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A scuola, per consolidare le nostre conoscenze, ci è stato chiesto di risolvere molti esempi simili. Eravamo continuamente infastiditi: cosa c'è di prezioso qui? Sostituisci due o tre valori nella formula e ottieni la risposta. Dov'è la fuga del pensiero qui? La realtà si è rivelata più dura della scuola.
Ora lavoro come analista IT. Prima di entrare nel settore informatico, ho lavorato come tecnico del riscaldamento, programmatore CNC e ho partecipato a progetti di ricerca.
Per esperienza personale, sono convinto che ingegneri e scienziati trascorrano il 95% del loro tempo di lavoro in azioni dello “stesso tipo”. Calcola equazioni, controlla, registra risultati, copia specifiche. Progetto dopo progetto, esperimento dopo esperimento, giorno dopo giorno.
Ecco un paio di esempi dal mio lavoro precedente.
Fino al 2019 ho realizzato layout per lo stampaggio termico sottovuoto. Se un modello del genere è ricoperto di plastica riscaldata, otterremo un prodotto che ripete esattamente la geometria di questo modello. Descrizione della tecnologia .
Il ciclo produttivo dei mock-up richiede tutta una serie di applicazioni altamente specializzate:
- Autodesk Inventor per la modellazione 3D;
- Excel per caricare le dimensioni del pezzo;
- Excel per il calcolo del costo dell'impaginazione;
- Modulo HSM per la creazione di un programma di controllo CNC;
- File system informatici per la gestione di file di programmi;
- Ambiente Mach3 per il controllo di una macchina CNC.
I dati dovevano essere trasferiti manualmente da un ambiente all'altro e questi includevano intere tabelle e matrici di valori. Il processo è lento e spesso si verificano errori.
Prima di ciò, ho partecipato allo sviluppo e alla produzione di guide luminose (). Lì si faceva molta ricerca, progettazione e calcoli: ambienti specializzati per calcoli termici e illuminotecnici (Ansys, Dialux), poi calcoli di economicità, più Autocad e Inventor per modelli e disegni. E qui ci sono le stesse difficoltà: il risultato del calcolo di un'applicazione deve essere trascinato in un'altra applicazione per il calcolo successivo. E così più volte alla ricerca della soluzione ottimale.
Il tempo di un ingegnere e il tempo di uno scienziato sono tempo molto prezioso. Non stiamo parlando di stipendio qui. Dietro i calcoli dell'ingegnere c'è un grande progetto con un team. Dietro la ricerca dello scienziato si nasconde la prospettiva di un intero settore. Ma spesso uno specialista altamente qualificato trasferisce "stupidamente" valori da un programma all'altro invece di sviluppare concetti, modellare, interpretare risultati, discutere e fare brainstorming con i colleghi.
Il segno distintivo del moderno ambiente aziendale è la velocità. Il mercato spinge costantemente. Nel 2014 abbiamo impiegato 2-3 settimane per realizzare un modello. Nel 2018 erano tre giorni e sembravano già troppi. Ora il progettista deve produrre più opzioni di soluzione nello stesso tempo che prima era assegnato a una sola opzione.
E ancora un punto: investimenti e rischi. Per “prendere piede” in un progetto, un'impresa deve investire circa il 6% del costo di questo progetto nello sviluppo concettuale prima di concludere un accordo con il cliente. Questi fondi vanno:
- per la ricerca;
- design concettuale;
- valutazione del costo del lavoro;
- preparazione di schizzi, ecc.
L'azienda li preleva di tasca propria, questo è il suo rischio. L'attenzione al concetto richiede il tempo degli specialisti, che sono impegnati nella routine.
Dopo aver familiarizzato con gli strumenti di lavoro in un'azienda IT, mi sono interessato a quali pratiche di automazione dei processi aziendali potrebbero essere utili agli ingegneri. Pertanto, le aziende utilizzano da tempo l’automazione dei processi robotici (RPA) per combattere la routine.
I produttori di RPA sostengono i seguenti vantaggi di un tale strumento di automazione:
- versatilità (il robot è in grado di funzionare con qualsiasi applicazione, con qualsiasi fonte dati);
- facilità di apprendimento (non sono richieste competenze approfondite in programmazione e amministrazione);
- velocità di sviluppo (l'algoritmo finito richiede meno tempo rispetto alla programmazione tradizionale);
- reale sollievo del dipendente dalle operazioni di routine.
Sulla base di questi criteri verificheremo quale sia l'effetto dell'utilizzo dell'RPA nei calcoli ingegneristici/scientifici.
Descrizione dell'esempio
Diamo un'occhiata a un semplice esempio. C'è una trave a sbalzo con un carico.
Diamo un'occhiata a questo problema dalla posizione di un ingegnere e dalla posizione di uno scienziato.
Caso “ingegnere”: si tratta di una trave a sbalzo lunga 2 m che deve sostenere un carico di 500 kg con un margine di sicurezza pari a 3 volte. La trave è costituita da un tubo rettangolare. È necessario selezionare la sezione della trave secondo il catalogo GOST.
Caso "scienziato": scopri come la massa del carico, la sezione trasversale e la lunghezza della trave influiscono sulla capacità portante di questa trave. Derivare l'equazione di regressione.
In entrambi i casi si tiene conto della forza di gravità, che agisce sulla trave in modo proporzionale alla massa della trave.
Studiamo in dettaglio il primo caso: "ingegnere". Il caso dello “scienziato” viene implementato in modo simile.
Tecnicamente, il nostro esempio è molto semplice. E uno specialista in materia potrà calcolarlo semplicemente su una calcolatrice. Abbiamo un altro obiettivo: mostrare come una soluzione RPA può aiutare quando l’attività diventa su larga scala.
Semplificando, notiamo anche: la sezione del tubo è un rettangolo ideale, senza arrotondare gli angoli, senza tenere conto della saldatura.
Compito dell'ingegnere
Lo schema generale del caso “ingegnere” è il seguente:
- Su un foglio Excel abbiamo una tabella con la gamma di tubi secondo GOST.
- Per ogni voce in questa tabella, dobbiamo creare un modello 3D in Autodesk Inventor.
- Quindi, nell'ambiente di Inventor Stress Analysis, eseguiamo un calcolo della resistenza e carichiamo il risultato del calcolo in HTML.
- Troviamo il valore “Maximum von Mises stress” nel file risultante.
- Interrompiamo il calcolo se il fattore di sicurezza (il rapporto tra la resistenza allo snervamento del materiale e la massima sollecitazione di von Mises) è inferiore a 3.
Riteniamo che una trave di sezione trasversale adeguata fornirà un margine di sicurezza 3 volte maggiore e avrà un peso minimo tra le altre opzioni.
In totale, nel nostro compito lo specialista lavora con 3 applicazioni (vedi diagramma sopra). In una situazione reale, il numero di domande può essere ancora maggiore.
GOST 8645-68 "Tubi d'acciaio rettangolari" contiene 300 voci. Nel nostro problema demo, accorcieremo l'elenco: prenderemo un articolo da ciascuna famiglia di taglie. Ci sono 19 record in totale, dai quali devi sceglierne uno.
L'ambiente di modellazione di Inventor, in cui costruiremo il modello ed eseguiremo calcoli di resistenza, contiene una libreria di materiali già pronti. Prenderemo il materiale della trave da questa libreria:
Materiale: acciaio
Densità 7,85 g/mXNUMX. cm;
Limite di snervamento 207 MPa;
Resistenza alla trazione 345 MPa;
Modulo di Young 210 GPa;
Modulo di taglio 80,7692 GPa.
Ecco come appare un modello tridimensionale di una trave caricata:
Ed ecco il risultato del calcolo della forza. Il sistema colora di rosso le aree vulnerabili del raggio. Questi sono i luoghi dove la tensione è maggiore. La scala a sinistra mostra il valore della tensione massima nel materiale della trave.
Ora trasferiamo parte del lavoro al robot
Lo schema di lavoro cambia come segue:
Assembleremo il robot nell'ambiente Automation Anywhere Community Edition (di seguito denominato AA). Esaminiamo i criteri di valutazione e descriviamo le impressioni soggettive.
Universalismo
Le soluzioni RPA (soprattutto quelle commerciali) sono costantemente posizionate come mezzo per automatizzare i processi aziendali e automatizzare il lavoro degli impiegati. Esempi e corsi di formazione riguardano l'interazione con ERP, ECM e Web. Tutto è molto “da ufficio”.
Inizialmente avevamo dubbi sul fatto che AA sarebbe stata in grado di acquisire l'interfaccia e i dati del nostro Autodesk Inventor. Ma tutto ha funzionato davvero: ogni elemento, ogni controllo è stato definito e registrato. Anche nei moduli di servizio con tabelle di parametri, il robot accedeva alla cella desiderata semplicemente puntando il mouse.
Successivamente è stato effettuato un test con il lancio di uno studio di calcolo della forza. E nessun problema neanche. In questa fase, abbiamo dovuto lavorare attentamente con le pause tra le azioni quando il sistema attende il completamento del calcolo.
Il recupero dei dati risultanti dal Web e il loro inserimento in Excel si sono svolti senza intoppi.
All'interno di questo compito, la versatilità è stata confermata. A giudicare dalle descrizioni di altri fornitori di RPA, la versatilità è davvero una caratteristica comune di questa categoria di software.
Facile da imparare
Ci sono volute diverse serate per padroneggiarlo: corsi, esempi di formazione: è tutto lì. Molti fornitori di RPA offrono formazione gratuita. Unica barriera: l'interfaccia ambientale e i corsi AA sono solo in inglese.
Velocità di sviluppo
La sera abbiamo sviluppato ed eseguito il debug dell'algoritmo per il "problema dell'ingegnere". La sequenza di azioni è stata completata in sole 44 istruzioni. Di seguito è riportato un frammento dell'interfaccia di Automation Anywhere con un robot finito. Concetto Low Code/No Code: non c'era bisogno di programmare: abbiamo usato i registratori di operazioni o il drug'n'drop dalla libreria dei comandi. Quindi configurare i parametri nella finestra delle proprietà.
Sollievo dalla routine
Il robot impiega 1 minuto e 20 secondi per elaborare un record. Abbiamo impiegato circa la stessa quantità di tempo per elaborare un record senza robot.
Se parliamo di decine e centinaia di record, la persona inevitabilmente si stancherà e inizierà a distrarsi. Uno specialista può improvvisamente essere occupato in qualche altro compito. Con una persona, una proporzione del modulo "Se un'attività richiede A minuti, allora N tali attività possono essere completate in A * N minuti" non funziona: richiede sempre più tempo.
Nel nostro esempio, il robot ordinerà i record in sequenza, iniziando dalle sezioni più grandi. Su array di grandi dimensioni questo è un metodo lento. Per accelerare, puoi implementare approssimazioni successive, ad esempio il metodo di Newton o la mezza divisione.
Risultato del calcolo:
Tabella 1. Risultato della selezione della sezione della trave
Il compito dello scienziato
Il compito dello scienziato è condurre diversi esperimenti numerici per determinare la legge secondo la quale la capacità portante di una trave cambia a seconda della sua sezione trasversale, della lunghezza e della massa del carico. La legge trovata è formulata sotto forma di un'equazione di regressione.
Affinché un'equazione di regressione sia accurata, uno scienziato deve elaborare una grande quantità di dati.
Per il nostro esempio, viene allocato un array di variabili di input:
- altezza del profilo del tubo;
- larghezza;
- spessore del muro;
- lunghezza della trave;
- peso del carico.
Se dobbiamo eseguire il calcolo per almeno 3 valori di ciascuna variabile, in totale si tratta di 243 ripetizioni. Con una durata di due minuti di un'iterazione, il tempo totale sarà di 8 ore: un'intera giornata lavorativa! Per uno studio più completo, dovremmo prendere non 3 valori, ma 10 o più.
Nel corso dello studio risulterà sicuramente chiaro che è necessario includere nel modello ulteriori fattori. Ad esempio, "guidare" diversi gradi di acciaio. Il volume dei calcoli aumenta di decine e centinaia di volte.
In un compito reale, il robot sarà in grado di liberare lo scienziato per diversi giorni, che lo specialista utilizzerà per preparare la pubblicazione, e questo è l'indicatore principale dell'attività dello scienziato.
Riassunto
Il “prodotto” di un ingegnere è un dispositivo realmente funzionante, un progetto. La robotizzazione dei calcoli ridurrà i rischi dovuti allo sviluppo più approfondito del progetto (più calcoli, più modalità, più opzioni).
Il “prodotto” di uno scienziato è un’equazione, uno schema o un’altra descrizione compatta. E quanto più accurato è, tanti più dati saranno coinvolti nell'analisi. Una soluzione RPA aiuterà a generare informazioni “alimento” per i modelli.
Generalizziamo il nostro esempio.
Il ruolo del modello di calcolo può essere qualsiasi modello: un modello a ponte, un modello di motore, un modello di sistema di riscaldamento. Lo specialista è tenuto a garantire che tutte le componenti del modello siano in corretta interazione tra loro e che il modello fornisca “all'esterno” un insieme di parametri-variabili chiave.
Il ruolo dell'ambiente informatico è svolto da qualsiasi applicazione utilizzata dallo specialista nel suo lavoro. Ansys, Autocad, Solidworks, FlowVision, Dialux, PowerMill, Archicad. Oppure qualcosa di sviluppato internamente, ad esempio un programma per la selezione dei ventilatori in uno stabilimento di produzione (vedi Programmi di selezione delle apparecchiature Systemair).
Consideriamo come fonte dati un sito web, un database, un foglio Excel e un file txt.
Il risultato finale del lavoro - un report - è un documento Word con testo generato automaticamente, un grafico Excel, una serie di screenshot o una newsletter via email.
L'RPA è applicabile ovunque sia applicabile l'analisi ingegneristica. Ecco alcune aree:
- calcoli di resistenza e deformazione;
- idrodinamica e gasdinamica;
- scambio di calore;
- elettromagnetismo;
- analisi interdisciplinare;
- progettazione generativa;
- programmi di controllo per CNC (ad esempio Nesting);
- ricerca medica e biologica;
- nei calcoli di sistemi retroazionati o non stazionari (quando è necessario trasferire il risultato finale sui dati sorgente e ripetere il calcolo).
Oggi, le soluzioni RPA vengono utilizzate attivamente nelle aziende per automatizzare i processi e lavorare con i dati. La routine di un impiegato, di un ingegnere e di uno scienziato ha molto in comune. Abbiamo dimostrato che i robot sono utili in ingegneria e nella scienza.
Riassumiamo le nostre impressioni.
- Versatilità: sì, l'RPA è uno strumento universale.
- Facile da imparare: sì, semplice e accessibile, ma è necessaria una lingua.
- Velocità di sviluppo: sì, l'algoritmo viene assemblato rapidamente, soprattutto quando si impara a lavorare con i registratori.
- Liberarsi dalla routine: sì, può davvero portare benefici in compiti su larga scala.
Fonte: habr.com