Përdorimi i RPA në llogaritjet shkencore dhe inxhinerike

Hyrje

Në shkollë, për të konsoliduar njohuritë, na kërkonin të zgjidhnim shumë shembuj të ngjashëm. Ne gjithmonë ishim të shqetësuar: ç'ka është e çmuar këtu? Të vendosësh dy-tre vlera në formulë dhe të marrësh një përgjigje. Ku është këtu fluturimi i mendjes? Realiteti doli të ishte më i ashpër se shkolla.

Tani punoj si analist në IT. Para se të vinim në fushën e IT, kam punuar si inxhinier termik, programues CNC dhe kam marrë pjesë në projekte kërkimore.

Nga përvoja ime, kam arritur në përfundimin se 95% e kohës së punës inxhinierët dhe shkencëtarët e kalojnë në veprime "të ngjashme". Llogaritjet e ekuacioneve, kontrolli, regjistrimi i rezultateve, kopjimi i specifikimeve. Projekt pas projekti, eksperiment pas eksperimenti, ditë pas dite.

Ja disa shembuj nga puna ime e kaluar.

Para vitit 2019, bëja maketa për formësimin në vakum. Nëse një maketë e tillë mbulohet me plastik të nxehtë, do të marrim një produkt që përsosmërisht përsërit gjeometrinë e asaj makete. Përshkrimi i teknologjisë këtu.

Në ciklin e prodhimit të maketës nevojitet një sërë aplikacionesh të specializuara:

• Autodesk Inventor për modelimin 3D;
• Excel për shkarkimin e dimensioneve të materialit;
• Excel për llogaritjen e kostos së maketës;
• moduli HSM për përgatitjen e programit kontrollues CNC;
• Sistemi i skedarëve të kompjuterit për menaxhimin e skedarëve të programeve;
• Mjedisi Mach3 për të menaxhuar makinerinë CNC.

Nga një mjedis në tjetrin, të dhënat na duhej t'i transferonim manualisht, e kjo do të thoshte tabela të tëra dhe grupe vlerash. Procesi ishte i ngadaltë, shpesh ndodhnin gabime.

Para kësaj kam marrë pjesë në zhvillimin dhe prodhimin e fibra optike (link). Kishte shumë kërkime, projektim dhe llogaritje atje: mjedise të specializuara për llogaritje termike dhe të ndriçimit (Ansys, Dialux), plus llogaritje të efikasitetit ekonomik, plus Autocad dhe Inventor për modelet dhe skicat. Dhe këtu ishin të njëjtat vështirësi: rezultati i llogaritjes nga një aplikacion duhej të transferohej në një aplikacion tjetër për llogaritjen e ardhshme. Dhe kështu disa herë në kërkim të zgjidhjes optimale.

Koha e inxhinierëve dhe koha e shkencëtarëve është një kohë shumë e kushtueshme. Çështja këtu nuk është paga. Pas llogaritjeve të inxhinierëve fshihet një projekt i madh me një ekip. Pas hulumtimeve të shkencëtarëve qëndron perspektiva e tërë një industrie. Por shpesh specialistët e kualifikuar me përvojë "thjesht" kopjojnë të dhënat nga një program në tjetrin, në vend që të zhvillojnë koncepte, modele, të interpretojnë rezultatet, të diskutojnë dhe të realizojnë brainstorming me kolegët.

Veçoria e ambientit modern të biznesit është shpejtësia. Tregu gjithmonë nxit. Në vitin 2014, për të prodhuar një model ne merrnim 2-3 javë. Në vitin 2018 – tre ditë, dhe kjo tashmë dukej shumë e gjatë. Tani projektuesi duhet të ofrojë disa variante zgjidhjeje në të njëjtën kohë që më parë ishte rezervuar vetëm për një variant.

Dhe një moment tjetër – investimet dhe rreziqet. Për të "kapur" një projekt, ndërmarrja para lidhjes së kontratës me klientin duhet të investojë në zhvillimin konceptual rreth 6% të kostos së këtij projekti. Këto mjete shkojnë:

• në hulumtim;
• në projektimin konceptual;
• në vlerësimin e shpenzimeve të punës;
• në përgatitjen e skicave dhe të tjerë.

Kompania i merr ato nga xhepi i saj, ky është rreziku i saj. Vëmendja për konceptin kërkon kohën e specialistëve, dhe ata janë të zënë me rutinën.

Pasi u njoha me mjetet e punës në kompaninë IT, u interesova se cilat praktika nga automatizimi i proceseve të biznesit mund të ishin të dobishme për inxhinierët. Kështu, biznesi ka zbatuar prej kohësh robotizimin e proceseve (RPA) për të luftuar rutinën.

Prodhuesit e RPA deklarojnë për avantazhet e mëposhtme të këtij instrumenti automatizimi:

1. universalitet (robotet janë në gjendje të punojnë me çdo aplikacion, me çdo burim të dhënash);
2. thjeshtësia e mësimit (nuk kërkohen kompetenca të thella në programim dhe administrim);
3. shpejtësia e zhvillimit (për një algoritëm të gatshëm shkaktohet më pak kohë sesa me programimin tradicional);
4. lehtësimi real i punonjësit nga operacionet rutinë.

Në bazë të këtyre kritereve ne do të vlerësojmë se çfarë efekti ka përdorimi i RPA në llogaritjet inxhinierike / shkencore.

Përshkrimi i shembullit

Do të shqyrtojmë një shembull të thjeshtë. Ka një prush të konsoliduar me ngarkesë.

Të shikojmë këtë problem nga perspektiva e inxhinierit dhe nga perspektiva e shkencëtarit.

Rasti «inxhinier»: ka një beam të fiksuar në konzolë me gjatësi 2 m. Ajo duhet të mbajë një ngarkesë prej 500 kg me një rezervë forca 3-fish. Beama është e bërë nga një tub drejtkëndësh. Duhet të zgjidhet prerja e beamës nga katalogu GOST.

Rasti «shkencëtar»: të zbulohet si ndikon masa e ngarkesës, prerja dhe gjatësia e beamës në kapacitetin mbështetës të kësaj beamë. Të nxjerrim barazimin regresion.

Në të dy rastet merret parasysh forca e gravitetit, e cila vepron mbi beamë në proporcion me masën e beamës.

Do të shqyrtojmë në detaje pikërisht rastin e parë — «inxhinier». Rasti «shkencëtar» realizohet në një mënyrë të ngjashme.

Teknikisht, shembulli ynë është shumë i thjeshtë. Dhe spekali i lëndëve do të mund ta llogarisë lehtësisht me një kalkulator. Ne ndjekim një qëllim tjetër: të tregojmë se si do të ndihmojë zgjidhja RPA kur detyra bëhet në shkallë.

Në përmbledhje do të theksojmë gjithashtu: prerja e tubit — një drejtkëndësh ideal, pa kënde të rrumbullakosur, pa marrë parasysh saldimin.

Detyra e inxhinierit

Skema e përgjithshme e rastit «inxhinier» është kështu:

1. Në një fletë Excel kemi një tabelë me llojet e tubave sipas GOST.
2. Për çdo regjistrim nga kjo tabelë duhet të ndërtojmë një model 3D në Autodesk Inventor.
3. Më pas, në mjedisin e Analizave të Stresit Inventor, kryejmë llogaritjen e forcës dhe eksportojmë rezultatin e llogaritjes në html.
4. Gjejmë në skedarin e marrë vlerën «Tensioni Maksimal sipas Mises».
5. Ndaluam llogaritjen nëse rezerva e forcës (raporti i kufirit të rrjedhjes së materialit ndaj tensionit maksimal sipas Mises) do të jetë më pak se 3.

Mendojmë se beama me prerjen e përshtatshme do të sigurojë një rezervë 3-fish dhe do të jetë minimalja në masë në mesin e varianteve të tjera.

Në përmbledhje, në detyrën tonë specialisti punon me 3 aplikacione (shih diagramin më sipër). Në një ambient real, numri i aplikacioneve mund të jetë edhe më i lartë.

GOST 8645-68 «Tubat çeliku drejtkëndësh» përmban 300 regjistrime. Në detyrën tonë demonstruese do të shkurtsojmë listën: do të marrim një pozicion nga çdo grup madhësish. Në total janë 19 regjistrime, nga të cilat duhet të zgjidhet njëra.

Mediat e modelimit Inventor, në të cilën do të ndërtojmë modelin dhe do të bëjmë llogaritjen e forcës, përmban një bibliotekë materialesh të gatshme. Materialin e beamës do ta marrim nga kjo bibliotekë:

materiali — Çelik
Dendësia 7,85 g/kub. cm;
Kufiri i rrjedhjes 207 MPa;
Kufiri i çarjes 345 MPa;
Moduli i Young 210 GPa;
Moduli i rreshqitjes 80,7692 GPa.

Kështu duket modeli tremёdor i beamës së ngarkuar:

Këtu është rezultati i llogaritjes së qëndrueshmërisë. Sistemi e thekson në të kuqe zonat e dobëta të shkutës. Në këto vende, tensioni është më i madh. Shkalla në anën e majtë tregon vlerën maksimale të tensionit në materialin e shkutës.

Tani do t'ia kalojmë një pjesë të punës robotit.

Skema e punës ndryshon si më poshtë:

Do ta ndiejmë robotin në mjedisin Automation Anywhere Community Edition (në vazhdim AA). Do të kalojmë përmes kritereve të vlerësimit dhe do të përshkruajmë përshtypjet subjektive.

Universialiteti

Zgjidhjet RPA (veçanërisht ato komerciale) ngulmojnë t'i pozicionojnë si mjete për automatizimin e proceseve të biznesit, automatizimin e punës së punonjësve të zyrës. Në shembuj dhe kurse trajnuese, shqyrtohet ndërveprimi me ERP, ECM, Web. E gjithë kjo është shumë 'zyrës'.

Në fillim kishim dyshime nëse AA do të mund të kapte ndërfaqen dhe të dhënat e Autodesk Inventor tonë. Por gjithçka funksionoi me të vërtetë: çdo element, çdo kontroll u identifikua dhe regjistrua. Edhe në formatet e shërbimeve me tabela parametrike, roboti kishte qasje në qelinë e nevojshme thjesht duke e treguar me maus.

Pastaj ishte një provë me nisjen e studios së llogaritjes së qëndrueshmërisë. Edhe kjo pa probleme. Në këtë hap, duhej të punonim me kujdes me pauzat ndërmjet veprimeve, kur sistemi pret përfundimin e llogaritjes.

Kombinimi i të dhënave përfundimtare nga Web dhe vendosja e tyre në Excel kaloi pa probleme.
Në kuadër të kësaj detyre, universaliteti u konfirmua. Sipas përshkrimeve të ofruesve të tjerë RPA, universaliteti është vërtet një pronë e përbashkët e kësaj kategorie softuerike.

Thjeshtësia e mësimit

Mësimi zgjati disa mbrëmje: kurset, shembujt mësimorë - gjithçka ekziston. Te shumë ofrues RPA, trajnimi është falas. Barrierë e vetme: ndërfaqja e mjedisit dhe kurset në AA janë vetëm në anglisht.

Shpejtësia e zhvillimit

Algoritmin për 'detyrën e inxhinierit' e zhvilluam dhe e rregulluam brenda një mbrëmjeje. Renditja e veprimeve përfshiu vetëm 44 instrukcione. Më poshtë është një fragment i ndërfaqes Automation Anywhere me robotin e gatshëm. Koncepti Low code/No code - nuk pati nevojë për programim: përdorëm regjistruesit e veprimeve ose drag’n’drop nga biblioteka e komandave. Pastaj konfigurimi i parametrave në dritaren e pronave.

Shkëputja nga rutina

Robotit i duhen 1 minutë e 20 sekonda për të përpunuar një regjistrim. Nga sa kohë na duhej të përpunonim një regjistrim pa robotin.

Nëse është fjala për dhjetëra dhe qindra regjistrime, njeriu patjetër do të lodhet dhe do të fillojë të shpërqendrohet. Një specialist mund të përfshihet papritur në një detyrë tjetër. Me njerinë, proporcioni si «Nëse detyra merr A minuta, atëherë N detyra të tilla mund të kryhen për A*N minuta» nuk funksionon – gjithmonë shpenzohet më shumë kohë.

Në shembullin tonë, roboti do të kalojë regjistrimet një pas një, duke filluar nga seksionet më të mëdha. Në massa të mëdha, kjo nuk është një metodë e shpejtë. Për të përshpejtuar, mund të realizohet akoma afrim i radhës, për shembull, metoda e Newtonit ose e ndarjes në dy.
Rezultati i llogaritjes:

Tabela 1. Rezultati i përcaktimit të seksionit të trarëve

Detyra e shkencëtarit

Detyra e shkencëtarit është të kryejë disa eksperimente numerike për të përcaktuar ligjin sipas të cilit ndryshon kapaciteti mbajtës i trarit në përputhje me seksionin e tij, gjatësinë dhe masën e ngarkesës. Ligji i gjetur formulohet në formën e një ekuacioni regresioni.

Për të pasur saktësi ekuacioni regresioni, shkencëtari duhet të përpunojë një masë të madhe të dhënash.

Për shembullin tonë, përshkruhet një masë e inputeve:

• lartësia e profilit të tubit;
• gjerësia;
• trashësia e murit;
• gjatësia e trarit;
• masa e ngarkesës.

Nëse duhet të bëjmë llogaritjen për të paktën 3 vlera për çdo variabël, atëherë gjithsej kjo është 243 përsëritje. Me një kohëzgjatje prej dy minutash për një iteracion, koha e përgjithshme do të arrijë tashmë në 8 orë – një ditë e tërë pune! Për një studim më të plotë, duhet të marrim jo 3 vlera, por 10 ose më shumë.

Gjatë hulumtimit, patjetër do të zbulohet se modelit duhet t'i shtohen faktorë të tjerë. Për shembull, të «testohen» lloje të ndryshme çeliku. Vëllimi i llogaritjeve rritet në dhjetëra dhe qindra herë.

Në një detyrë reale, roboti do të jetë në gjendje të lirojë shkencëtarin për disa ditë, të cilat specialisti do t'i përdorë për përgatitjen e publikimit, dhe ky është treguesi kryesor i aktivitetit të shkencëtarit.

CV

«Produkti» i inxhinierit është një pajisje funksionale, një konstrukcion. Robotizimi i llogaritjeve do të zvogëlojë rreziqet përmes një zhvillimi më të thellë të projektit (më shumë llogaritje, më shumë skenarë, më shumë variante).

«Produkti» i shkencëtarit është ekuacioni, rregullin ose një përshkrim tjetër kompakt. Sa më i saktë, aq më shumë të dhëna janë përfshirë në analizë. Zgjidhja RPA do të ndihmojë në formimin e «ushqimit» informativ për modelet.

Le të përmbledhim shembullin tonë.

Si një model llogaritës mund të jetë çdo lloj modeli: modeli i një ure, modeli i një motori, modeli i një sistemi ngrohjeje. Nga specialisti kërkohet që të gjitha komponentët e modelit të jenë në përputhje të saktë me njëri-tjetrin dhe që modeli të ofrojë një grup parametrash kyç në "jashtë".

Roli i ambientit llogaritës luhet nga çdo aplikacion që specialisti përdor në punë. Ansys, Autocad, Solidworks, FlowVision, Dialux, PowerMill, Archicad. Ose ndonjë program i zhvilluar vetë, për shembull, një program për zgjedhjen e ventilatorëve në fabrikën prodhuese (shih Programet e zgjedhjes së pajisjeve Systemair).

Në rolin e burimit të të dhënave shqyrtojmë si ueb-faqen, si bazën e të dhënave, si fletën Excel, ashtu edhe skedarin txt.
Rezultati përfundimtar i punës – raporti – është një dokument Word me tekst të formuar automatikisht, një diagram Excel, një grup skrinshotësh ose një dërgesë e emaileve.

RPA është e aplikueshme kudo ku kërkohet analiza inxhinierike. Ja disa fusha:

• llogaritjet e qëndrueshmërisë dhe deformimi;
• hidro- dhe gazdinamika;
• transferi i nxehtësisë;
• elektromagnetizmi;
• analiza ndërdisiplinore;
• projektimi prodhues;
• programet kontrolluese për CNC (për shembull, nesting);
• studime mjekësore dhe biologjike;
• në llogaritjet e sistemeve me feedback ose sistemeve jo stacionare (kur rezultati përfundimtar duhet të transferohet në të dhënat fillestare dhe llogaritja të përsëritet).

Sot, zgjidhjet RPA po përdoren aktivisht në biznes për automatizimin e proceseve dhe menaxhimin e të dhënave. Në rutinën e punonjësit të zyrës, inxhinierit dhe shkencëtarit ka shumë ngjashmëri. Ne kemi treguar se robotët janë të dobishëm në aktivitetin inxhinierik dhe shkencor.

Të përmbledhësh përshtypjet tona.

1. Universaliteti – po, RPA është një mjet universal.
2. Thjeshtësia në mësim – po, është e lehtë dhe e aksesueshme, por kërkon një gjuhë.
3. Shpejtësia e zhvillimit – po, algoritmi grumbullohet shpejt, sidomos kur ‘’merr dorë’’ duke punuar me regjistruesit.
4. Zgjidhja nga rutina – po, është me të vërtetë në gjendje të sjellë dobi në detyrat e masës së madhe.

Burimi: habr.com