Home » De constructeur » Parametrisch ontwerpen - PART TWO

Parametrisch ontwerpen - PART TWO

Gepubliceerd op 9 september 2020 om 14:03

Parametrisch ontwerpen met behulp van Excel. In Excel kunnen rekensheets worden opgesteld voor allerlei vraagstukken. Deze worden vaak opgesteld voor het uitvoeren van een enkele berekening. Om andere varianten te beschouwen moet de gebruiker zelf andere waarden invoeren en het resultaat beoordelen. Met een eenvoudige applicatie (VBA-code) is dit proces snel te automatiseren voor oude bestaande Excel documenten én nieuwe. Hiermee is het mogelijk om parameterstudies uit te voeren op elke willekeurige rekensheet.

Parametrisch ontwerpen met behulp van Excel

In “Parametrisch ontwerpen” (deel 1) is een omschrijving gegeven van hoe we parametrisch ontwerpen kunnen beschouwen. Hierbij zijn voorbeelden gebruikt die grafisch van aard zijn waardoor de stap naar architectonisch ontwerpen snel is gezet. Echter is parametrisch ontwerpen veel meer en is zeker niet beperkt tot architectonisch ontwerpen. Parametrisch ontwerpen kan op elk willekeurig vraagstuk worden toegepast, zoals het optimaliseren van vraagstukken en het analyseren van vraagstukken of het beoordelen van parameters (gevoeligheid enz). Het belangrijkste is het snel genereren van varianten door verschillende waarden voor een set parameters toe te passen en vervolgens de bijbehorende resultaten goed in  beeld te brengen en beoordelen. Beschouw de effecten van verschillende parameters op elkaar, het gedrag van het vraagstuk, evenals de invloed van specifieke parameters op het vraagstuk. Door het spelen met deze data wordt  inzicht verkregen die zeer waardevol kan zijn voor het ontwerp, het vraagstuk. Het inzicht wordt groter door steeds meer informatie, data, functies enz. toe te voegen aan een vraagstuk.

 

Excel is bij uitstek een fantastisch hulpmiddel bij het genereren van varianten. Dezelfde functies, formules, omschrijvingen kunnen eenvoudig worden gebruikt voor verschillende waarden van een set parameters. Deze functies, formules en/of omschrijvingen kunnen eenvoudig of heel complex zijn. Als de rekensheet eenmaal gereed is én geverifieerd kunnen de varianten worden bepaald.

 

Het genereren van varianten in Excel kan in principe op drie verschillende manieren.

  1. De gebruiker kan zelfstandig verschillende waarden voor de parameters invoeren en vervolgens de resultaten beoordelen en vastleggen.

  2. De gebruiker kan functies, formules en/of omschrijvingen uit verschillende cellen van het werkblad herhalen, kopiëren naar andere cellen. Door de verwijzingen naar de “invoercellen” aan te passen kan een grotere set varianten worden bepaald. De grenzen worden gezet door het aantal keer dat de specifieke formule, functie wordt herhaald. Doorgaans is dit afhankelijk van de complexiteit van een vraagstuk. Als de vraagstukken complexer worden is dit doorgaans geen eenvoudige taak en de kans op fouten neemt toe. Hierbij kan de complexiteit van een vraagstuk worden omschreven in een aantal functies, formules en/of omschrijvingen die nodig zijn voor een vraagstuk. Als deze worden verwerkt in een paar cellen (in één rij of kolom) dan is het nog overzichtelijk. Worden het er meer, dan wordt het vraagstuk complexer en wordt deze optie voor varianten minder geschikt. De een zal hier verder in gaan dan een ander.

  3. De derde methode is het gebruik van VBA-code, het programmeren van een vraagstuk. Deze methode is gebruikt bij het genereren van de voorbeelden in deel 1 van dit artikel. De mogelijkheden hierbij zijn vele malen groter dan in voorgaande twee technieken. Dit zal dan ook doorgaans de juiste weg zijn om een vraagstuk echt parametrisch te beschouwen, althans als het aantal varianten toeneemt, zeg meer dan 100-1000 stuks.

Er is nog een vierde manier om optimaal gebruik te maken van Excel voor parameterstudies zonder de minpunten. Het gebruik van een universeel stukje VBA-code, een eigen applicatie die hulp biedt bij het automatiseren van het invoeren van parameters en het vastleggen van de resultaten. In navolgende voorbeeld wordt een dergelijke applicatie beschouwd.

Analyse applicatie in Excel

Met een eenvoudige applicatie in VBA kunnen oneindig veel varianten worden gegenereerd van een willekeurige Excel rekensheet, oud en nieuw. De applicatie “Parameter onderzoek” is in VBA-code opgesteld en wijzigt geheel zelfstandig de gewenste parameters volgens een script dat door de gebruiker zelf wordt samengesteld. Navolgende figuur laat een screenshot van de applicatie zien.

Parameter onderzoek

De gebruiker geeft aan welke parameter gewijzigd moet worden en hoe. Dit kan volgens een specifieke reeks, losse waarden of willekeurige serie getallen (“REEKS” en “ZOEK”). De gewenste reeks is in principe onbeperkt en alle gewenste resultaten worden automatisch vastgelegd (“MONITOR”). Dit kan voor elke willekeurige rekensheet in Excel, er zijn geen beperkingen. De enige voorwaarde is dat de gebruikte parameters, cellen, voorzien zijn van een naam. Door celnamen te gebruiken kan iedere iedereen de applicatie gebruiken en weet de gebruiker precies wat er gaat gebeuren (als logische celnamen zijn gebruikt). Een standaard celreferenties ($H$12) kan dit gemak zeker niet bieden.

Indien er geen celnamen in een rekensheet zijn toegepast, kan de gebruiker deze daar waar nodig eenvoudig toevoegen. Daarmee wordt de inhoud van de rekensheet NIET gewijzigd. Het toevoegen van celnamen heeft geen enkele invloed op de werking van een bestaande rekensheets.

 

De gebruiker stelt een script samen uit verschillende opdrachten. Door vervolgens op de knop “Analyse” te klikken wordt het volledige script gelezen en verwerkt. Elke opdracht wordt automatisch uitgevoerd en de resultaten worden overzichtelijk weergegeven en kunnen, indien gewenst, worden vastgelegd in een apart bestand. Indien gewenst kunnen de resultaten ook in een (aparte) rekensheet worden verwerkt. Hoewel dit laatste een kleine aanvulling behoeft in de VBA-code, is er een prima basis beschikbaar voor het uitvoeren van zeer complexe analyses, parameterstudies. De gebruiker kan zelf aanpassingen in de VBA-code aanbrengen en de applicatie geheel naar eigen behoeften aanpassen en/of aanvullen. Wellicht zijn er specifieke opdrachten gewenst. Deze kan men zelfstandig toevoegen. Probeer het zelf, ga naar “Downloads”.

Parameter onderzoek Vullings Advies

Het voorbeeld

Voor de ontwikkeling van de applicatie is gebruik gemaakt van een eenvoudig voorbeeld. In een rekensheet zijn enkele eenvoudige berekeningen opgenomen die betrekking hebben op een studie van een ligger over twee steunpunten. In navolgende figuur is een overzicht gegeven van de gebruikte in- en uitvoerwaarden.

Parametrisch onderzoek

De ligger is een massieve balk met een gegeven hoogte en breedte. De E-modules, overspanning en belasting vormen de overige gegevens. Deze gegevens kunnen als parameter worden beschouwd en kunnen in een parameterstudie wijzigen.

De verschillende berekeningen in de sheet betreffen enkele basisgegevens van de balk, zoals profielgegevens, snedekrachten en liggergrootheden. Voor de berekeningen zijn in dit geval eenvoudige vergeet-me-nietjes gebruikt. Bijvoorbeeld voor de vervorming van de ligger: δ = 5/384 ql4 / EI.

In de cel “H17”  (zie figuur) is de formule δ voor de bepaling van de zakking van de ligger opgenomen. De betreffende formule is ook zichtbaar in de formulebalk, evenals de naam van de cel “resZakking”. Het gebruik van celnamen is in dit geval ook te zien in de formules zelf. Worden celnamen later toegevoegd aan de rekensheet zijn deze niet zichtbaar in de formules. Excel zelf vervangt geen celverwijzingen door celnamen. Deze applicatie kan WEL gebruik maken van achteraf aangebrachte celnamen.

 

De formules in de cellen worden weergegeven door de applicatie, zodat de gebruiker weet dat de geselecteerde cel al dan niet een formule bevat. De applicatie is zodanig opgesteld dat het voor de gebruiker niet mogelijk is om cellen met een formule te wijzigen door middel van de opdracht “REEKS” of “ZOEK”. Het is immers niet wenselijk om formules te "herschrijven".

Parametric design

Tot slot

De kracht van deze applicatie is dat elke Excel rekensheet kan worden gebruikt voor het uitvoeren van een parameterstudie, parameter onderzoek. Oude bestaande rekensheets én nieuwe kunnen worden gebruikt. Het is niet nodig om oude rekensheets opnieuw op te stellen of flinke aanpassingen te doen. Het aanbrengen van een paar celnamen is het enige. Met een klik op de knop worden vervolgens oneindig veel varianten gegenereerd.

 

Om deze applicatie robuust te maken en de kans op fouten te beperken zijn een aantal maatregelen genomen. De applicatie maakt automatisch een backup van het betreffende Excel document, voordat analyses worden uitgevoerd (zie “Opmerkingen” in de applicatie). Het wijzigen van parameters is alleen mogelijk voor getallen en niet voor formules. De applicatie is niet in staat formules in een werkblad te wijzigen. Dit is in de VBA-code opgenomen. Deze basismaatregelen moeten voorkomen dat door een fout de hele rekensheet onbruikbaar wordt gemaakt. De gebruiker moet hier uiteraard ook zelf alert op zijn, daar ligt natuurlijk immers altijd de eerste verantwoordelijkheid. Maar dat betekent niet dat een applicatie hier niet bij kan helpen. Ook is het mogelijk dat de gebruiker de VBA-code naar wens wijzigt en meer of andere veiligheden opneemt.

De code kan op alle fronten naar eigen inzicht worden gebruikt e/of worden geoptimaliseerd. De applicatie is een voorbeeld voor het eenvoudig schrijven van tools voor parametrisch ontwerpen en dit hoeft niet altijd een tool te zijn voor één specifiek ontwerpvraagstuk.

Marcel Vullings

«   »