Είσοδος
Στο σχολείο, για να εμπεδώσουμε τις γνώσεις μας, μας ζητήθηκε να λύσουμε πολλά παρόμοια παραδείγματα. Εκνευριζόμασταν όλη την ώρα: τι είναι πολύτιμο εδώ; Αντικαταστήστε δύο ή τρεις τιμές στον τύπο και λάβετε την απάντηση. Πού είναι εδώ η πτήση της σκέψης; Η πραγματικότητα αποδείχθηκε πιο σκληρή από το σχολείο.
Τώρα εργάζομαι ως αναλυτής πληροφορικής. Πριν ασχοληθώ με το χώρο της πληροφορικής, εργάστηκα ως μηχανικός θέρμανσης, προγραμματιστής CNC και συμμετείχα σε ερευνητικά προγράμματα.
Από τη δική μου εμπειρία, είμαι πεπεισμένος ότι οι μηχανικοί και οι επιστήμονες ξοδεύουν το 95% του χρόνου εργασίας τους σε τέτοιες «ίδιου τύπου» ενέργειες. Υπολογίστε εξισώσεις, ελέγξτε, καταγράψτε τα αποτελέσματα, αντιγράψτε τις προδιαγραφές. Έργο μετά έργο, πείραμα μετά το πείραμα, μέρα με τη μέρα.
Ακολουθούν μερικά παραδείγματα από την προηγούμενη δουλειά μου.
Μέχρι το 2019 έφτιαχνα διατάξεις για θερμική χύτευση υπό κενό. Εάν ένα τέτοιο μοντέλο καλύπτεται με θερμαινόμενο πλαστικό, θα λάβουμε ένα προϊόν που επαναλαμβάνει ακριβώς τη γεωμετρία αυτού του μοντέλου. Περιγραφή τεχνολογίας .
Ο κύκλος παραγωγής μακέτας απαιτεί μια ολόκληρη σειρά από εξαιρετικά εξειδικευμένες εφαρμογές:
- Autodesk Inventor για τρισδιάστατη μοντελοποίηση.
- Excel για τη μεταφόρτωση διαστάσεων τεμαχίου.
- Excel για τον υπολογισμό του κόστους της διάταξης.
- Μονάδα HSM για τη δημιουργία προγράμματος ελέγχου CNC.
- Σύστημα αρχείων υπολογιστή για τη διαχείριση αρχείων προγράμματος.
- Περιβάλλον Mach3 για τον έλεγχο μιας μηχανής CNC.
Τα δεδομένα έπρεπε να μεταφερθούν χειροκίνητα από περιβάλλον σε περιβάλλον, και αυτά περιελάμβαναν ολόκληρους πίνακες και πίνακες τιμών. Η διαδικασία είναι αργή και συχνά συμβαίνουν λάθη.
Πριν από αυτό, συμμετείχα στην ανάπτυξη και παραγωγή οδηγών φωτός (). Υπήρχε πολλή έρευνα, σχεδιασμός και υπολογισμοί εκεί: εξειδικευμένα περιβάλλοντα για υπολογισμούς θερμότητας και φωτισμού (Ansys, Dialux), συν υπολογισμούς κόστους-αποτελεσματικότητας, καθώς και Autocad και Inventor για μοντέλα και σχέδια. Και εδώ οι ίδιες δυσκολίες: το αποτέλεσμα υπολογισμού από μια εφαρμογή πρέπει να συρθεί σε μια άλλη εφαρμογή για τον επόμενο υπολογισμό. Και έτσι πολλές φορές σε αναζήτηση της βέλτιστης λύσης.
Ο χρόνος ενός μηχανικού και ο χρόνος ενός επιστήμονα είναι πολύτιμος χρόνος. Δεν μιλάμε για μισθό εδώ. Πίσω από τους υπολογισμούς του μηχανικού κρύβεται ένα μεγάλο έργο με μια ομάδα. Πίσω από την έρευνα του επιστήμονα κρύβεται η προοπτική μιας ολόκληρης βιομηχανίας. Αλλά συχνά ένας ειδικός υψηλής ειδίκευσης μεταφέρει «ανόητα» αξίες από το ένα πρόγραμμα στο άλλο αντί να αναπτύσσει έννοιες, να μοντελοποιεί, να ερμηνεύει αποτελέσματα, να συζητά και να κάνει καταιγισμό ιδεών με συναδέλφους.
Το χαρακτηριστικό του σύγχρονου επιχειρηματικού περιβάλλοντος είναι η ταχύτητα. Η αγορά πιέζει συνεχώς. Το 2014, χρειαστήκαμε 2-3 εβδομάδες για να φτιάξουμε ένα μοντέλο. Το 2018, ήταν τρεις ημέρες, και αυτό φαινόταν ήδη πολύ μεγάλο. Τώρα ο σχεδιαστής πρέπει να παράγει πολλές επιλογές λύσης στον ίδιο χρόνο που προηγουμένως είχε εκχωρηθεί μόνο σε μία επιλογή.
Και ένα ακόμη σημείο – επενδύσεις και κίνδυνοι. Για να «πιάσει» ένα έργο, μια επιχείρηση πρέπει να επενδύσει το ~6% του κόστους αυτού του έργου στην εννοιολογική ανάπτυξη προτού συνάψει συμφωνία με τον πελάτη. Αυτά τα κεφάλαια πηγαίνουν:
- για έρευνα?
- εννοιολογικός σχεδιασμός?
- εκτίμηση κόστους εργασίας·
- προετοιμασία σκίτσων κ.λπ.
Η εταιρεία τα βγάζει από την τσέπη της, αυτό είναι δικό της ρίσκο. Η προσοχή στο concept απαιτεί τον χρόνο των ειδικών και είναι απασχολημένοι με τη ρουτίνα.
Αφού γνώρισα τα εργαλεία εργασίας σε μια εταιρεία πληροφορικής, με ενδιέφερε ποιες πρακτικές αυτοματισμού επιχειρηματικών διαδικασιών θα μπορούσαν να είναι χρήσιμες στους μηχανικούς. Έτσι, οι επιχειρήσεις χρησιμοποιούν εδώ και καιρό την ρομποτική αυτοματοποίηση διεργασιών (RPA) για να καταπολεμήσουν τη ρουτίνα.
Οι κατασκευαστές RPA ισχυρίζονται τα ακόλουθα πλεονεκτήματα ενός τέτοιου εργαλείου αυτοματισμού:
- ευελιξία (το ρομπότ μπορεί να λειτουργήσει με οποιαδήποτε εφαρμογή, με οποιαδήποτε πηγή δεδομένων).
- ευκολία μάθησης (δεν απαιτούνται βαθιές ικανότητες στον προγραμματισμό και τη διοίκηση).
- ταχύτητα ανάπτυξης (ο τελικός αλγόριθμος απαιτεί λιγότερο χρόνο από τον παραδοσιακό προγραμματισμό).
- πραγματική ανακούφιση του εργαζομένου από τις συνήθεις επεμβάσεις.
Με βάση αυτά τα κριτήρια, θα ελέγξουμε ποια είναι η επίδραση της χρήσης RPA στους μηχανικούς/επιστημονικούς υπολογισμούς.
Περιγραφή του παραδείγματος
Ας δούμε ένα απλό παράδειγμα. Υπάρχει πρόβολος δοκός με φορτίο.
Ας δούμε αυτό το πρόβλημα από τη θέση ενός μηχανικού και από τη θέση ενός επιστήμονα.
Θήκη «Μηχανικός»: υπάρχει πρόβολος δοκός μήκους 2 μ. Πρέπει να συγκρατεί φορτίο βάρους 500 κιλών με 3πλάσιο περιθώριο ασφαλείας. Η δοκός είναι κατασκευασμένη από ορθογώνιο σωλήνα. Είναι απαραίτητο να επιλέξετε το τμήμα της δοκού σύμφωνα με τον κατάλογο GOST.
Περίπτωση "επιστήμονας": μάθετε πώς η μάζα του φορτίου, η διατομή και το μήκος της δοκού επηρεάζουν τη φέρουσα ικανότητα αυτής της δοκού. Να εξαγάγετε την εξίσωση παλινδρόμησης.
Και στις δύο περιπτώσεις λαμβάνεται υπόψη η δύναμη της βαρύτητας, η οποία επιδρά στη δέσμη αναλογικά με τη μάζα της δέσμης.
Ας μελετήσουμε λεπτομερώς την πρώτη περίπτωση - "μηχανικός". Με παρόμοιο τρόπο υλοποιείται και η υπόθεση «επιστήμονας».
Τεχνικά, το παράδειγμά μας είναι πολύ απλό. Και ένας ειδικός σε θέματα θα μπορεί να το υπολογίσει απλά σε μια αριθμομηχανή. Έχουμε έναν άλλο στόχο: να δείξουμε πώς μια λύση RPA μπορεί να βοηθήσει όταν η εργασία γίνεται μεγάλης κλίμακας.
Σε απλοποιήσεις σημειώνουμε επίσης: η διατομή του σωλήνα είναι ένα ιδανικό παραλληλόγραμμο, χωρίς στρογγυλοποίηση των γωνιών, χωρίς να λαμβάνεται υπόψη η συγκόλληση.
Έργο μηχανικού
Το γενικό σχήμα της υπόθεσης «μηχανικός» έχει ως εξής:
- Σε ένα φύλλο Excel έχουμε έναν πίνακα με τη γκάμα των σωλήνων σύμφωνα με το GOST.
- Για κάθε καταχώρηση σε αυτόν τον πίνακα, πρέπει να δημιουργήσουμε ένα τρισδιάστατο μοντέλο στο Autodesk Inventor.
- Στη συνέχεια, στο περιβάλλον Inventor Stress Analyzes, εκτελούμε έναν υπολογισμό ισχύος και ανεβάζουμε το αποτέλεσμα υπολογισμού στο html.
- Βρίσκουμε την τιμή "Maximum von Mises stress" στο αρχείο που προκύπτει.
- Σταματάμε τον υπολογισμό εάν ο συντελεστής ασφάλειας (ο λόγος της αντοχής διαρροής του υλικού προς τη μέγιστη τάση von Mises) είναι μικρότερος από 3.
Πιστεύουμε ότι μια δοκός κατάλληλης διατομής θα παρέχει τριπλάσιο περιθώριο ασφαλείας και θα έχει ελάχιστο βάρος μεταξύ άλλων επιλογών.
Συνολικά, στην εργασία μας ο ειδικός εργάζεται με 3 εφαρμογές (βλ. παραπάνω διάγραμμα). Σε μια πραγματική κατάσταση, ο αριθμός των αιτήσεων μπορεί να είναι ακόμη μεγαλύτερος.
Το GOST 8645-68 "Ορθογώνιοι σωλήνες από χάλυβα" περιέχει 300 καταχωρήσεις. Στο πρόβλημά μας επίδειξης, θα συντομεύσουμε τη λίστα: θα πάρουμε ένα αντικείμενο από κάθε οικογένεια μεγεθών. Υπάρχουν 19 δίσκοι συνολικά, από τους οποίους πρέπει να επιλέξετε έναν.
Το περιβάλλον μοντελοποίησης Inventor, στο οποίο θα κατασκευάσουμε το μοντέλο και θα κάνουμε υπολογισμούς αντοχής, περιέχει μια βιβλιοθήκη με έτοιμα υλικά. Θα πάρουμε το υλικό δέσμης από αυτή τη βιβλιοθήκη:
Υλικό - Χάλυβας
Πυκνότητα 7,85 g/cu. εκ;
Αντοχή διαρροής 207 MPa;
Αντοχή σε εφελκυσμό 345 MPa;
Συντελεστής Young 210 GPa.
Συντελεστής διάτμησης 80,7692 GPa.
Έτσι μοιάζει ένα τρισδιάστατο μοντέλο μιας φορτωμένης δοκού:
Και εδώ είναι το αποτέλεσμα του υπολογισμού της δύναμης. Το σύστημα χρωματίζει τις ευάλωτες περιοχές της δέσμης κόκκινο. Αυτά είναι τα μέρη όπου η ένταση είναι μεγαλύτερη. Η κλίμακα στα αριστερά δείχνει την τιμή της μέγιστης τάσης στο υλικό της δοκού.
Τώρα ας μεταφέρουμε μέρος της δουλειάς στο ρομπότ
Το πρόγραμμα εργασίας αλλάζει ως εξής:
Θα συναρμολογήσουμε το ρομπότ στο περιβάλλον Automation Anywhere Community Edition (εφεξής AA). Ας δούμε τα κριτήρια αξιολόγησης και ας περιγράψουμε τις υποκειμενικές εντυπώσεις.
ευστροφία
Οι λύσεις RPA (ειδικά οι εμπορικές) τοποθετούνται επίμονα ως μέσο αυτοματοποίησης των επιχειρηματικών διαδικασιών και αυτοματοποίησης της εργασίας των υπαλλήλων γραφείου. Τα παραδείγματα και τα μαθήματα κατάρτισης καλύπτουν την αλληλεπίδραση με ERP, ECM και Web. Όλα είναι πολύ "γραφειακά".
Στην αρχή είχαμε αμφιβολίες εάν η AA θα μπορούσε να πάρει τη διεπαφή και τα δεδομένα του Autodesk Inventor μας. Αλλά όλα λειτούργησαν πραγματικά: κάθε στοιχείο, κάθε στοιχείο ελέγχου ορίστηκε και καταγράφηκε. Ακόμη και σε φόρμες υπηρεσίας με πίνακες παραμέτρων, το ρομπότ απέκτησε πρόσβαση στο επιθυμητό κελί απλά δείχνοντας το ποντίκι.
Ακολούθησε μια δοκιμή με την έναρξη ενός στούντιο υπολογισμού δύναμης. Και ούτε πρόβλημα. Σε αυτό το στάδιο, έπρεπε να εργαστούμε προσεκτικά με παύσεις μεταξύ των ενεργειών όταν το σύστημα περιμένει να ολοκληρωθεί ο υπολογισμός.
Η ανάκτηση των δεδομένων που προέκυψαν από τον Ιστό και η εισαγωγή τους στο Excel έγινε ομαλά.
Στο πλαίσιο αυτής της εργασίας, επιβεβαιώθηκε η ευελιξία. Κρίνοντας από τις περιγραφές άλλων προμηθευτών RPA, η ευελιξία είναι πραγματικά ένα κοινό χαρακτηριστικό αυτής της κατηγορίας λογισμικού.
Εύκολο στην εκμάθηση
Χρειάστηκαν αρκετά βράδια για να κυριαρχήσετε: μαθήματα, παραδείγματα εκπαίδευσης - όλα είναι εκεί. Πολλοί προμηθευτές RPA προσφέρουν δωρεάν εκπαίδευση. Το μόνο εμπόδιο: η διεπαφή περιβάλλοντος και τα μαθήματα AA είναι μόνο στα αγγλικά.
Ταχύτητα ανάπτυξης
Αναπτύξαμε και διορθώσαμε τον αλγόριθμο για το «πρόβλημα του μηχανικού» το βράδυ. Η σειρά των ενεργειών ολοκληρώθηκε μόνο σε 44 οδηγίες. Παρακάτω είναι ένα τμήμα της διεπαφής Automation Anywhere με ένα έτοιμο ρομπότ. Έννοια χαμηλού κώδικα/Χωρίς κώδικα - δεν χρειαζόταν προγραμματισμός: χρησιμοποιήσαμε καταγραφείς λειτουργίας ή drug'n'drop από τη βιβλιοθήκη εντολών. Στη συνέχεια, διαμορφώστε τις παραμέτρους στο παράθυρο ιδιοτήτων.
Απαλλαγή από τη ρουτίνα
Το ρομπότ ξοδεύει 1 λεπτό 20 δευτερόλεπτα για να επεξεργαστεί ένα ρεκόρ. Ξοδέψαμε περίπου τον ίδιο χρόνο στην επεξεργασία ενός δίσκου χωρίς ρομπότ.
Αν μιλάμε για δεκάδες και εκατοντάδες δίσκους, τότε ένα άτομο αναπόφευκτα θα κουραστεί και θα αρχίσει να αποσπάται η προσοχή. Ένας ειδικός μπορεί ξαφνικά να απασχοληθεί με κάποια άλλη εργασία. Με ένα άτομο, ένα ποσοστό της φόρμας "Εάν μια εργασία διαρκεί A λεπτά, τότε N τέτοιες εργασίες μπορούν να ολοκληρωθούν σε A * N λεπτά" δεν λειτουργεί - χρειάζεται πάντα περισσότερος χρόνος.
Στο παράδειγμά μας, το ρομπότ θα ταξινομήσει τις εγγραφές διαδοχικά, ξεκινώντας από τις μεγαλύτερες ενότητες. Σε μεγάλες συστοιχίες αυτή είναι μια αργή μέθοδος. Για να επιταχύνετε, μπορείτε να εφαρμόσετε διαδοχικές προσεγγίσεις, για παράδειγμα, τη μέθοδο του Newton ή τη μισή διαίρεση.
Αποτέλεσμα υπολογισμού:
Πίνακας 1. Αποτέλεσμα επιλογής τμήματος δοκού
Έργο του επιστήμονα
Το καθήκον του επιστήμονα είναι να διεξάγει πολλά αριθμητικά πειράματα για να καθορίσει τον νόμο σύμφωνα με τον οποίο η φέρουσα ικανότητα μιας δοκού αλλάζει ανάλογα με τη διατομή, το μήκος και τη μάζα του φορτίου. Ο νόμος που βρέθηκε διατυπώνεται με τη μορφή εξίσωσης παλινδρόμησης.
Για να είναι ακριβής μια εξίσωση παλινδρόμησης, ένας επιστήμονας πρέπει να επεξεργαστεί μεγάλο όγκο δεδομένων.
Για το παράδειγμά μας, εκχωρείται ένας πίνακας μεταβλητών εισόδου:
- ύψος προφίλ σωλήνα?
- πλάτος;
- πάχος τοιχώματος;
- μήκος δοκού?
- βάρος του φορτίου.
Εάν πρέπει να κάνουμε τον υπολογισμό για τουλάχιστον 3 τιμές κάθε μεταβλητής, τότε συνολικά αυτό είναι 243 επαναλήψεις. Με διάρκεια δύο λεπτών μιας επανάληψης, ο συνολικός χρόνος θα είναι 8 ώρες - μια ολόκληρη εργάσιμη ημέρα! Για μια πιο ολοκληρωμένη μελέτη, θα πρέπει να λάβουμε όχι 3 τιμές, αλλά 10 ή περισσότερες.
Κατά τη διάρκεια της μελέτης, σίγουρα θα καταστεί σαφές ότι στο μοντέλο πρέπει να συμπεριληφθούν πρόσθετοι παράγοντες. Για παράδειγμα, «οδηγήστε» διαφορετικές ποιότητες χάλυβα. Ο όγκος των υπολογισμών αυξάνεται δεκάδες και εκατοντάδες φορές.
Σε μια πραγματική εργασία, το ρομπότ θα μπορεί να ελευθερώσει τον επιστήμονα για αρκετές ημέρες, το οποίο θα χρησιμοποιήσει ο ειδικός για να προετοιμάσει τη δημοσίευση και αυτός είναι ο κύριος δείκτης της δραστηριότητας του επιστήμονα.
Περίληψη
Το «προϊόν» ενός μηχανικού είναι μια πραγματικά λειτουργική συσκευή, ένα σχέδιο. Η ρομποτοποίηση των υπολογισμών θα μειώσει τους κινδύνους λόγω της βαθύτερης ανάπτυξης του έργου (περισσότεροι υπολογισμοί, περισσότεροι τρόποι λειτουργίας, περισσότερες επιλογές).
Το «προϊόν» ενός επιστήμονα είναι μια εξίσωση, μοτίβο ή άλλη συμπαγής περιγραφή. Και όσο πιο ακριβές είναι, τόσο περισσότερα δεδομένα εμπλέκονται στην ανάλυση. Μια λύση RPA θα βοηθήσει στη δημιουργία «τροφής» πληροφοριών για μοντέλα.
Ας γενικεύσουμε το παράδειγμά μας.
Ο ρόλος του μοντέλου υπολογισμού μπορεί να είναι οποιοδήποτε μοντέλο: ένα μοντέλο γέφυρας, ένα μοντέλο κινητήρα, ένα μοντέλο συστήματος θέρμανσης. Ο ειδικός πρέπει να διασφαλίσει ότι όλα τα στοιχεία του μοντέλου βρίσκονται σε σωστή αλληλεπίδραση μεταξύ τους και ότι το μοντέλο παρέχει «εξωτερικά» ένα σύνολο βασικών παραμέτρων-μεταβλητών.
Το ρόλο του υπολογιστικού περιβάλλοντος παίζει κάθε εφαρμογή που χρησιμοποιεί ένας ειδικός στην εργασία του. Ansys, Autocad, Solidworks, FlowVision, Dialux, PowerMill, Archicad. Ή κάτι που αναπτύχθηκε στο εσωτερικό, για παράδειγμα, ένα πρόγραμμα για την επιλογή ανεμιστήρων σε ένα εργοστάσιο παραγωγής (βλ. προγράμματα επιλογής εξοπλισμού Systemair).
Ως πηγή δεδομένων θεωρούμε έναν ιστότοπο, μια βάση δεδομένων, ένα φύλλο Excel και ένα αρχείο txt.
Το τελικό αποτέλεσμα της εργασίας - μια αναφορά - είναι ένα έγγραφο του Word με κείμενο που δημιουργείται αυτόματα, ένα γράφημα Excel, ένα σύνολο στιγμιότυπων οθόνης ή ένα ενημερωτικό δελτίο ηλεκτρονικού ταχυδρομείου.
Το RPA είναι εφαρμόσιμο όπου εφαρμόζεται η μηχανική ανάλυση. Εδώ είναι μερικές περιοχές:
- υπολογισμοί αντοχής και παραμόρφωση.
- δυναμική υδρο- και αερίου.
- ανταλλαγή θερμότητας?
- ηλεκτρομαγνητισμός?
- διεπιστημονική ανάλυση?
- γενετικός σχεδιασμός?
- προγράμματα ελέγχου για CNC (για παράδειγμα, ένθεση).
- ιατρική και βιολογική έρευνα·
- σε υπολογισμούς συστημάτων με ανάδραση ή μη σταθερά συστήματα (όταν το τελικό αποτέλεσμα πρέπει να μεταφερθεί στα δεδομένα πηγής και ο υπολογισμός να επαναληφθεί).
Σήμερα, οι λύσεις RPA χρησιμοποιούνται ενεργά στις επιχειρήσεις για την αυτοματοποίηση των διαδικασιών και την εργασία με δεδομένα. Η ρουτίνα ενός υπαλλήλου γραφείου, ενός μηχανικού και ενός επιστήμονα έχει πολλά κοινά. Έχουμε δείξει ότι τα ρομπότ είναι χρήσιμα στη μηχανική και την επιστήμη.
Ας συνοψίσουμε τις εντυπώσεις μας.
- Ευελιξία - ναι, το RPA είναι ένα καθολικό εργαλείο.
- Εύκολο στην εκμάθηση - ναι, απλό και προσβάσιμο, αλλά χρειάζεστε μια γλώσσα.
- Ταχύτητα ανάπτυξης - ναι, ο αλγόριθμος συναρμολογείται γρήγορα, ειδικά όταν έχετε τη δυνατότητα να εργαστείτε με συσκευές εγγραφής.
- Η απαλλαγή από τη ρουτίνα - ναι, μπορεί πραγματικά να φέρει οφέλη σε εργασίες μεγάλης κλίμακας.
Πηγή: www.habr.com