تطبيق RPA في الحسابات العلمية والهندسية

دخول

في المدرسة، لتعزيز معرفتنا، طُلب منا حل العديد من المشاكل المتشابهة. كنا منزعجين باستمرار: ما هو الشيء الثمين هنا؟ استبدل قيمتين أو ثلاث في الصيغة واحصل على الإجابة. أين رحلة الفكر هنا؟ لقد أصبح الواقع أكثر قسوة من المدرسة.

أعمل حاليًا كمحلل في مجال تكنولوجيا المعلومات. قبل الانضمام إلى قطاع تكنولوجيا المعلومات، عملت كمهندس تدفئة، ومبرمج CNC، وشاركت في مشاريع بحثية.

ومن خلال تجربتي الشخصية، أصبحت مقتنعًا أن المهندسين والعلماء يقضون 95% من وقت عملهم في مثل هذه الأعمال "الرتيبة". حساب المعادلات، الفحوصات، تسجيل النتائج، نسخ المواصفات. مشروع بعد مشروع، تجربة بعد تجربة، يومًا بعد يوم.

فيما يلي بعض الأمثلة من أعمالي السابقة.

حتى عام 2019، قمت بصنع نماذج للتشكيل الفراغي الحراري. إذا تم تغطية مثل هذا النموذج بالبلاستيك الساخن، فسنحصل على منتج يكرر هندسة هذا النموذج تمامًا. وصف التكنولوجيا هنا.

تتطلب دورة صنع النموذج مجموعة كاملة من التطبيقات المتخصصة للغاية:

• برنامج Autodesk Inventor للنمذجة ثلاثية الأبعاد؛
• إكسل لتفريغ أبعاد قطعة العمل؛
• إكسل لحساب تكلفة التصميم؛
• وحدة HSM لإنشاء برامج التحكم CNC؛
• نظام ملفات الكمبيوتر لإدارة ملفات البرامج؛
• بيئة Mach3 للتحكم في آلات CNC.

كان لا بد من نقل البيانات يدويًا من بيئة إلى أخرى، وكانت هذه عبارة عن جداول كاملة ومصفوفات من القيم. كانت العملية بطيئة وكانت الأخطاء تحدث في كثير من الأحيان.

قبل ذلك، كنت مشاركًا في تطوير وإنتاج أدلة الضوء (رابط). كان هناك الكثير من الأبحاث والتصميم والحسابات هناك: بيئات متخصصة للهندسة الحرارية وحسابات الإضاءة (Ansys، Dialux)، بالإضافة إلى حسابات الكفاءة الاقتصادية، بالإضافة إلى Autocad و Inventor للنماذج والرسومات. وهنا تظهر نفس الصعوبات: إذ يتعين سحب نتيجة الحساب من تطبيق واحد إلى تطبيق آخر لإجراء الحساب التالي. وهكذا عدة مرات بحثًا عن الحل الأمثل.

إن وقت المهندس ووقت العالم وقت ثمين للغاية. لا يتعلق الأمر بالراتب. خلف حسابات المهندس يكمن مشروع كبير وفريق عمل. إن أبحاث العالم تحمل وعدًا بصناعة بأكملها. لكن في كثير من الأحيان يقوم المتخصص المؤهل تأهيلا عاليا بنقل القيم "بغباء" من برنامج إلى آخر بدلاً من تطوير المفاهيم والنمذجة وتفسير النتائج والمناقشة والعصف الذهني مع الزملاء.

ما يميز بيئة الأعمال الحديثة هو السرعة. السوق يدفعنا باستمرار. في عام 2014، استغرقنا من أسبوعين إلى ثلاثة أسابيع لصنع نموذج. في عام 2، كانت المدة ثلاثة أيام، وهذا يبدو بالفعل وقتًا طويلاً جدًا. الآن يجب على المصمم إنتاج عدة خيارات للحلول في نفس مقدار الوقت الذي تم تخصيصه سابقًا لخيار واحد فقط.

ونقطة أخرى – الاستثمارات والمخاطر. من أجل "الحصول على موطئ قدم" في مشروع ما، يجب على الشركة استثمار حوالي 6% من تكلفة المشروع في التطوير المفاهيمي قبل إبرام العقد مع العميل. تذهب هذه الأموال إلى:

• للأبحاث؛
• التصميم المفاهيمي؛
• تقييم تكاليف العمالة؛
• إعداد الرسومات وما إلى ذلك.

الشركة تأخذها من جيبها الخاص، فهي تتحمل مسؤوليتها الخاصة. إن الاهتمام بالمفهوم يحتاج إلى وقت المتخصصين، وهم مشغولون بالروتين.

بعد التعرف على أدوات العمل في شركة تكنولوجيا المعلومات، أصبحت مهتمة بما يمكن أن تكون ممارسات أتمتة العمليات التجارية مفيدة للمهندسين. لذا، تستخدم الشركات منذ فترة طويلة أتمتة العمليات الروبوتية (RPA) لمكافحة الروتين.

يزعم بائعو RPA أن أداة الأتمتة هذه تتمتع بالفوائد التالية:

1. التنوع (الروبوت قادر على العمل مع أي تطبيق، مع أي مصدر بيانات)؛
2. سهولة التعلم (لا يتطلب مهارات برمجة أو إدارة عميقة)؛
3. سرعة التطوير (تستغرق الخوارزمية النهائية وقتًا أقل من البرمجة التقليدية)؛
4. راحة حقيقية للموظف من العمليات الروتينية.

سنستخدم هذه المعايير لاختبار تأثير RPA في الحسابات الهندسية/العلمية.

وصف المثال

دعونا ننظر إلى مثال بسيط. هناك شعاع معلق مع حمولة.

دعونا ننظر إلى هذه المشكلة من وجهة نظر المهندس ومن وجهة نظر العالم.

الحالة "مهندس": يوجد شعاع كابولي طوله 2 متر. يجب أن تحمل حمولة تزن 500 كجم بهامش أمان يبلغ 3 أضعاف. الشعاع مصنوع من أنبوب مستطيل الشكل. من الضروري اختيار المقطع العرضي للحزمة وفقًا لكتالوج GOST.

دراسة الحالة: اكتشف كيف تؤثر كتلة الحمل والمقطع العرضي وطول العارضة على قدرة تحمل هذا العارضة. استنتج معادلة الانحدار.

في كلتا الحالتين، يتم أخذ قوة الجاذبية في الاعتبار، والتي تؤثر على الشعاع بما يتناسب مع كتلة الشعاع.

دعونا ندرس الحالة الأولى بالتفصيل - "المهندس". ويتم تنفيذ حالة "العالم" بطريقة مماثلة.

من الناحية الفنية، مثالنا بسيط للغاية. وسوف يتمكن المتخصص في الموضوع من حساب ذلك ببساطة باستخدام الآلة الحاسبة. لدينا هدف مختلف: وهو إظهار كيف يمكن لحل RPA أن يساعد عندما تصبح المهمة واسعة النطاق.

في التبسيط، نلاحظ أيضًا: أن المقطع العرضي للأنبوب عبارة عن مستطيل مثالي، بدون تقريب الزوايا، ودون مراعاة اللحام.

مهمة المهندس

المخطط العام لقضية "المهندس" هو كما يلي:

1. لدينا جدول في ورقة Excel يحتوي على مجموعة الأنابيب وفقًا لـ GOST.
2. بالنسبة لكل إدخال في هذا الجدول، نحتاج إلى إنشاء نموذج ثلاثي الأبعاد في Autodesk Inventor.
3. بعد ذلك، في بيئة تحليل إجهاد المخترع، نقوم بإجراء حساب القوة وتنزيل نتيجة الحساب إلى HTML.
4. نجد قيمة "الحد الأقصى لإجهاد ميزس" في الملف المستلم.
5. نتوقف عن الحساب إذا كان عامل الأمان (نسبة قوة خضوع المادة إلى أقصى إجهاد فون ميزس) أقل من 3.

ونحن نعتقد أن العارضة ذات المقطع العرضي المناسب ستوفر هامش أمان يبلغ ثلاثة أضعاف وستكون الأقل ثقلاً بين الخيارات الأخرى.

في المجمل، يعمل المتخصص في مهمتنا مع 3 تطبيقات (انظر الرسم البياني أعلاه). في الحياة الواقعية، قد يكون عدد التطبيقات أكبر.

يحتوي GOST 8645-68 "أنابيب الصلب المستطيلة" على 300 إدخال. في مهمة العرض التوضيحي الخاصة بنا، سنقوم بتقصير القائمة: سنأخذ عنصرًا واحدًا من كل عائلة حجم. يوجد إجمالي 19 إدخالاً، وعليك اختيار واحد منها.

تحتوي بيئة النمذجة Inventor، التي سنقوم فيها ببناء النموذج وإجراء حسابات القوة، على مكتبة من المواد الجاهزة. سنأخذ مادة الشعاع من هذه المكتبة:

المادة - الفولاذ
الكثافة 7,85 جم/متر مكعب. سم؛
قوة الخضوع 207 ميجا باسكال؛
قوة الشد 345 ميجا باسكال؛
معامل يونغ 210 جيجاباسكال؛
معامل القص 80,7692 جيجاباسكال.

هذا هو الشكل الذي يبدو عليه النموذج ثلاثي الأبعاد للشعاع المحمل:

وهنا نتيجة حساب القوة. يسلط النظام الضوء على المناطق المعرضة للخطر في الشعاع باللون الأحمر. التوتر أعلى في هذه الأماكن يُظهر المقياس الموجود على اليسار قيمة الحد الأقصى للإجهاد في مادة العارضة.

الآن دعونا نسلم بعض العمل إلى الروبوت

يتغير مخطط العمل على النحو التالي:

سنقوم بتجميع الروبوت في بيئة Automation Anywhere Community Edition (المشار إليها فيما بعد بـ AA). دعونا نستعرض معايير التقييم ونصف الانطباعات الذاتية.

الشمولية

تظل حلول RPA (خاصة التجارية منها) في موضعها الدائم كوسيلة لأتمتة العمليات التجارية وأتمتة عمل موظفي المكاتب. وتغطي الأمثلة والدورات التدريبية التفاعل مع أنظمة تخطيط موارد المؤسسات (ERP) وإدارة المحتوى الإلكتروني (ECM) والويب. كل شيء يشبه المكتب إلى حد كبير.

في البداية كانت لدينا شكوك حول ما إذا كانت شركة AA قادرة على التقاط الواجهة والبيانات الخاصة ببرنامج Autodesk Inventor الخاص بنا. لكن كل شيء نجح بالفعل: تم تحديد كل عنصر وكل عنصر تحكم وتسجيله. حتى في نماذج الخدمة التي تحتوي على جداول المعلمات، تمكن الروبوت من الوصول إلى الخلية المطلوبة ببساطة عن طريق توجيه الماوس.

بعد ذلك جاء الاختبار مع إطلاق استوديو حساب القوة. وأيضاً بدون مشاكل. في هذه المرحلة، كان علينا العمل بعناية مع فترات التوقف بين الإجراءات عندما ينتظر النظام اكتمال الحساب.

تم الحصول على البيانات النهائية من الويب ولصقها في Excel بسلاسة.
وفي إطار هذه المهمة، تم تأكيد العالمية. وبناءً على أوصاف بائعي RPA الآخرين، فإن التنوع هو بالفعل سمة مشتركة لهذه الفئة من البرامج.

سهولة التعلم

استغرق الأمر عدة أمسيات لإتقانه: دورات، وأمثلة تدريبية - كل شيء موجود هناك. يقدم العديد من بائعي RPA التدريب مجانًا. الحاجز الوحيد: واجهة البيئة ودورات AA باللغة الإنجليزية فقط.

سرعة التطور

لقد قمنا بتطوير وتصحيح خوارزمية "مهمة المهندس" في أمسية واحدة. تم إكمال تسلسل الإجراءات في 44 تعليمة فقط. فيما يلي صورة لجزء من واجهة Automation Anywhere مع روبوت جاهز. مفهوم الكود المنخفض/عدم وجود كود - لم تكن هناك حاجة إلى البرمجة: لقد استخدمنا مسجلات العمليات أو drug'n'drop من مكتبة الأوامر. ثم قم بتكوين المعلمات في نافذة الخصائص.

الراحة من الروتين

يقضي الروبوت دقيقة و1 ثانية في معالجة سجل واحد. لقد قضينا نفس القدر من الوقت في معالجة سجل واحد بدون روبوت.

إذا كنا نتحدث عن عشرات ومئات السجلات، فإن الشخص سوف يشعر بالتعب حتما ويبدأ في تشتيت انتباهه. قد ينشغل أحد المتخصصين فجأة بمهمة أخرى. بالنسبة لشخص ما، فإن النسبة "إذا استغرقت مهمة ما دقيقة واحدة، فمن الممكن إكمال N من هذه المهام في A * N دقيقة" لا تعمل - فهي تستغرق دائمًا وقتًا أطول.

في مثالنا، سوف يقوم الروبوت بالمرور على السجلات بشكل تسلسلي، بدءًا من الأقسام الأكبر حجمًا. في المصفوفات الكبيرة، هذه ليست طريقة سريعة. لتسريع الأمور، يمكنك تنفيذ تقريبات متتالية، مثل طريقة نيوتن أو طريقة التقسيم.
نتيجة الحساب:

الجدول 1. نتيجة اختيار مقطع العارضة

مهمة العالم

مهمة العالم هي إجراء العديد من التجارب الرقمية لتحديد القانون الذي تتغير بموجبه قدرة تحمل الشعاع اعتمادًا على مقطعه العرضي وطوله وكتلة الحمل. تمت صياغة القانون الموجود في شكل معادلة الانحدار.

لكي تكون معادلة الانحدار دقيقة، يجب على العالم معالجة كمية كبيرة من البيانات.

بالنسبة لمثالنا، يتم تخصيص مجموعة من متغيرات الإدخال:

• ارتفاع ملف الأنبوب؛
• العرض؛
• سمك الجدار؛
• طول الشعاع؛
• وزن البضائع.

إذا كان علينا إجراء الحساب لثلاث قيم على الأقل لكل متغير، فسيكون المجموع 3 تكرارًا. بمدة دقيقتين لتكرار واحد، سيكون الوقت الإجمالي بالفعل 243 ساعات - يوم عمل كامل! للحصول على دراسة أكثر اكتمالاً، يجب علينا أن نأخذ ليس 8 قيم، بل 3 قيم أو أكثر.

خلال سير الدراسة، سوف يصبح من الواضح بالتأكيد أن هناك حاجة إلى تضمين عوامل إضافية في النموذج. على سبيل المثال، "اختبار" درجات مختلفة من الفولاذ. يزداد حجم الحسابات عشرات ومئات المرات.

في المهمة الحقيقية، سيكون الروبوت قادرًا على توفير عدة أيام للعالم، والذي سيستغلها المتخصص لإعداد منشور، وهذا هو المؤشر الرئيسي لنشاط العالم.

ملخص

"منتج" المهندس هو جهاز عمل حقيقي، تصميم. ستعمل أتمتة العمليات الحسابية على تقليل المخاطر بسبب التطوير العميق للمشروع (مزيد من الحسابات، المزيد من الأوضاع، المزيد من الخيارات).

إن "منتج" العالم هو معادلة، أو نمط، أو أي وصف مضغوط آخر. وكلما زادت البيانات المشاركة في التحليل، كلما كان أكثر دقة. سيساعد حل RPA في توليد "غذاء" المعلومات للنماذج.

دعونا نعمم مثالنا.

يمكن أن يكون نموذج الحساب أي نموذج: نموذج جسر، نموذج محرك، نموذج نظام تدفئة. يجب على المتخصص التأكد من أن جميع مكونات النموذج تتفاعل بشكل صحيح مع بعضها البعض وأن النموذج يوفر "ظاهريًا" مجموعة من المعلمات - المتغيرات الرئيسية.

تلعب أي تطبيق يستخدمه المتخصص في عمله دور بيئة الحساب. Ansys، Autocad، Solidworks، FlowVision، Dialux، PowerMill، Archicad. أو شيء من تصميمنا الخاص، على سبيل المثال، برنامج لاختيار المراوح في مصنع الشركة المصنعة (انظر برامج اختيار معدات Systemair).

نحن نأخذ موقع الويب وقاعدة البيانات وورقة Excel وملف txt كمصدر للبيانات.
النتيجة النهائية للعمل - التقرير - هي مستند Word يحتوي على نص تم إنشاؤه تلقائيًا، أو رسم تخطيطي في Excel، أو مجموعة من لقطات الشاشة، أو رسالة إخبارية عبر البريد الإلكتروني.

يمكن تطبيق RPA في أي مكان يمكن فيه تطبيق التحليل الهندسي. وفيما يلي بعض المجالات:

• حسابات القوة والتشوه؛
• ديناميكيات الهيدروغاز؛
• تبادل الحرارة؛
• الكهرومغناطيسية؛
• التحليل متعدد التخصصات؛
• التصميم التوليدي؛
• برامج التحكم في CNC (على سبيل المثال، التعشيش)؛
• الأبحاث الطبية والبيولوجية؛
• في حسابات أنظمة التغذية الراجعة أو الأنظمة غير الثابتة (عندما يتعين نقل النتيجة النهائية إلى البيانات الأولية وتكرار الحساب).

اليوم، يتم استخدام حلول RPA بشكل نشط في الأعمال التجارية لأتمتة العمليات والعمل مع البيانات. إن روتين موظف المكتب والمهندس والعالم له الكثير من القواسم المشتركة. لقد أظهرنا أن الروبوتات مناسبة للأنشطة الهندسية والعلمية.

دعونا نلخص انطباعاتنا.

1. العالمية - نعم، RPA هي أداة عالمية.
2. سهولة التعلم - نعم، بسيطة وسهلة الوصول إليها، ولكنك تحتاج إلى اللغة.
3. سرعة التطوير - نعم، يتم تجميع الخوارزمية بسرعة، خاصة بمجرد الحصول على تعليق من العمل مع المسجلات.
4. إن أخذ استراحة من الروتين يمكن أن يكون مفيدًا بالفعل في المهام واسعة النطاق.

المصدر: www.habr.com