Entrada
Na escola, para consolidar os nosos coñecementos, pedíronnos que resolvésemos moitos exemplos semellantes. Estabamos molestos todo o tempo: que é o que vale aquí? Substitúe dous ou tres valores na fórmula e obtén a resposta. Onde está o voo do pensamento aquí? A realidade resultou ser máis dura que a escola.
Agora traballo como analista informático. Antes de incorporarme ao ámbito informático traballei como enxeñeiro de calefacción, programador de CNC, e participei en proxectos de investigación.
Desde a miña propia experiencia, estou convencido de que os enxeñeiros e científicos dedican o 95% do seu tempo de traballo a este tipo de accións do "mesmo tipo". Calcular ecuacións, comprobar, rexistrar resultados, copiar especificacións. Proxecto tras proxecto, experimento tras experimento, día tras día.
Aquí tes un par de exemplos do meu traballo anterior.
Ata 2019, fixen trazados para o moldeado por baleiro térmico. Se tal modelo está cuberto de plástico quente, obteremos un produto que repite exactamente a xeometría deste modelo. Descrición da tecnoloxía .
O ciclo de produción de maquetas require todo un conxunto de aplicacións altamente especializadas:
- Autodesk Inventor para modelado 3D;
- Excel para cargar dimensións da peza de traballo;
- Excel para calcular o custo do deseño;
- Módulo HSM para crear un programa de control CNC;
- Sistema de ficheiros informático para xestionar ficheiros de programas;
- Entorno Mach3 para controlar unha máquina CNC.
Os datos tiñan que ser transferidos manualmente dun ambiente a outro, e estes incluían táboas enteiras e matrices de valores. O proceso é lento, e moitas veces ocorren erros.
Antes diso, participei no desenvolvemento e produción de guías de luz (). Alí houbo moita investigación, deseño e cálculos: contornos especializados para cálculos térmicos e de iluminación (Ansys, Dialux), ademais de cálculos de rendibilidade, ademais de Autocad e Inventor para modelos e debuxos. E aquí as mesmas dificultades: o resultado do cálculo dunha aplicación debe ser arrastrado a outra aplicación para o seguinte cálculo. E así varias veces na procura da solución óptima.
O tempo dun enxeñeiro e o tempo dun científico son un tempo moi valioso. Aquí non falamos de salario. Detrás dos cálculos do enxeñeiro hai un gran proxecto cun equipo. Detrás da investigación do científico atópase a perspectiva de toda unha industria. Pero moitas veces un especialista altamente cualificado transfire "estúpidamente" os valores dun programa a outro en lugar de desenvolver conceptos, modelar, interpretar resultados, discutir e intercambiar ideas cos seus compañeiros.
O selo distintivo do ambiente empresarial moderno é a velocidade. O mercado está a presionar constantemente. En 2014, tardamos de 2 a 3 semanas en facer un deseño. En 2018 foron tres días, e iso xa parecía demasiado longo. Agora o deseñador debe producir varias opcións de solución ao mesmo tempo que antes estaba asignado só a unha opción.
E un punto máis: investimentos e riscos. Para "captar" un proxecto, unha empresa debe investir ~ 6% do custo deste proxecto en desenvolvemento conceptual antes de concluír un acordo co cliente. Estes fondos van:
- para investigación;
- deseño conceptual;
- avaliación do custo laboral;
- elaboración de esbozos, etc.
A empresa sácaas do seu peto, é o seu propio risco. A atención ao concepto require o tempo de especialistas, e están ocupados coa rutina.
Despois de familiarizarme coas ferramentas de traballo nunha empresa de TI, intereseime por que prácticas de automatización de procesos de negocio poderían ser útiles para os enxeñeiros. Así, as empresas levan moito tempo usando a automatización de procesos robóticos (RPA) para combater a rutina.
Os fabricantes de RPA afirman as seguintes vantaxes desta ferramenta de automatización:
- versatilidade (o robot é capaz de traballar con calquera aplicación, con calquera fonte de datos);
- facilidade de aprendizaxe (non se requiren competencias profundas en programación e administración);
- velocidade de desenvolvemento (o algoritmo rematado leva menos tempo que a programación tradicional);
- alivio real do empregado das operacións rutineiras.
En base a estes criterios, comprobaremos cal é o efecto do uso de RPA nos cálculos de enxeñería/científicos.
Descrición do exemplo
Vexamos un exemplo sinxelo. Hai unha viga en voladizo con carga.
Vexamos este problema desde a posición dun enxeñeiro e desde a posición dun científico.
Caso “Enxeñeiro”: existe unha viga en voladizo de 2 m de lonxitude, que debe soportar unha carga de 500 kg cunha marxe de seguridade triplicada. A viga está feita dun tubo rectangular. É necesario seleccionar a sección do feixe segundo o catálogo GOST.
Caso "científico": descubra como a masa da carga, a sección transversal e a lonxitude da viga afectan á capacidade de carga desta viga. Derive a ecuación de regresión.
En ambos os casos tense en conta a forza da gravidade, que actúa sobre o feixe en proporción á masa do feixe.
Imos estudar en detalle o primeiro caso - "enxeñeiro". O caso "científico" implícase dun xeito similar.
Tecnicamente, o noso exemplo é moi sinxelo. E un especialista en materia poderá calculalo simplemente nunha calculadora. Temos outro obxectivo: mostrar como unha solución RPA pode axudar cando a tarefa se fai a gran escala.
Nas simplificacións, tamén observamos: a sección transversal do tubo é un rectángulo ideal, sen redondear as esquinas, sen ter en conta a soldadura.
Tarefa do enxeñeiro
O esquema xeral do caso "enxeñeiro" é o seguinte:
- Nunha folla de Excel temos unha táboa coa gama de tubos segundo GOST.
- Para cada entrada desta táboa, debemos construír un modelo 3D en Autodesk Inventor.
- Despois, no contorno de análises de estrés de Inventor, realizamos un cálculo de forza e cargamos o resultado do cálculo a html.
- Atopamos o valor "Máxima tensión de von Mises" no ficheiro resultante.
- Paramos o cálculo se o factor de seguridade (a relación entre o límite de fluencia do material e a tensión máxima de von Mises) é inferior a 3.
Cremos que unha viga dunha sección transversal adecuada proporcionará unha marxe de seguridade de 3 veces e terá un peso mínimo entre outras opcións.
En total, na nosa tarefa o especialista traballa con 3 aplicacións (ver diagrama anterior). Nunha situación real, o número de solicitudes pode ser aínda maior.
GOST 8645-68 "Tubos de aceiro rectangulares" contén 300 entradas. No noso problema de demostración, acurtaremos a lista: colleremos un elemento de cada familia de tamaños. Hai 19 rexistros en total, entre os que cómpre escoller un.
O contorno de modelado de Inventor, no que construiremos o modelo e realizaremos cálculos de resistencia, contén unha biblioteca de materiais preparados. Colleremos o material da viga desta biblioteca:
Material - Aceiro
Densidade 7,85 g/cu. cm;
Resistencia á fluencia 207 MPa;
Resistencia á tracción 345 MPa;
módulo de Young 210 GPa;
Módulo de corte 80,7692 GPa.
Este é o aspecto dun modelo tridimensional dunha viga cargada:
E aquí está o resultado do cálculo de forza. O sistema tinta en vermello as áreas vulnerables do feixe. Estes son os lugares onde a tensión é maior. A escala da esquerda mostra o valor da tensión máxima no material da viga.
Agora imos transferir parte do traballo ao robot
O esquema de traballo cambia do seguinte xeito:
Montaremos o robot no entorno Automation Anywhere Community Edition (en diante denominado AA). Repasemos os criterios de avaliación e describimos impresións subxectivas.
versatilidade
As solucións RPA (especialmente as comerciais) sitúanse de xeito persistente como un medio para automatizar os procesos comerciais e automatizar o traballo dos empregados de oficina. Os exemplos e os cursos de formación abarcan a interacción con ERP, ECM e web. Todo é moi "de oficina".
Nun principio tiñamos dúbidas de se AA sería capaz de recoller a interface e os datos do noso Autodesk Inventor. Pero todo funcionou realmente: cada elemento, cada control estaba definido e gravado. Incluso nos formularios de servizo con táboas de parámetros, o robot accedeu á cela desexada simplemente apuntando co rato.
A continuación foi unha proba co lanzamento dun estudo de cálculo de forza. E ningún problema tampouco. Nesta fase, tivemos que traballar coidadosamente con pausas entre accións cando o sistema agarda a que se completase o cálculo.
A recuperación dos datos resultantes da Web e a súa inserción en Excel foi sen problemas.
Dentro desta tarefa confirmouse a versatilidade. A xulgar polas descricións doutros provedores de RPA, a versatilidade é realmente unha característica común desta categoría de software.
Fácil de aprender
Levou varias noites dominar: cursos, exemplos de formación: todo está aí. Moitos provedores de RPA ofrecen formación gratuíta. A única barreira: a interface do medio ambiente e os cursos AA só están en inglés.
Velocidade de desenvolvemento
Desenvolvemos e depuramos o algoritmo para o "problema do enxeñeiro" pola noite. A secuencia de accións completouse en só 44 instrucións. A continuación móstrase un fragmento da interface de Automation Anywhere cun robot acabado. Código baixo/Sen concepto de código: non había necesidade de programar: utilizamos gravadores de operacións ou drug'n'drop da biblioteca de comandos. A continuación, configure os parámetros na xanela de propiedades.
Alivio da rutina
O robot pasa 1 minuto e 20 segundos procesando un rexistro. Pasamos aproximadamente a mesma cantidade de tempo procesando un rexistro sen robot.
Se estamos a falar de decenas e centos de rexistros, entón unha persoa inevitablemente cansarase e comezará a distraerse. Un especialista pode estar de súpeto ocupado con algunha outra tarefa. Cunha persoa, unha proporción do formulario "Se unha tarefa leva A minutos, entón N tales tarefas pódense completar en A * N minutos" non funciona, sempre leva máis tempo.
No noso exemplo, o robot ordenará os rexistros secuencialmente, comezando polas seccións máis grandes. En matrices grandes este é un método lento. Para acelerar, pode implementar aproximacións sucesivas, por exemplo, o método de Newton ou a media división.
Resultado do cálculo:
Táboa 1. Resultado da selección da sección da viga
A tarefa do científico
A tarefa do científico é realizar varios experimentos numéricos para determinar a lei segundo a cal cambia a capacidade de carga dunha viga dependendo da súa sección transversal, lonxitude e masa da carga. A lei atopada formúlase en forma de ecuación de regresión.
Para que unha ecuación de regresión sexa precisa, un científico debe procesar unha gran cantidade de datos.
Para o noso exemplo, asógase unha matriz de variables de entrada:
- altura do perfil do tubo;
- ancho;
- espesor da parede;
- lonxitude do feixe;
- peso da carga.
Se temos que facer o cálculo para polo menos 3 valores de cada variable, entón en total son 243 repeticións. Cunha duración de dous minutos dunha iteración, o tempo total será de 8 horas, todo un día de traballo. Para un estudo máis completo, non debemos tomar 3 valores, senón 10 ou máis.
Durante o curso do estudo, quedará claro que hai que incluír factores adicionais no modelo. Por exemplo, "conducir" diferentes calidades de aceiro. O volume dos cálculos aumenta decenas e centos de veces.
Nunha tarefa real, o robot poderá liberar ao científico durante varios días, que o especialista utilizará para preparar a publicación, e este é o principal indicador da actividade do científico.
Resumo
O "produto" dun enxeñeiro é un dispositivo que realmente funciona, un deseño. A robotización dos cálculos reducirá os riscos debido ao desenvolvemento máis profundo do proxecto (máis cálculos, máis modos, máis opcións).
O "produto" dun científico é unha ecuación, un patrón ou outra descrición compacta. E canto máis preciso é, máis datos implican a análise. Unha solución RPA axudará a xerar información "alimento" para os modelos.
Xeneralizamos o noso exemplo.
O papel do modelo de cálculo pode ser calquera modelo: un modelo de ponte, un modelo de motor, un modelo de sistema de calefacción. O especialista debe asegurarse de que todos os compoñentes do modelo estean en interacción correcta entre si e de que o modelo proporciona "fóra" un conxunto de parámetros-variables clave.
O papel do entorno informático é desempeñado por calquera aplicación que un especialista utilice no seu traballo. Ansys, Autocad, Solidworks, FlowVision, Dialux, PowerMill, Archicad. Ou algo desenvolvido na empresa, por exemplo, un programa para seleccionar ventiladores nunha planta de fabricación (ver Programas de selección de equipos Systemair).
Consideramos un sitio web, unha base de datos, unha folla de Excel e un ficheiro txt como fonte de datos.
O resultado final do traballo -un informe- é un documento de Word con texto xerado automaticamente, un gráfico de Excel, un conxunto de capturas de pantalla ou un boletín de correo electrónico.
O RPA é aplicable sempre que sexa aplicable a análise de enxeñería. Aquí tes algunhas áreas:
- cálculos de resistencia e deformación;
- hidrodinámica e gas;
- intercambio de calor;
- electromagnetismo;
- análise interdisciplinar;
- deseño xerativo;
- programas de control para CNC (por exemplo, anidación);
- investigación médica e biolóxica;
- en cálculos de sistemas con realimentación ou sistemas non estacionarios (cando o resultado final debe ser transferido aos datos fonte e repetir o cálculo).
Hoxe, as solucións RPA úsanse activamente nos negocios para automatizar procesos e traballar con datos. A rutina dun oficinista, un enxeñeiro e un científico ten moito en común. Demostramos que os robots son útiles na enxeñaría e na ciencia.
Imos resumir as nosas impresións.
- Versatilidade - si, RPA é unha ferramenta universal.
- Fácil de aprender: si, sinxelo e accesible, pero necesitas un idioma.
- Velocidade de desenvolvemento: si, o algoritmo ensambla rapidamente, especialmente cando comezas a traballar con gravadoras.
- Aliviarse da rutina - si, realmente pode traer beneficios en tarefas a gran escala.
Fonte: www.habr.com