Applicazione di RPA in i calculi scientifichi è di l'ingegneria

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À a scola, per cunsulidà a nostra cunniscenza, ci hè statu dumandatu à risolve parechji esempi simili. Eramu annunziati tuttu u tempu: chì vale quì? Sustituite dui o trè valori in a formula è uttene a risposta. Induve hè u volu di pensamentu quì? A realità hè stata più dura di a scola.

Avà travagliu cum'è analista IT. Prima di unisce à u campu di l'IT, aghju travagliatu cum'è ingegnere di riscaldamentu, programatore CNC, è hà participatu à prughjetti di ricerca.

Da a mo propria sperienza, sò cunvinta chì l'ingegneri è i scientisti passanu 95% di u so tempu di travagliu in tali azzioni di "stessu tipu". Calculate equazioni, verificate, registrà risultati, copiate e specificazioni. Prughjettu dopu prughjettu, esperimentu dopu esperimentu, ghjornu dopu ghjornu.

Eccu alcuni esempi di u mo travagliu precedente.

Finu à u 2019, aghju fattu layout per u vacuum termale. Se un tali mudellu hè cupartu di plastica calda, avemu un pruduttu chì ripete esattamente a geometria di stu mudellu. Descrizzione di a tecnulugia ccà.

U ciculu di pruduzzione mock-up richiede un inseme sanu di applicazioni altamente specializate:

• Autodesk Inventor per u mudellu 3D;
• Excel per a carica di dimensioni di u travagliu;
• Excel per calculà u costu di u layout;
• Modulu HSM per creà un prugramma di cuntrollu CNC;
• Sistema di schedarii di computer per a gestione di i schedarii di prugramma;
• Ambiente Mach3 per u cuntrollu di una macchina CNC.

I dati anu da esse trasferiti manualmente da l'ambiente à l'ambiente, è questi includenu tavule intere è array di valori. U prucessu hè lentu, è spessu i sbagli.

Prima di quessa, aghju participatu à u sviluppu è a produzzione di guide di luce (ссылка). Ci hè stata assai di ricerca, di cuncepimentu è di calculi quì: ambienti specializati per i calculi termali è di illuminazione (Ansys, Dialux), più calculi di costu-efficacità, più Autocad è Inventor per mudelli è disegni. E quì i stessi difficultà: u risultatu di u calculu da una applicazione deve esse trascinatu in un'altra applicazione per u prossimu calculu. È cusì parechje volte in cerca di a suluzione ottima.

U tempu di l'ingegneru è u tempu di u scientist sò un tempu assai preziosu. Ùn parlemu micca di salariu quì. Daretu à i calculi di l'ingegnere hè un grande prughjettu cù una squadra. Daretu à a ricerca di u scientist si trova a perspettiva di una industria sana. Ma spessu un specialista altamente qualificatu "stupidamente" trasferisce i valori da un prugramma à l'altru invece di sviluppà cuncetti, mudeli, interpretà risultati, discussioni è brainstorming cù i culleghi.

U segnu di l'ambiente cummerciale mudernu hè a velocità. U mercatu hè in constantemente spinta. In 2014, avemu pigliatu 2-3 settimane per fà un mudellu. In 2018, era trè ghjorni, è chì digià pareva troppu longu. Avà u designer deve pruduce parechje opzioni di suluzione in u stessu tempu chì era prima attribuita à una sola opzione.

È un puntu più - investimenti è risichi. Per "catch on" à un prughjettu, una impresa deve investisce ~ 6% di u costu di stu prughjettu in u sviluppu cuncettuale prima di cuncludi un accordu cù u cliente. Questi fondi vanu:

• per a ricerca;
• cuncepimentu cuncepimentu;
• valutazione di u costu di u travagliu;
• preparazione di schizzi, etc.

A cumpagnia li tira fora di a so sacchetta, questu hè u so propiu risicu. L'attenzione à u cuncettu esige u tempu di specialisti, è sò occupati cù a rutina.

Dopu avè familiarizatu cù l'arnesi di u travagliu in una sucietà di l'informatica, sò diventatu interessatu à ciò chì e pratiche di l'automatizazione di u prucessu cummerciale puderia esse utile à l'ingegneri. Cusì, l'imprese anu longu aduprà l'automatizazione di u prucessu roboticu (RPA) per cumbatte a rutina.

I pruduttori RPA pretendenu i seguenti vantaghji di un tali strumentu d'automatizazione:

1. versatilità (u robot hè capaci di travaglià cù qualsiasi applicazione, cù qualsiasi fonte di dati);
2. facilità d'apprendimentu (micca cumpetenze profonde in prugrammazione è amministrazione sò richieste);
3. rapidità di sviluppu (l'algoritmu finitu pigghia menu tempu chè a prugrammazione tradiziunale);
4. un veru sollievu di l'impiigatu da e operazioni di rutina.

Basatu nantu à sti criterii, avemu da verificà ciò chì l'effettu di l'usu di RPA hè in i calculi ingegneria / scientificu.

Descrizzione di l'esempiu

Fighjemu un esempiu simplice. Ci hè un fasciu cantilevered cù una carica.

Fighjemu stu prublema da a pusizione di un ingegnere è da a pusizione di un scientist.

Casu "Engineer": ci hè un cantilevered beam 2 m long. Deve mantene una carica chì pesa 500 kg cù un margine di sicurezza 3. U fasciu hè fattu di una pipa rectangulare. Hè necessariu di selezziunà a seccione di u fasciu secondu u catalogu GOST.

Casu "scientist": scopre cumu a massa di a carica, a sezione trasversale è a lunghezza di u fasciu affettanu a capacità portante di stu fasciu. Deriva l'equazioni di regressione.

In i dui casi, a forza di gravità hè presa in contu, chì agisce nantu à u fasciu in proporzione à a massa di u fasciu.

Studiemu in detail u primu casu - "ingegnere". U casu "scientist" hè implementatu in una manera simile.

Tecnicamente, u nostru esempiu hè assai simplice. È un specialista in u sughjettu puderà calculà solu nantu à una calculatrice. Avemu un altru scopu: dimustrà cumu una suluzione RPA pò aiutà quandu u compitu diventa grande.

In simplificazioni, avemu ancu nutatu: a sezione trasversale di a pipa hè un rectangulu ideale, senza rounding the corners, senza piglià in contu a saldatura.

U compitu di l'ingegnere

U schema generale di u casu "ingegnere" hè a siguenti:

1. Nantu à un fogliu Excel avemu un tavulinu cù a gamma di pipi secondu GOST.
2. Per ogni entrata in questa tabella, duvemu custruisce un mudellu 3D in Autodesk Inventor.
3. Allora, in l'ambiente di l'Inventor Stress Analyses, facemu un calculu di forza è carichemu u risultatu di calculu in html.
4. Truvemu u valore "Maximum von Mises stress" in u schedariu risultatu.
5. Firmamu u calculu se u fattore di salvezza (u rapportu di a forza di rendiment di u materiale à u massimu stress von Mises) hè menu di 3.

Cridemu chì un fasciu di una sezione trasversale adattata furnisce un marghjenu di sicurezza di 3 volte è serà minimu in pesu trà altre opzioni.

In tuttu, in u nostru compitu u specialista travaglia cù 3 applicazioni (vede u diagramma sopra). In una situazione reale, u numeru di applicazioni pò esse ancu più grande.

GOST 8645-68 "Pipi d'acciaio rectangulari" cuntene 300 voci. In u nostru prublema di demo, accurtaremu a lista: piglià un articulu da ogni famiglia di taglia. Ci hè 19 records in totale, da quale avete bisognu di sceglie unu.

L'ambiente di modellazione Inventor, in quale custruiremu u mudellu è fà calculi di forza, cuntene una biblioteca di materiali pronti. Piglieremu u materiale di fasciu da questa biblioteca:

Material - Steel
Densità 7,85 g/cu. cm;
Forza di rendiment 207 MPa;
Forza di tensione 345 MPa;
Modulu di Young 210 GPa;
Modulu di tagliolu 80,7692 GPa.

Eccu ciò chì pare un mudellu tridimensionale di un fasciu caricatu:

È quì hè u risultatu di u calculu di forza. U sistema tinte in rossu e zone vulnerabili di u fasciu. Quessi sò i lochi induve a tensione hè più grande. A scala à a manca mostra u valore di a tensione massima in u materiale di u fasciu.

Avà trasferemu un pocu di u travagliu à u robot

U schema di travagliu cambia cusì:

Assemblaremu u robot in l'ambiente Automation Anywhere Community Edition (in seguitu chjamatu AA). Andemu nantu à i criterii di valutazione è descrivimu impressioni subjective.

Versatibilità

I suluzioni RPA (in particulare quelli cummirciali) sò sempre pusizionati cum'è un mezzu per automatizà i prucessi di cummerciale è automatizà u travagliu di l'impiegati di l'uffiziu. Esempii è corsi di furmazione copre l'interazzione cù ERP, ECM è Web. Tuttu hè assai "office-like".

À u principiu, avemu avutu dubbitu se AA puderia piglià l'interfaccia è e dati di u nostru Autodesk Inventor. Ma tuttu hà travagliatu veramente: ogni elementu, ogni cuntrollu era definitu è ​​arregistratu. Ancu in forme di serviziu cù tabelle di paràmetri, u robot hà acquistatu accessu à a cellula desiderata solu puntendu u mouse.

Dopu hè stata una prova cù u lanciu di un studiu di calculu di forza. È nè prublema. À questu stadiu, avemu avutu à travaglià currettamente cù pause trà l'azzioni quandu u sistema aspetta chì u calculu finisci.

A ricuperazione di e dati resultanti da u Web è l'inserimentu in Excel hè andatu bè.
In questu compitu, a versatilità hè stata cunfirmata. A ghjudicà da e descrizzioni di altri venditori RPA, a versatilità hè veramente una caratteristica cumuna di sta categuria di software.

Facile à amparà

Pigliò parechje serate per maestru: corsi, esempi di furmazione - hè tuttu quì. Parechji vinditori RPA offrenu una furmazione gratuita. L'unica barriera: l'interfaccia di l'ambiente è i corsi AA sò solu in inglese.

Velocità di sviluppu

Avemu sviluppatu è debugged l'algoritmu per u "prublemu di l'ingegnere" in a sera. A sequenza di l'azzioni hè stata cumpletata in solu 44 instructions. Quì sottu hè un fragmentu di l'interfaccia Automation Anywhere cù un robot finitu. Codice bassu / Nisun cuncettu di codice - ùn ci era micca bisognu di prugramma: avemu usatu registratori di operazione o drug'n'drop da a biblioteca di cumandamenti. Allora cunfigurà i paràmetri in a finestra di proprietà.

Sollievu da a rutina

U robot passa 1 minutu 20 seconde à processà un record. Avemu passatu circa a listessa quantità di tempu processendu un discu senza robot.

Se parlemu di decine è centinaie di dischi, allora una persona inevitabbilmente si stancherà è cumincià à distractà. Un specialistu pò esse occupatu di colpu cù un altru compitu. Cù una persona, una proporzione di a forma "Se un compitu pigghia A minuti, allura N tali compiti ponu esse cumpletati in A * N minuti" ùn viaghja micca - hè sempre più tempu.

In u nostru esempiu, u robot sorterà i registri in sequenza, cuminciendu cù e sezioni più grande. Nant'à grandi matrici, questu hè un metudu lento. Per accelerà, pudete implementà apprussimazioni successive, per esempiu, u metudu di Newton o a mità di divisione.
Risultato di u calculu:

Table 1. Risultatu di selezziunà a seccione di u fasciu

U compitu di u scientist

U compitu di u scientist hè di fà parechji esperimenti numerichi per determinà a lege chì a capacità portante di un fasciu cambia secondu a so sezione trasversale, a lunghezza è a massa di a carica. A lege truvata hè formulata in forma di equazioni di regressione.

Per una equazione di regressione per esse precisa, un scientist deve processà una grande quantità di dati.

Per u nostru esempiu, un array di variabili di input hè attribuitu:

• altezza di u prufilu di pipa;
• larghezza;
• gruixu di muru;
• lunghezza di u fasciu;
• pesu di a carica.

Se avemu da fà u calculu per almenu 3 valori di ogni variabile, in tuttu questu hè 243 ripetizioni. Cù una durata di dui minuti di una iterazione, u tempu tutale serà di 8 ore - un ghjornu di travagliu sanu! Per un studiu più cumpletu, duvemu piglià micca 3 valori, ma 10 o più.

In u cursu di u studiu, certamenti diventerà chjaru chì fatturi supplementari devenu esse inclusi in u mudellu. Per esempiu, "drive" diverse qualità di azzaru. U voluminu di calculi aumenta decine è centinaie di volte.

Nantu à un compitu veru, u robot hà da pudè liberà u scientist per parechji ghjorni, chì u specialista aduprà per preparà a publicazione, è questu hè u principale indicatore di l'attività di u scientist.

Resumen

Un "pruduttu" di l'ingegneru hè un dispositivu veramente travagliu, un disignu. A robotizazione di i calculi riducerà i risichi per via di u sviluppu più profundo di u prugettu (più calculi, più modi, più opzioni).

U "pruduttu" di un scientist hè una equazioni, un mudellu o una altra descrizzione compacta. E più precisa hè, più dati implicati in l'analisi. Una suluzione RPA aiuterà à generà infurmazione "alimentu" per mudelli.

Generalizemu u nostru esempiu.

U rolu di u mudellu di calculu pò esse qualsiasi mudellu: un mudellu di ponte, un mudellu di mutore, un mudellu di sistema di riscaldamentu. U specialista hè obligatu à assicurà chì tutti i cumpunenti di u mudellu sò in interazzione curretta cù l'altri è chì u mudellu furnisce "fora" un inseme di parametri-variabili chjave.

U rolu di l'ambiente di l'informatica hè ghjucatu da ogni applicazione chì un specialista usa in u so travagliu. Ansys, Autocad, Solidworks, FlowVision, Dialux, PowerMill, Archicad. O qualcosa sviluppatu in-house, per esempiu, un prugramma per selezziunà i fan in una pianta di fabricazione (vede i prugrammi di selezzione di l'equipaggiu Systemair).

Cunsideremu un situ web, una basa di dati, un fogliu Excel è un schedariu txt cum'è una fonte di dati.
U risultatu finali di u travagliu - un rapportu - hè un documentu Word cù testu generatu automaticamente, un graficu Excel, un set di screenshots o un newsletter email.

RPA hè applicabile induve l'analisi di ingegneria hè applicabile. Eccu alcuni spazii:

• calculi di forza è deformazione;
• idrodinamica è gasu;
• scambiu di calore;
• elettromagnetismu;
• analisi interdisciplinarii;
• cuncepimentu generativu;
• prugrammi di cuntrollu per CNC (per esempiu, nesting);
• ricerca medica è biologica;
• in i calculi di sistemi cù feedback o sistemi non-stazionarii (quandu u risultatu finali deve esse trasferitu à i dati fonte è u calculu ripetutu).

Oghje, e soluzioni RPA sò attivamente aduprate in l'affari per automatizà i prucessi è travaglià cù dati. A rutina di un impiegatu, un ingegnere è un scientist hà assai in cumunu. Avemu dimustratu chì i robots sò utili in ingegneria è scienza.

Riassumemu e nostre impressioni.

1. Versatilità - sì, RPA hè un strumentu universale.
2. Facile à amparà - sì, simplice è accessibile, ma avete bisognu di una lingua.
3. Velocità di sviluppu - iè, l'algoritmu hè assemblatu rapidamente, soprattuttu quandu avete u travagliu cù i registratori.
4. Alleviatevi da a rutina - iè, pò veramente purtà benefici in i travaglii à grande scala.

Source: www.habr.com