation based finite element packages. However, it differs fundamentally from standard packages since the application itself, and its objects, are adapted to support distributed execution of the analysis task. Basic aspects of an object-oriented framework for the development of applications which can be used in similar distributed collaboratories are described in this paper. An important feature of this framework is its application-centred design. This means that an application can contain any number of engineering models, where the models are formed by the collection of objects according to semantic views within the application. This is achieved through very flexible classes Application and Model, which are described in detail. The advantages of the application-centred design approach is demonstrated with reference to the design of steel structures, where the finite element analysis model, member design model and connection design model interact to provide the required functionality.
The paper is about model based parameter identification and damage localization of elastomechanical systems using input and output measurements in the frequency domain. An adaptation of the Projective Input Residual Method to subsystem damage identification is presented. For this purpose the projected residuals were adapted with respect to a given subsystem to be analysed. Based on the gradients of these projected subsystem residuals a damage indicator was introduced which is sensitive to parameter changes and structural damages in this subsystem. Since the computations are done w.r.t. the smaller dimension of a subsystem this indicator shows a computational performance gain compared to the non-subsystem approach. This gain in efficiency makes the indicator applicable in online-monitoring and online-damage-diagnosis where continuous and fast data processing is required. The presented application of the indicator to a gantry robot could illustrate the ability of the indicator to indicate and locate real damage of a complex structure. Since in civil engineering applications the system input is often unknown, further investigations will focus on the output-only case since the generalization of the presented methods to this case will broaden its application spectrum.
Durch Modifizierung des bekannten Savingsalgorithmus mittels fester bzw. variabler Savingsparameter läßt sich ein interaktiver Zugang zur Lösung des Tourenproblems begründen. Die Resultate des Savingsalgorithmus können dadurch um ca. 8,5% verbessert werden. Durch die interaktive Arbeitsweise ist es möglich, daß spezielle Vorgaben eines Nutzers und Erfahrungen des Bearbeiters Berücksichtigung finden. Die durchgeführten Rechnungen lassen erwarten, daß bei der Wahl der Savingsparameter noch Reserven für eine weitere Effizienzerhöhung liegen. Vermutlich spielt die Anpassung der Parameter an die Problemstruktur der gestellten Aufgabe eine Rolle. Durch lokale Suche läßt sich die Vielfalt der interaktiven Entscheidungsmöglichkeiten ein-grenzen und automatisieren.
This paper examines the impact of information technology (IT) utilization on construction firm performance. Based on empirical data collected from 74 US construction firms, the analyses provide evidence that IT has a positive impact on overall firm performance, schedule performance, and cost performance. Firm performance is a composite score of several metrics of performance: schedule performance, cost performance, customer satisfaction, safety performance, and profit. No relationship is found between IT utilization and customer satisfaction, safety, or profit, although this may be due to limitations of the study given strong correlations between IT utilization and cost and schedule performnance. The empirical evidence of positive association between performance and IT use provided by this research is significant to both construction practice and research literature. This evidence should encourage firms to adopt and invest in IT tools.
The evolution of data exchange and integration standards within the Architectural, Engineering and Construction industry is gradually making the long-held vision of computer-integratedconstruction a reality. The Industry Foundations Classes and CIMSteel Integration Standards are two such standards that have seen remarkable successes over the past few years. Despite successes, these standards support the exchange of product data more than they do process data, especially those processes that are loosely coupled with product models. This paper reports on on-going research to evaluate the adequacy of the IFC and CIS/2 standards to support process modeling in the steel supply chain. Some initial recommendations are made regarding enhancements to the data standards to better support processes.
The construction industry is suffering form the existence of isolated islands of software applications and bottle neck solutions. The idea of an integrated virtual database that consists of separated platforms, representing various disciplines, depending on the web technology is envisaged to solve the problem of integration. This paper is about the production and use of OIPs (Object Information Packs) as a part of the construction material product in the form of XML files that include all the technical and commercial data of the product, which might be needed by any discipline in its overall life cycle. This object information pack is neutral and independent of any software application. It is assumed to fit in a building product model at the IFC (resource layer). An example of brick - wall aggregation process is used to demonstrate the capability of the technology and the ability of non computer science experts to use it.
Werden bei der Tragwerksauslegung Schnittgrößenumlagerungen infolge Plastizierungen zugelassen, dann ist die Lastintensität durch die Einhaltung von entsprechenden Grenzzustandskriterien, passend zum physikalisch nichtlinearen Tragverhalten, zu begrenzen. Für Tragwerke, die von mehreren unabhängig voneinander, wiederholt und in beliebiger Reihenfolge auftretenden Lasten beansprucht werden, stellt die adaptive Grenzlast (Einspiellast), ausgedrückt durch den adaptiven Grenzlastfaktor, ein geeignetes Grenzzustandskriterium dar. Bedingt durch zufällige Systemeigenschaften und zeitlich zufälliges Lastverhalten stellt der adaptive Grenzlastfaktor eine Zufallsgröße dar. Für die Bestimmung des stochastischen adaptiven Grenzlastfaktors und der Versagenswahrscheinlichkeit gegenüber dem Grenzzustand der Adaption für einen Zeitraum [0,T] werden die mathematische Optimierung (mechanische Problemlösung) und die Monte-Carlo-Simulation (stochastische Problemlösung) herangezogen, wobei eine Überführung von zeitvarianten Lastmodellen in äquivalente zeitinvariante Lastmodelle erforderlich wird. Am Beispiel eines eingespannten Stahlbetonrahmens wird untersucht, wie sich eine unterschiedliche stochastische Modellbildung des Tragwerks und eine unterschiedliche Vorgehensweise bei der Überlagerung von Extremwerten der Belastung auf die Beurteilung der Versagenswahrscheinlichkeit des Tragwerks für verschiedene Lebensdauern auswirken. Im Ergebnis dieser Untersuchungen zeigt sich, dass sich die Versagenswahrscheinlichkeit signifikant erhöht, wenn stochastische Tragwerkseigenschaften in Ansatz gebracht werden. Die größte Bedeutung besitzt dabei die Zufälligkeit der Zugfestigkeit der Bewehrung. Alle anderen Zufallsgrößen beeinflussen die Versagenswahrscheinlichkeit nur in ihrer Gesamtheit, einzeln betrachtet sind sie nahezu bedeutungslos. Es stellt sich weiterhin heraus, dass eine vereinfachte Überlagerung der Last-Extremwerte zu einer deutlichen Überschätzung der Versagenswahrscheinlichkeit führt und somit als konservatives Modell zu bewerten ist.
Die Berücksichtigung stochastischer System- und Lastparameter bei der nach EC zulässigen Analyse des Tragwerksverhaltens unter Berücksichtigung globalen nichtlinearen Systemverhaltens sind notwendig, da dies ein anderes Sicherheitskonzept erfordert. Wird der plastische Grenzlastfaktor (PGLF), der die Ausnutzung der Systemkapazitäten bis zum Kollaps ermöglicht, zur Grenzzustandsbeurteilung herangezogen, wird dies besonders deutlich. Für das Modell eines ebenen Stahlbetontragwerks wird starr-ideal-plastisches Materialverhalten vorausgesetzt. Die Bestimmung des PGLFs für ein gegebenes Lastbild kann ausgehend von einem Extremalprinzip über die Lösung einer Optimierungsaufgabe erfolgen. Diese direkte Bestimmung des Kollapses bereitet aber bei der stochastischen Analyse Schwierigkeiten, da die zugehörigen Grenzzustandsgleichungen (GZG) nicht gutartig sind. Es wird die stochastische Methode des Multi-Modal Importance Sampling (MMIS) vorgeschlagen, die unter Berücksichtigung der Eigenschaften dieses mechanischen Modells die Versagenswahrscheinlichkeit bestimmt, d.h. das Verfahren nimmt auf die nur stückweise Stetigkeit GZG des speziellen Problems Rücksicht. Es setzt die zugehörige Grenzzustandsfunktion voraus. Die wesentlichen Bemessungspunkte werden durch Anwendung des Betaverfahrens gesucht und dann mit einem Importance-Sampling-Algorithmus mit multimodaler Sampling Dichte die Versagenswahrscheinlichkeit bestimmt . Das Verfahren sucht und berücksichtigt die wesentlichen Versagensbereiche des Problems mit vertretbarem Aufwand. Verbesserungen könnten sowohl bei den enthaltenen Such- und Iterationsalgorithmen als auch bei der Wahl der einzelnen Sampling-Dichten erzielt werden, was Gegenstand weiterer Untersuchungen ist.
In der heutigen Informationsgesellschaft sind alle Geschäftsprozesse in einem Unternehmen geprägt durch die Verwendung der vorhandenen Informations- und Kommunikationstechnologien. Diese haben zur Folge, dass Unternehmen mit einer wahren Flut an Informationen konfrontiert werden, die von extern und intern in das Unternehmen eingetragen wurden. Die erfolgreiche Beherrschung dieser Informationsflut bildet die Basis für das effektive Arbeiten im Unternehmen. Grundvoraussetzung hierfür ist vor allem ein harmonisches Zusammenspiel zwischen Mensch ↔ Organisation ↔ Technik. Dokumentenmanagementsysteme haben sich zur Aufgabe gemacht, den Anwender bei der technologischen Bewältigung dieser Aufgabenstellung zu unterstützen. Der hier vorgestellte Artikel zeigt die Probleme auf, die während der Umsetzung eines Dokumentenmanagementsystems auftreten können und konzentriert sich dabei besonders auf Kleinen und Mittleren Unternehmen (KMU) im Bauwesen. Charakteristisch für diese ist die Schwäche die eigenen Unternehmensstrukturen betriebswirtschaftlich aufzubereiten, woraus später bei einer technologischen Umsetzung schwerwiegende Probleme resultieren. Genau an diesem Punkt setzt der vorgestellte Artikel an und versucht den Zusammenhang zwischen Organisation und Technik herauszuarbeiten, um darauf aufsetzend einen allgemeingültigen Ansatz für die Umsetzung eines Dokumentenmanagementsystems zu liefern.
Assuring global consistency in a cooperative working environment is the main focus of many nowaday research projects in the field of civil engineering and others. In this paper, a new approach based on octrees will be discussed. It will be shown that by the usage of octrees not only the management and control of processes in a network-based working environment can be optimised but also an efficient integration platform for processes from various disciplines – such as architecture and civil engineering – can be provided. By means of an octree-based collision detection resp. consistency assurance a client-server-architecture will be described as well as sophisticated information services for a further support of cooperative work.
In this paper a meshless component is presented, which internally uses the common meshless interpolation technique >Moving Least Squares<. In contrast to usual meshless integration schemes like the cell quadrature and the nodal integration in this study integration zones with triangular geometry spanned by three nodes are used for 2D analysis. The boundary of the structure is defined by boundary nodes, which are similar to finite element nodes. By using the neighborhood relations of the integration zones an efficient search algorithm to detected the nodes in the influence of the integration points was developed. The components are directly coupled with finite elements by using a penalty method. An widely accepted model to describe the fracture behavior of concrete is the >Fictitious Crack Model< which is applied in this study, which differentiates between micro cracks and macro cracks, with and without force transmission over the crack surface, respectively. In this study the crack surface is discretized by node pairs in form of a polygon, which is part of the boundary. To apply the >Fictitious Crack Model< finite interface elements are included between the crack surface nodes. The determination of the maximum principal strain at the crack tip is done by introducing an influence area around the singularity. On a practical example it is shown that the included elements improve the model by the transmission of the surface forces during monotonic loading and by the representation of the contact forces of closed cracks during reverse loading.
For the analysis of arbitrary, by Finite Elements discretized shell structures, an efficient numerical simulation strategy with quadratic convergence including geometrically and physically nonlinear effects will be presented. In the beginning, a Finite-Rotation shell theory allowing constant shear deformations across the shell thickness is given in an isoparametric formulation. The assumed-strain concept enables the derivation of a locking-free finite element. The Layered Approach will be applied to ensure a sufficiently precise prediction of the propagation of plastic zones even throughout the shell thickness. The Riks-Wempner-Wessels global iteration scheme will be enhanced by a Line-Search procedure to ensure the tracing of nonlinear deformation paths with rather great load steps even in the post-peak range. The elastic-plastic material model includes isotropic hardening. A new Operator-Split return algorithm ensures considerably exact solution of the initial-value problem even for greater load steps. The combination with consistently linearized constitutive equations ensures quadratic convergence in a close neighbourhood to the exact solution. Finally, several examples will demonstrate accuracy and numerical efficiency of the developed algorithm.
This paper describes the concept and experiences of the international Open Distance Learning Course ‘HydroWeb’. This course deals with the introduction of Web-based Collaborative Engineering in standard education programmes of water related engineering and civil engineering based on information sharing. Organized under the umbrella of IAHR and ETNET21 this course is collaboration from several universities from all over the world. Started in 1999 the course demonstrates the potential and innovative opportunities of Web-Technology in education, research and engineering: Students from the different partner universities form small distributed teams to solve a given engineering problem in a time window of two weeks. To overcome the spatial distribution the students apply modern Web technology such as video conferencing, application sharing and document management. All results as well as the final reports are presented as Web document on a shared Web-based project platform (http://www.hydro-web.org). Besides the experiences to apply standard Web tools and working methods based on information sharing instead the conventional information exchange in the daily engineering work the students improve their soft skills operate successfully in international and interdisciplinary project environments as part of the ‘Technical Culture’ of nowadays.
The availability of the WWW technology and the introduction of the Internet as basic resource like water, electricity or gas changes dramatically normal live, business and of course civil engineering. New technologies enable innovative technical solutions and offer new potential for improvements towards support of humans nature appropriate ways of working. This demands a new culture of work and collaboration. To contribute to theses challenges is a matter the discipline 'Bauinformatik' by supporting related research, development, education and training in civil engineering. This contribution to the IKM Conference 2000 in Weimar sketches selected research and education activities of the institutes of the authors on the topics of WWW based simulation systems (example WEASEL) and of WWW based project platforms (projects MorWin and TaiGer as well as an European education experiment). Both topics supports the collaboration by new ways of tele cooperation in international, heterogeneous and interdisciplinary engineering. Demonstration from this developments and projects will be used to illustrate the dimension of changes in civil engineering in due to modern ICT.
This paper describes the concept, implementation and application of the Web-based Information System ‘Turtle’ for data monitoring, analysis, reporting and management in engineering projects. The system uses a generalised object-oriented approach for information modelling of physical state variables from measurements and simulations by sets of tensor objects and is implemented platform-independently as a Web application. This leads to a more flexible handling of measurement and simulation information in distributed and interdisciplinary engineering projects based on the concept of information sharing. The potential and advantages of Web-based information systems like ‘Turtle’ are described for one selected application example: a measurement programme dealing with the physical limnology of Lake Constance.
Die Bauwerksüberwachung gewinnt aus sicherheitstechnischen sowie aus wirtschaftlichen Gründen zunehmend an Bedeutung. Nicht nur die Bauwerkssicherheit kann durch leistungsfähige Monitoring-Systeme angemessen beurteilt, auch die Nutzungsdauer bestehender Bauwerke kann durch die gewonnenen Informationen deutlich verlängert werden. Das vorliegende Papier beschreibt die Entwicklung eines webbasierten Talsperren-Monitoring-Systems, das die automatisierte Erfassung von Daten vor Ort sowie die computergestützte Aufbereitung und Analyse der gesammelten Messdaten ermöglicht. Das Monitoring-System ist durch seinen modularen Aufbau nicht auf die Talsperren-Überwachung beschränkt, sondern kann ohne großen Aufwand an andere Überwachungsaufgaben angepasst werden. Das System besteht aus drei wesentlichen Modulen: (i) einer erweiterbaren Klassenbibliothek, die die Steuerung der im Bauwerk installierten Messelektronik ermöglicht, (ii) einem webbasierten Datenerfassungsmodul, das neben der automatischen Datenerfassung eine Fernsteuerung der Messelektronik erlaubt und Funktionen zur Verwaltung der Überwachungsaufgaben bereitstellt, sowie (iii) einem webbasierten Visualisierungs- und Auswertungsmodul zur Aufbereitung und Analyse der gesammelten Daten. Alle an der Überwachung beteiligten Mitarbeiter können mit einem üblichen Web-Browser über das Internet auf das entwickelte System zugreifen; ein Zugriff mittels Mobiltelefon ist alternativ möglich. Das implementierte Talsperren-Monitoring-System begleitet die beteiligten Fachleute von der Erfassung der Daten vor Ort bis hin zur Aufbereitung und Analyse der Messdaten an zentraler Stelle: Die Mitarbeiter werden durch einen einfachen Zugriff auf die installierte Messelektronik, automatisierte Messungen und umfangreiche Analysefunktionalitäten bei ihren spezifischen Aufgaben unterstützt. Der bisherige manuelle Arbeitsaufwand für Datenerfassung, -transfer und Analyse wird somit deutlich reduziert.