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En la escuela, para consolidar nuestros conocimientos, nos pidieron que resolviéramos muchos ejemplos similares. Estábamos molestos todo el tiempo: ¿qué tiene de valioso aquí? Sustituye dos o tres valores en la fórmula y obtén la respuesta. ¿Dónde está aquí el vuelo del pensamiento? La realidad resultó ser más dura que la escuela.
Ahora trabajo como analista de TI. Antes de incorporarme al campo de las tecnologías de la información, trabajé como ingeniero de calefacción, programador CNC y participé en proyectos de investigación.
Por mi propia experiencia, estoy convencido de que los ingenieros y científicos dedican el 95% de su tiempo de trabajo a este tipo de acciones "del mismo tipo". Calcule ecuaciones, verifique, registre resultados, copie especificaciones. Proyecto tras proyecto, experimento tras experimento, día tras día.
Aquí hay un par de ejemplos de mi trabajo anterior.
Hasta 2019 realicé maquetados para moldeo térmico al vacío. Si dicho modelo se cubre con plástico calentado, obtenemos un producto que repite exactamente la geometría de este modelo. Descripción de la tecnología .
El ciclo de producción de maquetas requiere todo un conjunto de aplicaciones altamente especializadas:
- Autodesk Inventor para modelado 3D;
- Excel para cargar las dimensiones de la pieza de trabajo;
- Excel para calcular el coste del diseño;
- Módulo HSM para crear un programa de control CNC;
- Sistema de archivos informáticos para gestionar archivos de programas;
- Entorno Mach3 para controlar una máquina CNC.
Los datos debían transferirse manualmente de un entorno a otro, y estos incluían tablas enteras y matrices de valores. El proceso es lento y a menudo se cometen errores.
Antes de eso, participé en el desarrollo y producción de guías de luz (). Allí hubo mucha investigación, diseño y cálculos: ambientes especializados para cálculos térmicos y de iluminación (Ansys, Dialux), además de cálculos de rentabilidad, además de Autocad e Inventor para modelos y dibujos. Y aquí surgen las mismas dificultades: el resultado del cálculo de una aplicación debe arrastrarse a otra aplicación para el siguiente cálculo. Y así varias veces en busca de la solución óptima.
El tiempo de un ingeniero y el tiempo de un científico son tiempos muy valiosos. No estamos hablando de salario aquí. Detrás de los cálculos del ingeniero hay un gran proyecto con un equipo. Detrás de la investigación de los científicos se esconde la perspectiva de toda una industria. Pero a menudo un especialista altamente calificado transfiere "estúpidamente" valores de un programa a otro en lugar de desarrollar conceptos, modelar, interpretar resultados, discutir e intercambiar ideas con colegas.
El sello distintivo del entorno empresarial moderno es la velocidad. El mercado presiona constantemente. En 2014, tardamos entre 2 y 3 semanas en hacer un modelo. En 2018, fueron tres días y ya parecía demasiado. Ahora el diseñador debe producir varias opciones de solución al mismo tiempo que antes se asignaba a una sola opción.
Y un punto más: inversiones y riesgos. Para “ponerse al día” con un proyecto, una empresa debe invertir ~6% del costo de este proyecto en el desarrollo conceptual antes de concluir un acuerdo con el cliente. Estos fondos van:
- para investigación;
- diseño conceptual;
- evaluación de costos laborales;
- elaboración de bocetos, etc.
La empresa los saca de su propio bolsillo, es su propio riesgo. La atención al concepto requiere el tiempo de los especialistas, que están ocupados con la rutina.
Después de familiarizarme con las herramientas de trabajo en una empresa de TI, me interesé en qué prácticas de automatización de procesos de negocio podrían ser útiles para los ingenieros. Por lo tanto, las empresas llevan mucho tiempo utilizando la automatización robótica de procesos (RPA) para combatir la rutina.
Los fabricantes de RPA afirman las siguientes ventajas de dicha herramienta de automatización:
- versatilidad (el robot es capaz de trabajar con cualquier aplicación, con cualquier fuente de datos);
- facilidad de aprendizaje (no se requieren competencias profundas en programación y administración);
- velocidad de desarrollo (el algoritmo terminado lleva menos tiempo que la programación tradicional);
- alivio real del empleado de las operaciones rutinarias.
Con base en estos criterios, comprobaremos cuál es el efecto del uso de RPA en los cálculos científicos/de ingeniería.
Descripción del ejemplo
Veamos un ejemplo sencillo. Hay una viga en voladizo con una carga.
Consideremos este problema desde la posición de un ingeniero y desde la posición de un científico.
Caso “ingeniero”: se trata de una viga voladiza de 2 m de longitud que debe soportar una carga de 500 kg con un margen de seguridad triple. La viga está formada por un tubo rectangular. Es necesario seleccionar la sección de la viga según el catálogo GOST.
Caso "científico": descubra cómo la masa de la carga, la sección transversal y la longitud de la viga afectan la capacidad de carga de esta viga. Derive la ecuación de regresión.
En ambos casos se tiene en cuenta la fuerza de gravedad, que actúa sobre la viga en proporción a la masa de la viga.
Estudiemos en detalle el primer caso: "ingeniero". El caso “científico” se implementa de manera similar.
Técnicamente, nuestro ejemplo es muy simple. Y un especialista en la materia podrá calcularlo simplemente con una calculadora. Tenemos otro objetivo: mostrar cómo una solución RPA puede ayudar cuando la tarea se vuelve a gran escala.
En simplificaciones, también notamos: la sección transversal de la tubería es un rectángulo ideal, sin esquinas redondeadas, sin tener en cuenta la soldadura.
tarea del ingeniero
El esquema general del caso “ingeniero” es el siguiente:
- En una hoja de Excel tenemos una tabla con la gama de tuberías según GOST.
- Para cada entrada de esta tabla, debemos construir un modelo 3D en Autodesk Inventor.
- Luego, en el entorno de Análisis de tensión de Inventor, realizamos un cálculo de resistencia y cargamos el resultado del cálculo en html.
- Encontramos el valor "Esfuerzo máximo de von Mises" en el archivo resultante.
- Detenemos el cálculo si el factor de seguridad (la relación entre el límite elástico del material y la tensión máxima de von Mises) es inferior a 3.
Creemos que una viga con una sección transversal adecuada proporcionará un margen de seguridad triple y tendrá un peso mínimo, entre otras opciones.
En total, en nuestra tarea el especialista trabaja con 3 aplicaciones (ver diagrama arriba). En una situación real, el número de solicitudes puede ser aún mayor.
GOST 8645-68 "Tubos de acero rectangulares" contiene 300 entradas. En nuestro problema de demostración, acortaremos la lista: tomaremos un artículo de cada familia de tamaños. Hay 19 registros en total, de los cuales debes elegir uno.
El entorno de modelado de Inventor, en el que construiremos el modelo y haremos cálculos de resistencia, contiene una biblioteca de materiales ya preparados. Tomaremos el material de la viga de esta biblioteca:
Material - Acero
Densidad 7,85 g/cu. cm;
Límite elástico 207 MPa;
Resistencia a la tracción 345 MPa;
módulo de Young 210 GPa;
Módulo de corte 80,7692 GPa.
Así es como se ve un modelo tridimensional de una viga cargada:
Y aquí está el resultado del cálculo de fuerza. El sistema tiñe de rojo las zonas vulnerables del haz. Estos son los lugares donde la tensión es mayor. La escala de la izquierda muestra el valor de la tensión máxima en el material de la viga.
Ahora transfiramos parte del trabajo al robot.
El esquema de trabajo cambia de la siguiente manera:
Montaremos el robot en el entorno Automation Anywhere Community Edition (en adelante AA). Repasemos los criterios de evaluación y describamos las impresiones subjetivas.
Universalismo
Las soluciones RPA (especialmente las comerciales) se posicionan constantemente como un medio para automatizar los procesos comerciales y el trabajo de los empleados de oficina. Los ejemplos y cursos de formación cubren la interacción con ERP, ECM y Web. Todo es muy “parecido a una oficina”.
Al principio teníamos dudas sobre si AA sería capaz de captar la interfaz y los datos de nuestro Autodesk Inventor. Pero todo realmente funcionó: cada elemento, cada control fue definido y registrado. Incluso en formularios de servicio con tablas de parámetros, el robot accedía a la celda deseada simplemente apuntando con el ratón.
A continuación se realizó una prueba con la puesta en marcha de un estudio de cálculo de fuerza. Y tampoco hay problema. En esta etapa, tuvimos que trabajar cuidadosamente con pausas entre acciones mientras el sistema espera a que se complete el cálculo.
Recuperar los datos resultantes de la Web e insertarlos en Excel se realizó sin problemas.
Dentro de esta tarea se confirmó la versatilidad. A juzgar por las descripciones de otros proveedores de RPA, la versatilidad es verdaderamente una característica común de esta categoría de software.
Fácil de aprender
Fueron necesarias varias tardes para dominarlo: cursos, ejemplos de formación... todo está ahí. Muchos proveedores de RPA ofrecen formación gratuita. La única barrera: la interfaz del entorno y los cursos de AA son sólo en inglés.
Velocidad de desarrollo
Por la noche desarrollamos y depuramos el algoritmo para el "problema del ingeniero". La secuencia de acciones se completó en solo 44 instrucciones. A continuación se muestra un fragmento de la interfaz de Automation Anywhere con un robot terminado. Concepto de código bajo/sin código: no había necesidad de programar: utilizamos registradores de operaciones o drug'n'drop de la biblioteca de comandos. Luego configure los parámetros en la ventana de propiedades.
Alivio de la rutina
El robot dedica 1 minuto y 20 segundos a procesar un registro. Pasamos aproximadamente la misma cantidad de tiempo procesando un registro sin un robot.
Si hablamos de decenas y cientos de registros, la persona inevitablemente se cansará y empezará a distraerse. De repente, un especialista puede verse ocupado con alguna otra tarea. Con una persona, una proporción del tipo "Si una tarea toma A minutos, entonces N tales tareas se pueden completar en A * N minutos" no funciona; siempre lleva más tiempo.
En nuestro ejemplo, el robot clasificará los registros secuencialmente, comenzando por las secciones más grandes. En matrices grandes, este es un método lento. Para acelerar, puedes implementar aproximaciones sucesivas, por ejemplo, el método de Newton o la media división.
Resultado del cálculo:
Tabla 1. Resultado de la selección de la sección de la viga
La tarea del científico
La tarea del científico es realizar varios experimentos numéricos para determinar la ley según la cual la capacidad de carga de una viga cambia dependiendo de su sección transversal, longitud y masa de la carga. La ley encontrada se formula en forma de ecuación de regresión.
Para que una ecuación de regresión sea precisa, un científico debe procesar una gran cantidad de datos.
Para nuestro ejemplo, se asigna una matriz de variables de entrada:
- altura del perfil de la tubería;
- anchura;
- espesor de pared;
- longitud de la viga;
- peso de la carga.
Si tenemos que hacer el cálculo para al menos 3 valores de cada variable, entonces en total son 243 repeticiones. Con una duración de dos minutos en una iteración, el tiempo total será de 8 horas: ¡un día laboral completo! Para un estudio más completo, no deberíamos tomar 3 valores, sino 10 o más.
Durante el transcurso del estudio, seguramente quedará claro que es necesario incluir factores adicionales en el modelo. Por ejemplo, "impulsar" diferentes grados de acero. El volumen de cálculos aumenta decenas y cientos de veces.
En una tarea real, el robot podrá liberar al científico durante varios días, que el especialista utilizará para preparar la publicación, y este es el principal indicador de la actividad del científico.
Resumen
El “producto” de un ingeniero es un dispositivo que realmente funciona, un diseño. La robotización de los cálculos reducirá los riesgos debido a un desarrollo más profundo del proyecto (más cálculos, más modos, más opciones).
El "producto" de un científico es una ecuación, patrón u otra descripción compacta. Y cuanto más preciso sea, más datos participarán en el análisis. Una solución RPA ayudará a generar información "alimento" para los modelos.
Generalicemos nuestro ejemplo.
La función del modelo de cálculo puede ser cualquier modelo: un modelo de puente, un modelo de motor, un modelo de sistema de calefacción. El especialista debe garantizar que todos los componentes del modelo interactúen correctamente entre sí y que el modelo proporcione "externamente" un conjunto de parámetros-variables clave.
El papel del entorno informático lo desempeña cualquier aplicación que un especialista utilice en su trabajo. Ansys, Autocad, Solidworks, FlowVision, Dialux, PowerMill, Archicad. O algo desarrollado internamente, por ejemplo, un programa para seleccionar ventiladores en una planta de fabricación (ver Programas de selección de equipos Systemair).
Consideramos un sitio web, una base de datos, una hoja de Excel y un archivo txt como fuente de datos.
El resultado final del trabajo, un informe, es un documento de Word con texto generado automáticamente, un gráfico de Excel, una serie de capturas de pantalla o un boletín informativo por correo electrónico.
RPA es aplicable dondequiera que se aplique el análisis de ingeniería. Aquí hay algunas áreas:
- cálculos de resistencia y deformación;
- dinámica de hidro y gases;
- de intercambio de calor;
- electromagnetismo;
- análisis interdisciplinario;
- diseño generativo;
- programas de control para CNC (por ejemplo, anidamiento);
- investigación médica y biológica;
- en cálculos de sistemas con retroalimentación o sistemas no estacionarios (cuando el resultado final debe transferirse a los datos originales y repetir el cálculo).
Hoy en día, las soluciones RPA se utilizan activamente en las empresas para automatizar procesos y trabajar con datos. La rutina de un oficinista, un ingeniero y un científico tiene mucho en común. Hemos demostrado que los robots son útiles en ingeniería y ciencia.
Resumamos nuestras impresiones.
- Versatilidad: sí, RPA es una herramienta universal.
- Fácil de aprender: sí, sencillo y accesible, pero necesitas un idioma.
- Velocidad de desarrollo: sí, el algoritmo se ensambla rápidamente, especialmente cuando aprendes a trabajar con grabadoras.
- Liberarse de la rutina: sí, realmente puede aportar beneficios en tareas de gran escala.
Fuente: habr.com