西點橋樑設計者 2007 介紹

西點橋樑設計者(West Point Bridge Designer,WPBD)是由美國西點軍事學院 (The Uniited States Military Academy at West Point)土木及機械工程學系 的學者 Colonel 所開發的教育性質模擬軟體，並開放自由下載及免費使用。以此 軟體為平台，自 2002 年起每年均於美國辦理為期約數個月，以組隊、通信方式 辦理的全國性的中學生橋樑設計競賽(West Point Bridge Design Contest)。最 後挑選出全國的參賽者菁英齊聚一堂，進行最後決賽並給予優勝者豐厚的獎金。

近幾年雖已不再以獎金為號召，但美國各地仍不斷有參賽隊伍參與，主辦單位亦 將參賽資格推廣至海外，成為全球性的科學競賽。該設計軟體也不斷的進行版本 上的更新，本研究所使用的版本為 2007 年的版本。茲將西點橋樑設計者 2007 的 各項功能介面詳細介紹如下：

出被測橋樑的造型。介面外觀如圖 3-3-1：

圖 3-3-1 西點橋樑設計者 2007(WPBD2007)設計界面外觀

各工具功能解說如下：

(1)設計工具：

圖 3-3-2 設計工具列 檔案處理

(8)

設計測試 (3)

設計紀錄 (4)

狀態(5)

組件屬性

工具(2) 顯示工具

(7)

設計工具 (1)

組件列表 (6)

設計區 簽名處

從左至右分別為建立接合點、建立組件、選取接合點或物件、刪除接合點或物 件等功能。

使用方式：利用建立接合點繪製桁架轉折、銜接的關節，再用建立組件在接合點 間利用按住滑鼠左鍵的方式繪製組件。已畫上的接合點，可以利用選取接合點或 組件的功能觀看組件的屬性規格(請參閱(2)組件屬性工具)或拖曳接合點產生新 的桁架形狀設計。對於想刪除的組件或接合點，可利用刪除接合點或組件的功 能。運用以上功能繪出待測橋樑的雛形如圖 3-3-3 所示：

圖 3-3-3 繪製待測之橋樑設計雛型

圖 3-3-4 組件屬性工具列

由左自右分別是材質下拉式選單、橫斷面形式下拉式選單、組件尺寸下拉式選 單、增加尺寸、減少尺寸、目前組件屬性報表。選取目前組件屬性報表，會出 現如圖 3-3-5 的視窗畫面。

圖 3-3-5 組件屬性報表

(4) 設計測試：

圖 3-3-6 模擬測試工具

從左到右分別是進入設計畫面、針對目前設計做負載測試、選取所有的組件、

組件屬性的敘述，

如材質、尺寸、橫 斷面形式等。

該規格組件承受力量極限 vs 長 度的關係圖。X 軸為長度，單位 公尺；Y 軸為承受力量極限，單 位為千牛頓。藍色線為張力曲 線，紅色線為壓力曲線。

該規格組件每公尺的花費。

刪除選取的組件、接合點、還原、重做。

圖 3-3-7 負載測試成功的畫面

圖 3-3-8 負載測試失敗的畫面

模擬動畫中承受壓力的組件呈現紅色，承受張力的組件為藍色。顏色深淺代表 距離該組件受力極限的距離，顏色越深離極限越近。

若測試失敗，回到設計畫面時，受到壓力破壞的組件會變成紅色，受到張力破壞 的物件會變成藍色，以提醒使用者哪些組件需要加強。

圖 3-3-9 模擬結果提示畫面

(4)設計紀錄：

圖 3-3-10 設計紀錄工具列

從左到右分別是目前的設計紀錄顯示、往前一個設計紀錄、往後一個設計紀 若測試成功，此處會出現

若測試失敗，此處會出現 若尚未測試，此處會出現

錄、設計紀錄選單。設計紀錄選單選取後會出現如圖 3-3-11 視窗：

圖 3-3-11 設計紀錄視窗畫面

(5)狀態：

圖 3-3-12 狀態工具列

從左到右分別是目前的總花費、花費計算報表、模擬測試結果、負載測試報表。

選取花費計算報表後會出現如圖 3-3-13 的畫面：

之前曾經做過測試的所有設計歷程 以及花費。如果存檔再開啟，只會 剩下曾經測試過的設計次數，歷程 會消失！

選取任一個曾經做過的設計紀錄，在這 就會顯示設計概圖。如果該設計的測試 結果是失敗的，不安全的組件同樣會以 顏色標示。

圖 3-3-13 花費計算報表

基本上，這四種類別的花費是相互牽制的。如果刻意減少一種，都有可能造成 其他花費的增加或整體表現不佳。所以，要如何取得一個均衡點，全看使用者如 何作出取捨。

在完成每一次的模擬測試後，選取負載測試報表後會出現如圖 3-3-14 的視窗：

圖 3-3-14 負載測試報表

材料花費。詳列 各種規格的材料 所花的費用。

連接花費。詳列 使用接合點所花 的費用。

產品花費。詳列各種規 格的組件所花的費用。

規格越繁複花費越多 場地花費。詳列 場地各參數設定 所花的費用。

總花費。所有花費的總和。

每一行代表一個組件的資料，由左而右依序顯示的欄位為組件尺寸、橫斷面形 式、材質、長度、承受壓力(千牛頓)、承受壓力極限(千牛頓)、壓力測試狀態(若 被破壞會出現紅色)、承受張力(千牛頓)、承受張力極限(千牛頓)、張力測試狀 態(若被破壞會出現藍色)。

(6)組件列表：

與「負載測試報表」格式類似，在完成模擬測試後可顯示組件的屬性規格以及承 受壓力/承受壓力極限、承受張力/承受張力極限的數據。小於 1 代表可以安全負 荷載重測試，大於 1 則代表無法負荷(不安全、被破壞)，越接近 1 則代表這個組 件在負荷上越「物盡其用、大小適中」。

承受壓力/承受壓力極 限欄位

承受張力/承受張力極 限欄位

(7)顯示工具：

圖 3-3-16 顯示工具列

從左到右分別為顯示/隱藏組件列表、顯示/隱藏組件號碼、顯示隱藏設計輔助 線(協助上下或左右對齊組件)、低解析度格點、中解析度格點、高解析度格點(以 上三項影響設計游標移動的精細度)。

(8)檔案處理：

圖 3-3-17 檔案處理工具列

從左至右分別為建立一個新的橋樑設計、開啟一個存在的橋樑設計檔案、儲存 你目前的設計、列印設計。

西點橋樑設計者 2007 提供的回饋資訊及圖表十分多元，但實驗過程中受測者 受限於時間限制及與語言隔閡，最常使用的回饋資訊為模擬畫面(圖 3-3-7 及圖 3-3-8)及組件列表(圖 3-3-15)，其他的回饋資訊的運用則極少或完全沒有。受測 者運用軟體的設計行為實際流程將於 3.3.2 節中介紹。