יישום RPA ​​בחישובים מדעיים והנדסיים

כניסה

בבית הספר, כדי לגבש את הידע שלנו, התבקשנו לפתור דוגמאות רבות דומות. כל הזמן התעצבנו: מה יש כאן ערך? החלף שניים או שלושה ערכים בנוסחה וקבל את התשובה. היכן מעוף המחשבה כאן? המציאות התבררה כקשה יותר מבית הספר.

עכשיו אני עובד כאנליסט IT. לפני שהצטרפתי לתחום ה-IT עבדתי כמהנדס חימום, מתכנת CNC ולקחתי חלק בפרויקטי מחקר.

מניסיוני האישי, אני משוכנע שמהנדסים ומדענים מבלים 95% מזמן העבודה שלהם על פעולות מסוג זה. חשב משוואות, בדוק, רשום תוצאות, העתק מפרטים. פרויקט אחר פרויקט, ניסוי אחר ניסוי, יום אחר יום.

הנה כמה דוגמאות מהעבודה הקודמת שלי.

עד 2019, עשיתי פריסות ליציקת ואקום תרמית. אם דגם כזה מכוסה בפלסטיק מחומם, נקבל מוצר שחוזר בדיוק על הגיאומטריה של הדגם הזה. תיאור הטכנולוגיה כאן.

מחזור הייצור המדומה דורש מערך שלם של יישומים מיוחדים במיוחד:

• Autodesk Inventor עבור דוגמנות תלת מימד;
• Excel להעלאת מידות חומר עבודה;
• אקסל לחישוב עלות הפריסה;
• מודול HSM ליצירת תוכנית בקרת CNC;
• מערכת קבצים ממוחשבת לניהול קבצי תוכניות;
• סביבת Mach3 לשליטה במכונת CNC.

היה צורך להעביר נתונים באופן ידני מסביבה לסביבה, ואלה כללו טבלאות ומערכים שלמים של ערכים. התהליך איטי, ולעתים קרובות מתרחשות טעויות.

לפני כן השתתפתי בפיתוח וייצור של מדריכי אור (קשר). היה שם הרבה מחקר, עיצוב וחישובים: סביבות מיוחדות לחישובי תרמיות ותאורה (Ansys, Dialux), פלוס חישובי עלות-תועלת, פלוס Autocad ו-Inventor עבור דגמים ושרטוטים. וכאן אותם קשיים: את תוצאת החישוב מאפליקציה אחת צריך לגרור לאפליקציה אחרת לחישוב הבא. וכך מספר פעמים בחיפוש אחר הפתרון האופטימלי.

זמנו של מהנדס וזמנו של מדען הם זמן יקר מאוד. אנחנו לא מדברים כאן על שכר. מאחורי החישובים של המהנדס עומד פרויקט גדול עם צוות. מאחורי המחקר של המדען מסתתרת הפרספקטיבה של תעשייה שלמה. אבל לעתים קרובות מומחה מוסמך מאוד מעביר "בטיפשות" ערכים מתוכנית אחת לאחרת במקום לפתח מושגים, לעצב מודלים, לפרש תוצאות, לדון ולערוך סיעור מוחות עם עמיתים.

סימן ההיכר של הסביבה העסקית המודרנית הוא מהירות. השוק כל הזמן דוחף. ב-2014, לקח לנו 2-3 שבועות להכין פריסה. ב-2018 זה היה שלושה ימים, וזה כבר נראה ארוך מדי. כעת על המעצב לייצר מספר אפשרויות פתרון באותו זמן שהוקצה בעבר לאופציה אחת בלבד.

ועוד נקודה - השקעות וסיכונים. על מנת "לתפוס" פרויקט, מיזם חייב להשקיע ~6% מעלות הפרויקט הזה בפיתוח רעיוני לפני סגירת הסכם עם הלקוח. הכספים האלה הולכים:

• למחקר;
• עיצוב קונספטואלי;
• הערכת עלות עבודה;
• הכנת סקיצות וכו'.

החברה מוציאה אותם מהכיס שלה, זה הסיכון שלה. תשומת לב לקונספט דורשת זמן של מומחים, והם עסוקים בשגרה.

לאחר היכרות עם הכלים לעבודה בחברת IT, התחלתי להתעניין באילו שיטות אוטומציה של תהליכים עסקיים יכולים להיות שימושיים למהנדסים. לפיכך, עסקים כבר מזמן משתמשים באוטומציה של תהליכים רובוטיים (RPA) כדי להילחם בשגרה.

יצרני RPA טוענים ליתרונות הבאים של כלי אוטומציה כזה:

1. צדדיות (הרובוט מסוגל לעבוד עם כל יישום, עם כל מקור נתונים);
2. קלות למידה (אין צורך ביכולות מעמיקות בתכנות ובניהול);
3. מהירות הפיתוח (האלגוריתם המוגמר לוקח פחות זמן מתכנות מסורתי);
4. הקלה אמיתית של העובד מפעולות שגרתיות.

על סמך קריטריונים אלו נבדוק מהי ההשפעה של שימוש ב-RPA בחישובים הנדסיים/מדעיים.

תיאור הדוגמה

בואו נסתכל על דוגמה פשוטה. יש קורה שלוחה עם עומס.

הבה נסתכל על בעיה זו מעמדת מהנדס ומתפקיד מדען.

מארז "מהנדס": יש קורת שלוחה באורך 2 מ' עליה להחזיק עומס במשקל 500 ק"ג עם מרווח בטיחות פי 3. הקורה עשויה מצינור מלבני. יש צורך לבחור את קטע הקורה על פי קטלוג GOST.

מקרה "מדען": גלה כיצד מסת העומס, חתך הרוחב ואורך הקורה משפיעים על יכולת נשיאת העומס של קורה זו. הגזר את משוואת הרגרסיה.

בשני המקרים נלקח בחשבון כוח הכבידה שפועל על הקורה ביחס למסת הקורה.

בואו נלמד בפירוט את המקרה הראשון - "מהנדס". מקרה "המדען" מיושם באופן דומה.

מבחינה טכנית, הדוגמה שלנו פשוטה מאוד. ומומחה לנושא יוכל לחשב את זה פשוט על מחשבון. יש לנו מטרה נוספת: להראות כיצד פתרון RPA יכול לעזור כאשר המשימה הופכת לגדולה.

בהפשטות, נציין גם: חתך הצינור הוא מלבן אידיאלי, מבלי לעגל את הפינות, מבלי לקחת בחשבון את הריתוך.

משימת מהנדס

התוכנית הכללית של תיק "מהנדס" היא כדלקמן:

1. על גיליון אקסל יש לנו טבלה עם מגוון הצינורות לפי GOST.
2. עבור כל ערך בטבלה זו, עלינו לבנות מודל תלת מימד ב-Autodesk Inventor.
3. לאחר מכן, בסביבת Inventor Stress Analyzes, אנו מבצעים חישוב חוזק ומעלים את תוצאת החישוב ל-html.
4. אנו מוצאים את הערך "Maximum von Mises stress" בקובץ המתקבל.
5. אנו עוצרים את החישוב אם מקדם הבטיחות (היחס בין חוזק התפוקה של החומר למתח המקסימלי של von Mises) הוא פחות מ-3.

אנו מאמינים שקורה בחתך מתאים תספק מרווח בטיחות פי 3 ותהיה משקל מינימלי בין שאר האפשרויות.

בסך הכל, במשימה שלנו המומחה עובד עם 3 יישומים (ראה תרשים למעלה). במצב אמיתי, מספר הבקשות יכול להיות אפילו גדול יותר.

GOST 8645-68 "צינורות פלדה מלבניים" מכיל 300 ערכים. בבעיית ההדגמה שלנו, נקצר את הרשימה: ניקח פריט אחד מכל משפחת מידות. יש 19 רשומות בסך הכל, מתוכם אתה צריך לבחור אחד.

סביבת המידול של Inventor, בה נבנה את המודל ונבצע חישובי חוזק, מכילה ספריית חומרים מוכנים. ניקח את חומר האלומה מהספרייה הזו:

חומר - פלדה
צפיפות 7,85 גרם לקוב. ס"מ;
חוזק תפוקה 207 MPa;
חוזק מתיחה 345 MPa;
מודול יאנג 210 GPa;
מודול גזירה 80,7692 GPa.

כך נראה דגם תלת מימדי של קרן עמוסה:

והנה התוצאה של חישוב החוזק. המערכת צובעת אזורים פגיעים של האלומה באדום. אלו המקומות שבהם המתח הוא הכי גדול. הסולם משמאל מציג את ערך המתח המרבי בחומר הקורה.

 

כעת נעביר חלק מהעבודה לרובוט

תכנית העבודה משתנה באופן הבא:

נרכיב את הרובוט בסביבת Automation Anywhere Community Edition (להלן AA). בואו נעבור על קריטריוני ההערכה ונתאר רשמים סובייקטיביים.

צדדיות

פתרונות RPA (במיוחד מסחריים) ממוקמים בהתמדה כאמצעי לאוטומציה של תהליכים עסקיים ואוטומציה של עבודתם של עובדי המשרד. דוגמאות וקורסי הכשרה מכסים אינטראקציה עם ERP, ECM ו-Web. הכל מאוד "משרדי".

בהתחלה היו לנו ספקות אם AA תוכל לקלוט את הממשק והנתונים של Autodesk Inventor שלנו. אבל הכל באמת עבד: כל אלמנט, כל בקרה הוגדר ונרשם. אפילו בטפסי שירות עם טבלאות פרמטרים, הרובוט השיג גישה לתא הרצוי פשוט על ידי הצבעה על העכבר.

לאחר מכן היה מבחן עם השקת סטודיו לחישוב חוזק. וגם אין בעיה. בשלב זה נאלצנו לעבוד בזהירות עם הפסקות בין פעולות כאשר המערכת ממתינה לסיום החישוב.

שליפת הנתונים שהתקבלו מהאינטרנט והכנסתם לאקסל עברו בצורה חלקה.
במסגרת משימה זו אושרה הרבגוניות. אם לשפוט לפי התיאורים של ספקי RPA אחרים, צדדיות היא באמת תכונה נפוצה של קטגוריית תוכנות זו.

קל ללמוד

זה לקח כמה ערבים כדי לשלוט: קורסים, דוגמאות הדרכה - הכל שם. ספקי RPA רבים מציעים הדרכה בחינם. החסם היחיד: ממשק הסביבה וקורסי AA הם רק באנגלית.

מהירות התפתחות

פיתחנו וניפוי באגים באלגוריתם ל"בעיית המהנדס" בערב. רצף הפעולות הושלם ב-44 הוראות בלבד. להלן קטע של ממשק Automation Anywhere עם רובוט מוגמר. קונספט נמוך/ללא קוד - לא היה צורך לתכנת: השתמשנו במקליטים של פעולות או ב-drug'n'drop מספריית הפקודות. לאחר מכן הגדר את הפרמטרים בחלון המאפיינים.

הקלה מהשגרה

הרובוט מקדיש דקה אחת ו-1 שניות לעיבוד רשומה אחת. בילינו בערך את אותה כמות זמן בעיבוד רשומה אחת ללא רובוט.

אם אנחנו מדברים על עשרות ומאות רשומות, אז אדם בהכרח יתעייף ויתחיל להסיח את דעתו. מומחה עשוי להיות עסוק פתאום במשימה אחרת. עם אדם, פרופורציה של הטופס "אם משימה לוקחת דקה, אז ניתן להשלים N משימות כאלה תוך A * N דקות" לא עובד - זה תמיד לוקח יותר זמן.

בדוגמה שלנו, הרובוט ימיין את הרשומות ברצף, החל מהקטעים הגדולים ביותר. במערכים גדולים זו שיטה איטית. כדי להאיץ, אתה יכול ליישם קירובים עוקבים, למשל, שיטת ניוטון או חצי חלוקה.
תוצאת חישוב:

טבלה 1. תוצאה של בחירת קטע הקורה

משימתו של המדען

המשימה של המדען היא לערוך מספר ניסויים מספריים כדי לקבוע את החוק לפיו יכולת נשיאת העומס של קורה משתנה בהתאם לחתך הרוחב, לאורכה ולמסה של העומס. החוק המצוי מנוסח בצורה של משוואת רגרסיה.

כדי שמשוואת רגרסיה תהיה מדויקת, מדען חייב לעבד כמות גדולה של נתונים.

לדוגמה שלנו, מוקצה מערך של משתני קלט:

• גובה פרופיל צינור;
• רוֹחַב;
• עובי קיר;
• אורך הקורה;
• משקל המטען.

אם אנחנו צריכים לעשות את החישוב עבור לפחות 3 ערכים של כל משתנה, אז בסך הכל מדובר ב-243 חזרות. עם משך של שתי דקות של איטרציה אחת, הזמן הכולל יעמוד על 8 שעות - יום עבודה שלם! למחקר שלם יותר, עלינו לקחת לא 3 ערכים, אלא 10 או יותר.

במהלך המחקר בהחלט יתברר כי יש לכלול גורמים נוספים במודל. לדוגמה, "להניע" דרגות פלדה שונות. נפח החישובים גדל פי עשרות ומאות.

במשימה אמיתית, הרובוט יוכל לשחרר את המדען למספר ימים, בהם ישתמש המומחה להכנת הפרסום, וזהו האינדיקטור העיקרי לפעילותו של המדען.

תקציר

"מוצר" של מהנדס הוא מכשיר עובד באמת, עיצוב. רובוטיזציה של חישובים תפחית סיכונים עקב פיתוח מעמיק יותר של הפרויקט (יותר חישובים, יותר מצבים, יותר אפשרויות).

"תוצר" של מדען הוא משוואה, דפוס או תיאור קומפקטי אחר. וככל שהוא מדויק יותר, כך מעורבים יותר נתונים בניתוח. פתרון RPA יעזור לייצר מידע "מזון" לדגמים.

בואו נכליל את הדוגמה שלנו.

תפקידו של מודל החישוב יכול להיות כל דגם: דגם גשר, דגם מנוע, דגם מערכת חימום. המומחה נדרש לוודא שכל מרכיבי המודל נמצאים באינטראקציה נכונה זה עם זה ושהמודל מספק "מחוץ" סט של פרמטרים-משתנים מרכזיים.

את תפקידה של סביבת המחשוב ממלא כל יישום שמומחה משתמש בעבודתו. Ansys, Autocad, Solidworks, FlowVision, Dialux, PowerMill, Archicad. או משהו שפותח בבית, למשל, תוכנית לבחירת מאווררים במפעל ייצור (ראה תוכניות בחירת ציוד של Systemair).

אנו מחשיבים אתר אינטרנט, מסד נתונים, גיליון אקסל וקובץ txt כמקור נתונים.
התוצאה הסופית של העבודה - דוח - היא מסמך וורד עם טקסט שנוצר אוטומטית, תרשים אקסל, סט צילומי מסך או ניוזלטר במייל.

RPA ישים בכל מקום שבו ניתוח הנדסי ישים. הנה כמה תחומים:

• חישובי חוזק ועיוות;
• דינמיקה הידרו-וגז;
• חילופי חום;
• אלקטרומגנטיות;
• ניתוח בין-תחומי;
• עיצוב גנרטיבי;
• תוכניות בקרה עבור CNC (לדוגמה, קינון);
• מחקר רפואי וביולוגי;
• בחישובים של מערכות עם משוב או מערכות לא נייחות (כאשר יש להעביר את התוצאה הסופית לנתוני המקור ולחזור על החישוב).

כיום, פתרונות RPA נמצאים בשימוש פעיל בעסקים לאוטומציה של תהליכים ועבודה עם נתונים. לשגרה של עובד משרד, מהנדס ומדען יש הרבה מן המשותף. הראינו שרובוטים שימושיים בהנדסה ובמדע.

בואו נסכם את ההתרשמות שלנו.

1. צדדיות - כן, RPA הוא כלי אוניברסלי.
2. קל ללמידה - כן, פשוט ונגיש, אבל צריך שפה.
3. מהירות הפיתוח - כן, האלגוריתם מורכב במהירות, במיוחד כשמתחילים לעבוד עם מקליטים.
4. לשחרר את עצמך מהשגרה - כן, זה באמת יכול להביא יתרונות במשימות בקנה מידה גדול.

מקור: www.habr.com