Soft Computing Tools in Civil Engineering

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Education is the manifestation of the perfection already in man

	Course Name:  Soft Computing Tools in Civil Engineering  [सिविल इंजीनियरिंग में सॉफ्ट कंप्यूटिंग टूल्स]
	Course Code: MZSCEA-SCTCE-01
	Content Creator: Dr. Mohd. Zameeruddin

Introduction:

With advancements in programming and coding, it has become possible to draft, analyze and simulate the engineering problem through computers. The following software programs, worksheets, and simulators are designed to perform various tasks related to civil engineering professional practices:

प्रोग्रामिंग और कोडिंग में हुई तरक्की के कारण, अब कंप्यूटर के ज़रिए इंजीनियरिंग से जुड़ी समस्याओं का ड्राफ़्ट तैयार करना, उनका विश्लेषण करना और सिमुलेशन करना मुमकिन हो गया है। नीचे दिए गए सॉफ़्टवेयर प्रोग्राम, वर्कशीट और सिमुलेटर, सिविल इंजीनियरिंग के पेशेवर कामों से जुड़े अलग-अलग कार्यों को करने के लिए बनाए गए हैं:

Name of Activity	Available Soft Computing Tools [Name of software are mentioned herewith not for any promotion or financial interest, just for awareness amongst the students and professional]
Engineering Drawing & Sketches	AutoCAD, Civil 3Ds Max, Revit
Estimating and Costing	Excel Worksheet, BIM
Structural Analysis and Designing	Scilab, Matlab, Ansys, STAAD, ETABS, SAP, SAFE, ABAQUS, Seimostruct, OpenSees
Highways and Bridges	MIDAS, CIS Bridge, RISA
Water supply and Sanitation	AQUEDUCTOS, CLOACAS 2.0, DREN-URBA 2.0
Geotechnical and Environmental Engineering	PLAXIS, FLOW-3D HYDRO, QGIS
Construction Management	Microsoft Project, Primavera, PlanGrid, Procore, XS Project

Fig. 1: Glimpse of software’s used in Civil Engineering Application

In this course, we will be learning how to use AutoCAD to prepare engineering drawings in 2D and 3D.  The course content includes:

इस कोर्स में हम सीखेंगे कि 2D और 3D में इंजीनियरिंग ड्रॉइंग तैयार करने के लिए AutoCAD का इस्तेमाल कैसे किया जाए। कोर्स की सामग्री में ये शामिल हैं:

Module No.	Content
Module 1: Introduction to Computer Aided Drafting	What is CAD, Evolution of CAD and Advantages of CAD over Manual Drafting, CAD System Architecture, Popular CAD Software Used in Indian Industry and Academia, Applications of CAD
Module II – Basics of 2D Drafting	The CAD Drawing Environment, Coordinate Systems, Basic Drawing (Draw) Commands, Drawing Aids and Precision Tools, Layers, Editing (Modify) Commands, Dimensioning, Text and Annotation
Module III – Introduction to 3D modeling and Visualization	Drawing Sheet Sizes (IS 10711), Title Block and Border, Scale, Orthographic Projection in CAD, Sectional Views and Hatching, Solid Modelling Techniques, Assembly Modelling, Plotting / Printing from CAD
Module IV – Civil Engineering Drafting Applications	CAD/CAM Integration, Interoperability and Data Management, Simulation and Analysis Linkage, Employability and Industry Certifications, Architectural and Structural Drawing, Surveying and 3-D Elevations

Course Outcomes (COs)

On successful completion of this course, the student will be able to:

CO	Description	Bloom's Level
CO1	Explain the fundamental concepts, hardware, and software architecture of a CAD system.	Understand
CO2	Construct accurate 2D engineering drawings using drafting and editing commands.	Apply
CO3	Apply dimensioning, layering, and annotation practices as per BIS/ISO drawing standards.	Apply
CO4	Develop 3D elevation and rendering of objects.	Apply
CO5	Generate 2D orthographic drawings and prepare drawings used in civil engineering.	Analyze

इस कोर्स को सफलतापूर्वक पूरा करने के बाद, छात्र सक्षम होंगे:

CO	विवरण	ब्लूम का स्तर
CO1	AutoCAD सिस्टम की मूल अवधारणाओं, हार्डवेयर और सॉफ़्टवेयर आर्किटेक्चर को समझाने के लिए।	समझना
CO2	ड्राफ्टिंग और एडिटिंग कमांड्स का उपयोग करके सही 2D इंजीनियरिंग ड्रॉइंग्स बनाना।	लागू करना
CO3	BIS/ISO ड्राइंग स्टैंडर्ड के अनुसार डाइमेंशन, लेयरिंग और एनोटेशन प्रैक्टिस को लागू करना।	लागू करना
CO4	वस्तुओं का 3D उभार और रेंडरिंग विकसित करने के लिए।	लागू करना
CO5	2D ऑर्थोग्राफिक ड्रॉइंग्स बनाने और सिविल इंजीनियरिंग में इस्तेमाल होने वाली ड्रॉइंग्स तैयार करने के लिए।	विश्लेषण करना

CO–PO Mapping

CO	PO1	PO2	PO3	PO5	PO12
CO1	2	2	-	2	1
CO2	2	2	3	2	1
CO3	2	2	3	2	2
CO4	2	2	3	2	1
CO5	2		3	2	2
Average	2	2	3	2	1.4

1.     Spoken Tutorial IITB - https://spoken-tutorial.org

      2. iMKCL - https://klic.mkcl.org/klic-courses/autocad

ब्लॉगस्पॉट पढ़ने के लिए धन्यवाद शायद यह सामग्री आपकी शैक्षणिक प्रगति को बढ़ाने में मदद करे......... मुझसे प्यार का प्रतीक के रूप में मेरे लिए एक कॉफी खरीदें

The greatest enemy of knowledge is not ignorance; it is the illusion of knowledge

Module 1: Introduction to Computer Aided Drafting

1.1 What is CAD?

Computer Aided Drafting (CAD) refers to the use of computer software and hardware to create, modify, analyse, and document engineering drawings and designs of objects, buildings or any product in two (2-D) or three-dimensional (3-D) forms.

कंप्यूटर एडेड ड्राफ्टिंग (CAD) का मतलब है कंप्यूटर सॉफ्टवेयर और हार्डवेयर का इस्तेमाल करके चीज़ों, इमारतों या किसी भी प्रोडक्ट की इंजीनियरिंग ड्राइंग और डिज़ाइन को 2D या 3D फ़ॉर्म में बनाना, उनमें बदलाव करना, उनका विश्लेषण करना और उन्हें डॉक्यूमेंट करना।

It replaces traditional manual drafting instruments like T-squares, drafting boards, compasses, and French curves with digital tools that offer speed, precision, editability, and reusability.

यह T-स्क्वायर, ड्राफ्टिंग बोर्ड, कंपास और फ्रेंच कर्व जैसे पारंपरिक मैनुअल ड्राफ्टिंग उपकरणों की जगह डिजिटल टूल्स का इस्तेमाल करता है, जो तेज़ी, सटीकता, एडिट करने की सुविधा और दोबारा इस्तेमाल की क्षमता देते हैं।

1.2 State-of-Art-of-Development in CAD

The origins of computer graphics may be trace back to through the below major developments:

• Dr. Patrick J. Hanratty developed early programming tools such as PRONTO in 1957, which laid the foundation for digital design.

• In 1963, Ivan Sutherland developed Sketchpad, the first graphical user interface that allowed users to sketch directly on a screen using a light pen.

• The phrase "Computer-Aided Design" was first used by MIT researcher Douglas T. Ross.

• The Automated Drafting and Machinery, published by Patrick Hanratty in 1971, served as the basis for around 90% of all subsequent commercial drafting instruments. These advances led to the emergence of mainframe-based CAD that is used in the automotive and aerospace industries (e.g., CADAM, CATIA at Dassault).

• In 1982, John Walker introduced AutoCAD, a computer program that allowed smaller businesses to employ 2D drafting.

• The development of solid modeling kernels (Parasolid, ACIS) in the 1990s made feature-based parametric 3D modeling (SolidWorks, Pro/ENGINEER) possible.

• The 2000s saw the introduction of cloud-based and collaborative CAD (Fusion 360, Onshape), generative design, AI-assisted modeling, and interaction with CAM, FEA, PLM, and BIM workflows.

कंप्यूटर ग्राफिक्स की उत्पत्ति को नीचे दिए गए प्रमुख विकासों के माध्यम से पता लगाया जा सकता है:

• डॉ. पैट्रिक जे. हैंरैटी ने 1957 में PRONTO जैसे शुरुआती प्रोग्रामिंग टूल विकसित किए, जिसने डिजिटल डिजाइन की नींव रखी।

• 1963 में, इवान सर्दरल्यंड ने स्केचपैड विकसित किया, पहला ग्राफिकल यूज़र इंटरफेस जिसने यूज़र्स को सीधे स्क्रीन पर लाइट पेन का इस्तेमाल करके स्केच करने की सुविधा दी।

• 'कंप्यूटर-सहायता प्राप्त डिजाइन' शब्द का इस्तेमाल सबसे पहले MIT के शोधकर्ता डगलस टी. रॉस ने किया था।

• 1982 में, जॉन वॉकर ने ऑटोकैड पेश किया, एक कंप्यूटर प्रोग्राम जिसने छोटे व्यवसायों को 2D ड्राफ्टिंग का इस्तेमाल करने की अनुमति दी।

• 1990 के दशक में सॉलिड मॉडलिंग कर्नेल्स (Parasolid, ACIS) के आने से फीचर-आधारित पैरामीट्रिक 3D मॉडलिंग (SolidWorks, Pro/ENGINEER) करना आसान हो गया।

• 2000 के दशक में क्लाउड आधारित और सहयोगी CAD (Fusion 360, Onshape), जनरेटिव डिज़ाइन, AI-सहायित मॉडलिंग, और CAM, FEA, PLM, और BIM वर्कफ्लो के साथ इंटरैक्शन की शुरुआत हुई।

1.3 Advantages of CAD over Manual Drafting

Parameter	Manual Drafting	CAD
Accuracy	Dependent on the draftsmen's accuracy and skill	Increased precision with reduced mistakes
Speed	Slow, more laborious, and time-consuming	Fast, less time-consuming, and efficient [using parametric, copy, mirror, and array commands]
Editability	Re-editing requires erasing and redrawing, which impacts work hours and drawing neatness.	Using advanced commands and tools enables immediate adjustment without the need for redrawing.
Storage & Retrieval	Needs physical storage, which calls for space and protection from handling and termite damage.	Easy recovery, version control, and digital storage on hard drives, floppy drives, and cloud servers
Standardization	Implements drawing standards by manually.	Layers and templates can incorporate standards.
Sharing	Using hard copies or scanned copies	Cloud collaboration and instantaneous digital sharing

1.3 मैनुअल ड्राफ्टिंग के मुकाबले AutoCAD के फायदे

पैरामीटर	मैनुअल ड्राफ्टिंग	AutoCAD
सटीकता	ड्राफ्ट्समैन की सटीकता और कौशल पर निर्भर	बढ़ी हुई सटीकता, कम गलतियों के साथ
गति	धीमा, ज्यादा मेहनत वाला, और समय लेने वाला	तेज़, कम समय लेने वाला, और असरदार [पैरामीट्रिक, कॉपी, मिरर, और एरे कमांड्स का उपयोग करके]
संपादन क्षमता	दोबारा एडिट करने के लिए मिटाना और फिर से बनाना पड़ता है, जिससे काम के घंटे और ड्राइंग की साफ-सफाई पर असर पड़ता है।	एडवांस कमांड्स और टूल्स का इस्तेमाल करने से बिना फिर से ड्रॉ किए तुरंत समायोजन करना आसान हो जाता है।
भंडारण और पुनः प्राप्ति	इसके लिए भौतिक भंडारण की जरूरत होती है, जिससे जगह और इसे संभालने और दीमक से बचाने की जरूरत होती है।	आसान रिकवरी, वर्शन कंट्रोल, और हार्ड ड्राइव, फ्लॉपी ड्राइव और क्लाउड सर्वर पर डिजिटल स्टोरेज
मानकीकरण	मैन्युअली ड्राइंग मानकों को लागू करता है।	लेयर्स और टेम्प्लेट स्टैंडर्ड्स को शामिल कर सकते हैं।
साझा करना	कठिन प्रति या स्कैन की गई प्रति का उपयोग करना	क्लाउड सहयोग और तात्कालिक डिजिटल साझाकरण

1.4 AutoCAD System Architecture

1.4.1 Hardware Components

Input devices	Keyboard, Mouse, Digitizer Tablet, 3D scanner, Graphic Tablet/Stylus.
Output devices	Monitor (display), Plotter, 3D printer, Laser printer.
Processing unit	CPU and GPU — GPU acceleration is critical for real-time 3D rendering and large assemblies.
Storage	local SSD/HDD and cloud storage for drawing files and design libraries.

1.4.2 Software Components

• Operating system and graphics drivers [Recommended-64-bit Windows PC, 16 GB RAM & 20GB SSD].
  
• CAD application software [2D drafting or 3D drafting].
• Database management for part libraries, Bill of Materials (BOM), and revision control.
• Cloud-based and AI integration interfaces.

1.5 Popular CAD Software Practiced in Indian Industry and Academia.

Software	Type/ Objective	Typical Use
AutoCAD	To prepare precise 2D drawings, 3D models, technical documentation, and engineering layouts	Civil Engineering, Mechanical Engineering, Electrical Engineering, Aeronautical Engineering, Product Design and Manufacturing
SolidWorks	3D CAD, Design and Product Development	Mechanical Engineering, Automobile Manufacturing and Product Design and Assemblies
CATIA	3D Modeling, Simulation, Collaboration, and Data Management Tools	Cloud-based Product Design, Engineering, Systems Development, and Construction
Fusion 360	Integrated Modeling, Simulation, Change Management, and PLM tools.	Improve Collaboration, Accelerate Decisions, and Speed up Product Development
Creo	Parametric Modeling with real-time Simulation	CNC Programming, Additive Manufacturing, Composite Structures, and Generative Design.
Revit	Design buildings and infrastructure in 3D.	Sketching, Scheduling, Sharing, Annotating, and Visualizing help Architects, Engineers, and Contractors Collaborate Effectively.

1.5 भारतीय उद्योग और शिक्षा में प्रचलित लोकप्रिय CAD सॉफ़्टवेयर

सॉफ्टवेयर	टाइप/ उद्देश्य	सामान्य उपयोग
AutoCAD	सटीक 2D ड्रॉइंग्स, 3D मॉडल, तकनीकी दस्तावेज़ और इंजीनियरिंग लेआउट तैयार करने के लिए	सिविल इंजीनियरिंग, मैकेनिकल इंजीनियरिंग, इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग, एयरोनॉटिकल इंजीनियरिंग, प्रोडक्ट डिज़ाइन और निर्माण
SolidWorks	3D CAD, डिज़ाइन और उत्पाद विकास	मेकैनिकल इंजीनियरिंग, ऑटोमोबाइल निर्माण और प्रोडक्ट डिजाइन और असेंबलीज़
CATIA	3D मॉडलिंग, सिमुलेशन, सहयोग, और डेटा प्रबंधन टूल्स	क्लाउड-आधारित उत्पाद डिज़ाइन, इंजीनियरिंग, सिस्टम डेवलपमेंट, और निर्माण
Fusion 360	एकीकृत मॉडलिंग, सिमुलेशन, बदलाव प्रबंधन, और पीएलएम टूल्स।	सहयोग बढ़ाएं, फैसले जल्दी लें, और प्रोडक्ट डेवलपमेंट तेज़ करें
Creo	रियल-टाइम सिमुलेशन के साथ पैरामीट्रिक मॉडलिंग	CNC प्रोग्रामिंग, एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग, कंपोजिट स्ट्रक्चर्स, और जेनरेटिव डिज़ाइन।
Revit	3D में इमारतें और इन्फ्रास्ट्रक्चर डिज़ाइन करें।	स्केचिंग, शेड्यूलिंग, शेयरिंग, एनोटेटिंग और विज़ुअलाइजिंग आर्किटेक्ट्स, इंजीनियर्स, और कॉन्ट्रैक्टर्स को प्रभावी ढंग से सहयोग करने में मदद करते हैं।

1.6 Applications of AutoCAD

Civil Engineering	To prepare building plans, architectural plan, structural plans, bar bending schedules, furniture layouts, acoustic layouts, plumbing plan, electrification layouts, contour plan, road alignments, railway traction layouts, Etc,.
Mechanical Engineering	2D and 3D digital models of machine parts, tools, and assemblies, Fabrication Layouts, Sheet Metal Parts, Etc,.
Electrical/ Electronic Engineering	Electrical control systems, power layouts, and circuit schematics, PCB Design, Panel Wiring Diagrams and Grid Layouts, ETC,.
Automobile and Aerospace Engineering	Component Design, Chassis and Body, Engine Layouts, Aerodynamic Surfaces, ETC,.
Biomedical Engineering	To design custom patient-specific prosthetics, surgical implants, and medical devices.

1.6 ऑटोकैड के उपयोग

सिविल इंजीनियरिंग	तैयारी करने के लिए; भवन योजनाएं, वास्तु योजना, संरचनात्मक योजनाएं, बार बेंडिंग शेड्यूल, फर्नीचर लेआउट, ध्वनिक लेआउट, प्लंबिंग योजना, विद्युतीकरण लेआउट, कंटूर योजना, सड़क संरेखण, रेलवे ट्रैक्शन लेआउट, आदि।
मैकेनिकल इंजीनियरिंग	मशीन पार्ट्स, टूल्स और असेंबली के 2D और 3D डिजिटल मॉडल, फैब्रिकेशन लेआउट्स, शीट मेटल पार्ट्स, आदि।
इलेक्ट्रिकल/इलेक्ट्रॉनिक इंजीनियरिंग	इलेक्ट्रिकल कंट्रोल सिस्टम, पावर लेआउट्स, और सर्किट स्कीमैटिक्स, पीसीबी डिज़ाइन, पैनल वायरिंग डायग्राम और ग्रिड लेआउट्स, आदि।
ऑटोमोबाइल और एयरोस्पेस इंजीनियरिंग	कंपोनेंट डिज़ाइन, चेसिस और बॉडी, इंजन लेआउट, एरोडायनामिक सतहें, आदि।
जैव चिकित्सा इंजीनियरिंग	कस्टम मरीज-विशेष प्रोस्थेटिक्स, सर्जिकल इम्प्लांट और मेडिकल डिवाइस डिजाइन करने के लिए।

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We should not give up, and we should not allow the problem to defeat us

Module 2: Basics of 2D Drafting [2D ड्राफ़्टिंग की बुनियादी बातें]

Workspaces in AutoCAD are customized user interfaces that allow quick access to the tools and commands that are frequently used for a specified task. This workspace includes a specific set of menus, ribbon/toolbars, drawing area, command lines and status bars. Two working spaces are used in 2D drafting: (a) Model Space: that provides a full-scale environment where the actual geometry (1:1) is drawn. (b) Paper/Layout Space: used to arrange one or more scaled views for printing/plotting, including title blocks and borders. Fig. 2.1 illustrated the workspace defined in AutoCAD software for 2D drafting.

Fig. 2.1: Layout of Workspace 

AutoCAD में वर्कस्पेस कस्टमाइज्ड यूजर इंटरफेस होते हैं जो किसी निर्दिष्ट टास्क के लिए अक्सर इस्तेमाल होने वाले टूल्स और कमांड्स तक जल्दी पहुँचने की सुविधा देते हैं। इस वर्कस्पेस में एक विशेष सेट के मेन्यू, रिबन/टूलबार, ड्रॉइंग एरिया, कमांड लाइन और स्टेटस बार शामिल हैं। 2D ड्राफ्टिंग में दो काम करने की जगहें इस्तेमाल होती हैं: (a) मॉडल स्पेस: ये एक ऐसा पूरा वातावरण है जहाँ असली ज्यामिति (1:1) ड्रॉ की जाती है। (b) पेपर/लेआउट स्पेस: इसका इस्तेमाल प्रिंट या प्लॉट करने के लिए एक या कई स्केल्ड व्यूज़ को सेट करने में होता है, साथ ही टाइटल ब्लॉक्स और बॉर्डर्स को भी शामिल किया जाता है। फिग. 2.1 में AutoCAD सॉफ्टवेयर में 2D ड्राफ्टिंग के लिए डिफ़ॉल्ट वर्कस्पेस दिखाया गया है। चित्र 2.1 में 2D ड्राफ्टिंग के लिए ऑटोकैड सॉफ्टवेयर में परिभाषित वर्कस्पेस को दिखाया गया है।

2.1   Coordinate Systems

Every point in a workspace of AutoCAD is located using coordinates. The main coordinate systems are; (a) World Coordinate System (WCS) and (b) User Coordinate System (UCS). WCS is a permanent, fixed default 3D coordinate system consisting of perpendicular X, Y and Z axes. While UCS is a movable coordinate system that can be used for change in origin and reorient X, Y and Z axes to make feasible drawing. Methods of entry of coordinates used in AutoCAD include;

1. Absolute Cartesian
2. Relative Cartesian
3. Absolute Polar
4. Relative Polar

In an absolute coordinate system, points are entered using exact (X, Y) values measured directly from the fixed origin (0,0). For example, to construct a line AB, coordinates are entered for A (0, 0) and B (10, 10); this will represent a gradient line and the method of assigning the coordinates is said to be the Absolute Cartesian method. In a Relative Cartesian coordinate system, points are measured as a change in distance along the X and Y axes relative to the last picket point (@ X, Y). For example, to construct a line AB, coordinates are entered for A (5, 6) and B (@17,19).

AutoCAD के वर्कस्पेस में हर पॉइंट को कॉर्डिनेट्स की मदद से लोकेट किया जाता है। मुख्य कॉर्डिनेट सिस्टम हैं; (a) वर्ल्ड कॉर्डिनेट सिस्टम (WCS) और (b) यूज़र कॉर्डिनेट सिस्टम (UCS)। WCS एक स्थायी, फिक्स्ड डिफ़ॉल्ट 3D कॉर्डिनेट सिस्टम है जिसमें लंबवत X, Y और Z एक्सिस होते हैं। वहीं UCS एक मूवेबल कॉर्डिनेट सिस्टम है जिसे ऑरिजिन बदलने और X, Y और Z एक्सिस को रीऑरिएंट करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है ताकि ड्रॉइंग संभव हो सके। AutoCAD में कॉर्डिनेट्स एंटर करने के तरीके शामिल हैं;

1. एबॉल्यूट कार्टेशियन

2. रिलेटिव कार्टेशियन

3. एबॉल्यूट पोलर

4. रिलेटिव पोलर

एक पूर्ण सीधा निर्देशांक प्रणाली में, पॉइंट्स को सही (X,Y) मानों का उपयोग करके दर्ज किया जाता है, जो सीधे निश्चित स्रोत बिंदु (0,0) से मापे जाते हैं। उदाहरण के लिए, एक लाइन AB बनाने के लिए, A (0, 0) और B (10, 10) के लिए निर्देशांक दर्ज किए जाते हैं; यह एक ढाल वाली लाइन को दर्शाएगा और निर्देशांक देने की यह विधि पूर्ण कार्टेशियन विधि कहलाती है। एक रिलेटिव कार्टेशियन कोऑर्डिनेट सिस्टम में, पॉइंट्स को X और Y अक्षों के साथ पिछले पिकेट पॉइंट (@ X, Y) के सापेक्ष दूरी में बदलाव के रूप में मापा जाता है। उदाहरण के लिए, एक लाइन AB बनाने के लिए, A (5, 6) और B (@17,19) के लिए कोऑर्डिनेट दर्ज किए जाते हैं।