Уступленне
У школе для замацавання ведаў нам задавалі вырашыць мноства аднатыпных прыкладаў. Мы ўвесь час злаваліся: што тут каштоўнага? Падставіць у формулу два-тры значэнні і атрымаць адказ. Дзе тут палёт думкі? Рэальнасць аказалася больш суровай, чым школа.
Цяпер я працую аналітыкам у ІТ. Да прыходу ў ІТ-сферу я папрацаваў інжынерам-цеплатэхнікам, праграмістам ЧПУ, паўдзельнічаў у даследчых праектах.
На сваім досведзе я пераканаўся, што 95% працоўнага часу інжынеры і навукоўцы марнуюць на такія аднатыпныя дзеянні. Разлікі ўраўненняў, праверкі, рэгістрацыя вынікаў, капіраванне спецыфікацый. Праект за праектам, эксперымент за эксперыментам, дзень за днём.
Вось пара прыкладаў з маёй мінулай працы.
Да 2019 года я рабіў макеты для тэрмавакуумнай фармоўкі. Калі такі макет абцягнуць разагрэтым пластыкам, то атрымаем выраб, які сапраўды паўтарае геаметрыю гэтага макета. Апісанне тэхналогіі .
У цыкле вырабу макета неабходны цэлы набор вузкаспецыялізаваных прыкладанняў:
- Autodesk Inventor для 3Д мадэлявання;
- Excel для выгрузкі памераў нарыхтоўкі;
- Excel для разліку кошту макета;
- модуль HSM для складання кіравальнай праграмы ЧПУ;
- Файлавая сістэма кампутара для кіравання файламі праграм;
- Серада Mach3 для кіравання станком ЧПУ.
З серады ў сераду дадзеныя прыходзілася пераносіць уручную, а гэта цэлыя табліцы і масівы значэнняў. Працэс павольны, нярэдка здараліся памылкі.
Да гэтага я ўдзельнічаў у распрацоўцы і вытворчасці святлаводаў (). Даследаванняў, праектавання і разлікаў там было шмат: спецыялізаваныя асяроддзі цеплатэхнічных і святлотэхнічных разлікаў (Ansys, Dialux), плюс разлікі эканамічнай эфектыўнасці, плюс Autocad і Inventor для мадэляў і чарцяжоў. І тут тыя ж цяжкасці: вынік разліку з аднаго дадатку трэба перацягнуць у іншае прыкладанне для наступнага разліку. І так некалькі разоў у пошуках аптымальнага рашэння.
Час інжынера і час вучонага - гэта вельмі дарагі час. Размова тут не аб зарплаце. За разлікамі інжынера стаіць вялікі праект з камандай. За даследаваннямі вучонага стаіць перспектыва цэлай галіны. Але часта высокакваліфікаваны спецыяліст "тупа" перабівае значэнні з адной праграмы ў іншую замест распрацоўкі канцэпцый, мадэлявання, інтэрпрэтацыі вынікаў, дыспутаў і мазгавых штурмаў з калегамі.
Асаблівасць сучаснага бізнес-асяроддзя - гэта хуткасць. Рынак увесь час падганяе. У 2014 годзе на выраб макета мы бралі 2-3 тыдні. У 2018 годзе - тры дні, і гэта ўжо здавалася занадта доўга. Цяпер праекціроўшчык павінен выдаць некалькі варыянтаў рашэння за той жа час, якое раней выдзялялася толькі на адзін варыянт.
І яшчэ адзін момант - інвестыцыі і рызыкі. Каб "зачапіцца" за праект, прадпрыемства да заключэння дагавора з заказчыкам павінна ўкласці ў канцэптуальную распрацоўку ~6% кошту гэтага праекта. Гэтыя сродкі сыходзяць:
- на даследаванне;
- канцэптуальнае праектаванне;
- ацэнку працавыдаткаў;
- падрыхтоўку эскізаў і г.д.
Кампанія бярэ іх са сваёй кішэні, гэта ўласная рызыка. Увага да канцэпцыі патрабуе часу спецыялістаў, а яны заняты руцінай.
Пасля знаёмства з прыладамі працы ў ІТ-кампаніі я зацікавіўся, якія практыкі з аўтаматызацыі бізнэс-працэсаў маглі б быць карысныя інжынерам. Так, бізнэс ужо даўно прымяняе рабатызацыю працэсаў (RPA) для барацьбы з руцінай.
Вытворцы RPA заяўляюць аб наступных перавагах такой прылады аўтаматызацыі:
- універсальнасць (робат здольны працаваць з любым дадаткам, з любой крыніцай дадзеных);
- прастата засваення (не патрабуецца глыбокіх кампетэнцый у праграмаванні і адміністраванні);
- шпаркасць распрацоўкі (на гатовы алгарытм сыходзіць менш чакай, чым пры традыцыйным праграмаванні);
- рэальная разгрузка супрацоўніка ад руцінных аперацый.
Па гэтых крытэрыях мы і праверым, які эфект выкарыстання RPA у інжынерных/навуковых разліках.
Апісанне прыкладу
Разглядаць будзем просты прыклад. Ёсць кансольна замацаваная бэлька з грузам.
Зірнем на гэтую задачу з пазіцыі інжынера і з пазіцыі вучонага.
Кейс «інжынер»: ёсць кансольна замацаваная бэлька даўжынёй 2 м. Яна павінна ўтрымаць груз масай 500 кг з 3-кратным запасам трываласці. Бэлька выканана з прастакутнай трубы. Трэба падабраць перасек бэлькі па каталогу ДАСТ.
Кейс «навуковец»: высветліць, як уплывае маса грузу, перасек і даўжыня бэлькі на апорную здольнасць гэтай бэлькі. Вывесці рэгрэсійнае раўнанне.
У абодвух выпадках улічваецца сіла цяжару, якая дзейнічае на бэльку прапарцыйна масе бэлькі.
Падрабязна вывучым менавіта першы кейс - "інжынер". Кейс “навуковец” рэалізуецца падобнай выявай.
Тэхнічна наш прыклад вельмі просты. І спецыяліст-прадметнік зможа палічыць яго проста на калькулятары. Мы ставім сабе іншую мэту: паказаць, як дапаможа RPA-рашэнне, калі задача становіцца маштабнай.
У спрашчэннях адзначым таксама: перасек трубы - ідэальны прастакутнік, без скруглення кутоў, без уліку зварнога шва.
Задача інжынера
Агульная схема кейса "інжынер" такая:
- На лісце Excel маем табліцу з сартаментам труб па ДАСТ.
- Для кожнага запісу з гэтай табліцы мы павінны пабудаваць 3D-мадэль у Autodesk Inventor.
- Затым у асяроддзі Inventor Stress Analyses выконваем трывальны разлік і выгружаем вынік разліку ў html.
- Знаходзім у атрыманым файле велічыню «Максімальная напруга па Мизесу».
- Спыняем разлік, калі запас трываласці (стаўленне мяжы цякучасці матэрыялу да максімальнай напругі па Мизесу) будзе менш 3.
Лічым, што бэлька прыдатнага перасеку забяспечыць 3-кратны запас трываласці і будзе мінімальная па масе сярод іншых варыянтаў.
Разам, у нашай задачы адмысловец працуе з 3 прыкладаннямі (гл. схему вышэй). У рэальным становішчы колькасць прыкладанняў бывае і больш.
ДАСТ 8645-68 "Трубы сталёвыя прастакутныя" змяшчае 300 запісаў. У сваёй дэманстрацыйнай задачы мы скароцім спіс: возьмем па адной пазіцыі з кожнага сямейства памераў. Разам 19 запісаў, з якіх трэба абраць адну.
Серада мадэлявання Inventor, у якой мы будзем будаваць мадэль і рабіць разлік трываласці, утрымоўвае бібліятэку гатовых матэрыялаў. Матэрыял бэлькі прымем з гэтай бібліятэкі:
Матэрыял - Сталь
Шчыльнасць 7,85 г/куб. гл;
Мяжа цякучасці 207 MPa;
Мяжа на разрыў 345 MPa;
Модуль Юнга 210 GPa;
Модуль зруху 80,7692 GPa.
Так выглядае трохмерная мадэль нагружанай бэлькі:
А тут вынік трывальнага разліку. Сістэма падфарбоўвае чырвоным уразлівыя вобласці бэлькі. У гэтых месцах напруга самае вялікае. Шкала злева паказвае значэнне максімальнай напругі ў матэрыяле бэлькі.
Цяпер перададзім частку працы робату
Схема працы змяняецца наступным чынам:
Робата збяром у асяроддзі Automation Anywhere Community Edition (далей АА). Прабяжымся па крытэрыях ацэнкі і апішам суб'ектыўныя ўражанні.
Універсальнасць
Рашэнні RPA (асабліва камерцыйныя) настойліва пазіцыянуюцца як сродак аўтаматызацыі бізнес-працэсаў, аўтаматызацыі працы офісных супрацоўнікаў. У прыкладах і навучальных курсах разбіраюць узаемадзеянне з ERP, ECM, Web. Усё вельмі «офіснае».
Па пачатку ў нас былі сумневы, ці зможа AA падхапіць інтэрфейс і дадзеныя нашага Autodesk Inventor. Але ўсё сапраўды спрацавала: кожны элемэнт, кожны кантроль вызначыўся і запісаўся. Нават у службовых формах з табліцамі параметраў робат атрымаў доступ да патрэбнага вочка проста па ўказанні мышкі.
Далей было выпрабаванне з запускам студыі трываласнага разліку. І таксама без праблем. На гэтым этапе прыйшлося ўважліва папрацаваць з паўзамі паміж дзеяннямі, калі сістэма чакае завяршэння разліку.
З атрыманнем выніковых дадзеных з Web і ўстаўкай іх у Excel прайшло гладка.
У рамках гэтай задачы ўніверсальнасць пацвердзілася. Мяркуючы па апісаннях іншых пастаўшчыкоў RPA, універсальнасць - сапраўды агульная ўласцівасць гэтай катэгорыі ПЗ.
Прастата асваення
На засваенне пайшло некалькі вечароў: курсы, навучальныя прыклады - усё гэта ёсць. У многіх пастаўшчыкоў RPA навучанне бясплатна. Адзіны бар'ер: інтэрфейс асяроддзя і курсы ў АА толькі на англійскай.
Шпаркасць распрацоўкі
Алгарытм для "задачы інжынера" мы распрацавалі і адладзілі за вечар. Паслядоўнасць дзеянняў уклалася ўсяго ў 44 інструкцыі. Ніжэй на малюнку фрагмент інтэрфейсу Automation Anywhere з гатовым робатам. Канцэпцыя Low code/No code - праграмаваць не прыйшлося: ужывалі рэкодэры аперацый, альбо drug'n'drop з бібліятэкі каманд. Затым настройка параметраў у акенцы уласцівасцяў.
Разгрузка ад руціны
На апрацоўку аднаго запісу робат марнуе 1 мін 20 сек. Прыкладна столькі ж часу мы марнавалі на апрацоўку аднаго запісу без робата.
Калі ж гаворка пра дзясяткі і сотні запісаў, то чалавек непазбежна стаміцца, пачне адцягвацца. Спецыяліста могуць раптоўна заняць нейкай іншай задачай. З чалавекам прапорцыя выгляду «Калі задача займае A мінуць, то N такіх задач можна выканаць за A*N мінуць» не працуе – часу заўсёды сыходзіць больш.
У нашым прыкладзе робат будзе перабіраць запісы паслядоўна, пачынальна з самых вялікіх перасекаў. На вялікіх масівах гэта няхуткі метад. Для паскарэння можна рэалізаваць паслядоўныя набліжэнні, напрыклад, метад Ньютана ці палавіннага дзялення.
Вынік разліку:
Табліца 1. Вынік падбору сячэння бэлькі
Задача вучонага
Задача навукоўца - правесці некалькі лікавых эксперыментаў, каб вызначыць закон, па якім змяняецца апорная здольнасць бэлькі ў залежнасці ад яе перасеку, даўжыні і масы грузу. Знойдзены закон фармулююць у выглядзе рэгрэсійнага ўраўнення.
Каб рэгрэсійнае раўнанне валодала дакладнасцю, навуковец павінен апрацаваць вялікі масіў дадзеных.
Для нашага прыкладу вылучаецца масіў уваходных зменных:
- вышыня профіля трубы;
- шырыня;
- таўшчыня сценкі;
- даўжыня бэлькі;
- маса грузу.
Калі мы павінны зрабіць разлік хаця б для 3 значэнняў кожнай зменнай, то сукупна гэта 243 паўтарэння. Пры дзвюххвіліннай працягласці адной ітэрацыі агульны час складзе ўжо 8 гадзін - цэлы працоўны дзень! Для больш поўнага даследавання мы павінны браць не па 3 значэння, а па 10 ці больш.
У ходзе даследавання абавязкова высветліцца, што ў мадэль трэба ўключыць дадатковыя фактары. Напрыклад, "паганяць" розныя гатункі сталі. Аб'ём вылічэнняў узрастае ў дзясяткі і сотні разоў.
На рэальнай задачы робат зможа вызваліць вучонаму некалькі дзён, якія спецыяліст выкарыстоўвае для падрыхтоўкі публікацыі, а гэта галоўны паказчык дзейнасці вучонага.
Рэзюмэ
«Прадукт» інжынера - рэальна працуе прылада, канструкцыя. Рабатызацыя разлікаў знізіць рызыкі за кошт больш глыбокай прапрацоўкі праекта (больш разлікаў, больш рэжымаў, больш варыянтаў).
«Прадукт» вучонага – раўнанне, заканамернасць ці іншае кампактнае апісанне. І тым яно дакладней, чым больш дадзеных уключылі ў аналіз. RPA-рашэнне дапаможа фармаваць інфармацыйную «ежу» для мадэляў.
Абагульнім наш прыклад.
У ролі разліковай мадэлі можа быць якая заўгодна мадэль: мадэль маста, мадэль рухавіка, мадэль сістэмы апалу. Ад адмыслоўца патрабуецца, каб усе кампаненты мадэлі знаходзіліся ў правільным узаемадзеянні сябар з сябрам і каб мадэль падавала вонкі набор ключавых параметраў-пераменных.
Роля разліковага асяроддзя гуляе любое прыкладанне, якое спецыяліст выкарыстоўвае ў рабоце. Ansys, Autocad, Solidworks, FlowVision, Dialux, PowerMill, Archicad. Або нешта ўласнай распрацоўкі, напрыклад, праграма для падбору вентылятараў на заводзе-вытворцы (гл. Праграмы падбору абсталявання Systemair).
У ролі крыніцы дадзеных разглядаем і вэб-сайт, і базу дадзеных, і ліст Excel, і txt-файл.
Канчатковы вынік працы - справаздача - гэта дакумент Word з аўтаматычна сфармаваным тэкстам, дыяграма Excel, набор скрыншотаў або рассыланне электронных лістоў.
RPA выкарыстоўваецца ўсюды, дзе выкарыстоўваецца інжынерны аналіз. Вось некаторыя вобласці:
- трывальныя разлікі і дэфармацыя;
- гідра- і газадынаміка;
- цеплаабмен;
- электрамагнетызм;
- міждысцыплінарны аналіз;
- якое спараджае праектаванне;
- кіраўнікі праграмы для ЧПУ (напрыклад, нестынг);
- медыцынскія і біялагічныя даследаванні;
- у разліках сістэм са зваротнай сувяззю або нестацыянарных сістэм (калі канчатковы вынік неабходна перадаць у зыходныя дадзеныя і паўтарыць разлік).
Сёння RPA-рашэнні актыўна выкарыстоўваюцца ў бізнэсе для аўтаматызацыі працэсаў, працы з дадзенымі. У руціне офіснага супрацоўніка, інжынера і вучонага шмат агульнага. Мы паказалі, што робаты прыдатныя ў інжынернай і навуковай дзейнасці.
Падагульнім нашы ўражанні.
- Універсальнасць – так, RPA універсальная прылада.
- Прастата ў засваенні - так, проста і даступна, але патрэбен мова.
- Шпаркасць распрацоўкі - так, алгарытм збіраецца хутка, асабліва, калі "наб'еш руку" па працы з рэкодэрамі.
- Разгрузка ад руціны - так, сапраўды здольны прынесці карысць у задачах вялікага маштабу.
Крыніца: habr.com