Введение В школе для закрепления наших знаний нам предлагали решить множество подобных примеров.
Мы все время раздражались: что здесь ценного? Подставьте в формулу два-три значения и получите ответ. Где здесь полет мысли? Реальность оказалась суровее школы.
Сейчас я работаю IT-аналитиком.
До прихода в IT-сферу я работал инженером-теплотехником, программистом ЧПУ, участвовал в исследовательских проектах.
По своему опыту убежден, что инженеры и ученые тратят 95% своего рабочего времени на такие «однотипные» действия.
Вычисляйте уравнения, проверяйте, записывайте результаты, копируйте спецификации.
Проект за проектом, эксперимент за экспериментом, день за днем.
Вот пара примеров из моей предыдущей работы.
До 2019 года делал макеты для термовакуумной формовки.
Если такую модель покрыть нагретым пластиком, то мы получим изделие, в точности повторяющее геометрию этой модели.
Описание технологии здесь .
Цикл изготовления макетов требует целого набора узкоспециализированных приложений:
- Autodesk Inventor для 3D-моделирования;
- Excel для загрузки размеров деталей;
- Excel для расчета стоимости макета;
- HSM модуль для создания программы управления ЧПУ;
- Компьютерная файловая система для управления программными файлами;
- Среда Mach3 для управления станком с ЧПУ.
Процесс медленный, часто случаются ошибки.
До этого я участвовал в разработке и производстве световодов( связь ).
Там было много исследований, проектирования и расчетов: специализированные среды для тепловых и светотехнических расчетов (Ansys, Dialux), плюс расчеты экономической эффективности, плюс Autocad и Inventor для моделей и чертежей.
И тут те же трудности: результат расчета из одного приложения нужно перетащить в другое приложение для следующего расчета.
И так несколько раз в поисках оптимального решения.
Время инженера и время учёного — очень ценное время.
Здесь речь не идет о зарплате.
За расчетами инженера стоит большой проект с командой.
За исследованиями ученого кроется перспектива целой отрасли.
Но зачастую высококвалифицированный специалист «тупо» переносит значения из одной программы в другую вместо того, чтобы разрабатывать концепции, моделировать, интерпретировать результаты, обсуждать и проводить мозговые штурмы с коллегами.
Отличительной чертой современной деловой среды является скорость.
Рынок постоянно давит. В 2014 году на изготовление макета у нас уходило 2-3 недели.
В 2018 году это было три дня, и это уже казалось слишком долго.
Теперь проектировщик должен разработать несколько вариантов решения за то же время, которое раньше было отведено только одному варианту.
И еще один момент – инвестиции и риски.
Чтобы «зацепиться» за проект, предприятию необходимо вложить ~6% стоимости этого проекта в концептуальную разработку до заключения договора с заказчиком.
Эти средства идут:
- для исследований;
- концептуальный дизайн;
- оценка стоимости рабочей силы;
- подготовка эскизов и т.д.
Внимание к концепции требует времени специалистов, а они заняты рутиной.
Познакомившись с инструментами работы в ИТ-компании, я заинтересовался, какие практики автоматизации бизнес-процессов могут быть полезны инженерам.
Таким образом, предприятия уже давно используют роботизированную автоматизацию процессов (RPA) для борьбы с рутиной.
Производители RPA заявляют о следующих преимуществах такого средства автоматизации:
- универсальность (робот способен работать с любым приложением, с любым источником данных);
- простота обучения (не требуются глубокие компетенции в программировании и администрировании);
- скорость разработки (готовый алгоритм занимает меньше времени, чем традиционное программирование);
- реальное освобождение работника от рутинных операций.
Описание примера
Давайте посмотрим на простой пример.Имеется консольная балка с грузом.
Давайте посмотрим на эту проблему с позиции инженера и с позиции учёного.
Корпус «Инженер»: имеется консольная балка длиной 2 м.
Он должен выдерживать груз массой 500 кг с 3-кратным запасом прочности.
Балка изготовлена из прямоугольной трубы.
Сечение бруса необходимо подбирать по каталогу ГОСТ.
Дело «учёный»: выяснить, как масса груза, сечение и длина балки влияют на несущую способность этой балки.
Выведите уравнение регрессии.
В обоих случаях учитывается сила тяжести, действующая на балку пропорционально массе балки.
Разберем подробно первый случай – «инженер».
Случай «ученого» реализуется аналогичным образом.
Технически наш пример очень прост. А специалист-предметник сможет его посчитать просто на калькуляторе.
У нас есть еще одна цель: показать, как RPA-решение может помочь, когда задача становится масштабной.
В упрощениях отметим еще: сечение трубы – идеальный прямоугольник, без закруглений углов, без учета сварного шва.
Задача инженера
Общая схема «инженерного» дела такова:- На листе Excel у нас есть таблица с номенклатурой труб по ГОСТу.
- Для каждой записи в этой таблице мы должны построить 3D-модель в Autodesk Inventor.
- Затем в среде Inventor Stress Analysiss выполняем расчет прочности и загружаем результат расчета в html.
- В полученном файле находим значение «Максимальное напряжение по Мизесу».
- Останавливаем расчет, если коэффициент запаса (отношение предела текучести материала к максимальному напряжению по Мизесу) меньше 3.
Всего в нашей задаче специалист работает с 3 приложениями (см.
схему выше).
В реальной ситуации количество заявок может быть еще больше.
ГОСТ 8645-68 «Трубы стальные прямоугольные» содержит 300 позиций.
В нашей демонстрационной задаче мы сократим список: возьмем по одному элементу из каждого размерного семейства.
Всего 19 записей, из которых вам нужно выбрать одну.
Среда моделирования Inventor, в которой мы будем строить модель и производить прочностные расчеты, содержит библиотеку готовых материалов.
Материал балки мы возьмем из этой библиотеки: Материал - Сталь Плотность 7,85 г/куб.
см; Предел текучести 207 МПа; Предел прочности 345 МПа; модуль Юнга 210 ГПа; Модуль сдвига 80,7692 ГПа.
Вот как выглядит трехмерная модель нагруженной балки: 
И вот результат расчета прочности.
Система окрашивает уязвимые участки луча в красный цвет. Это места, где напряжение наибольшее.
Шкала слева показывает значение максимального напряжения в материале балки.
Теперь передадим часть работы роботу
Схема работы меняется следующим образом:
Собирать робота будем в среде Automation Anywhere Community Edition (далее AA).
Пробежимся по критериям оценки и опишем субъективные впечатления.
Универсальность
RPA-решения (особенно коммерческие) упорно позиционируются как средство автоматизации бизнес-процессов и автоматизации работы офисных сотрудников.Примеры и учебные курсы охватывают взаимодействие с ERP, ECM и Интернетом.
Все очень «офисно».
Сначала у нас были сомнения, сможет ли АА подобрать интерфейс и данные нашего Autodesk Inventor. Но все действительно работало: каждый элемент, каждый элемент управления был определен и записан.
Даже в сервисных формах с таблицами параметров робот получал доступ к нужной ячейке простым наведением мышки.
Дальше был тест с запуском студии прочностных расчетов.
И никаких проблем.
На этом этапе нам пришлось внимательно поработать с паузами между действиями, когда система ожидает завершения расчета.
Получение полученных данных из Интернета и вставка их в Excel прошли гладко.
В рамках этой задачи подтвердилась универсальность.
Судя по описаниям других производителей RPA, универсальность действительно является общей чертой этой категории программного обеспечения.
Легко обучаема
На освоение ушло несколько вечеров: курсы, обучающие примеры — всё есть.Многие поставщики RPA предлагают бесплатное обучение.
Единственный барьер: интерфейс среды и курсы АА только на английском языке.
Скорость разработки
Вечером разработали и отладили алгоритм «задачи инженера».Последовательность действий была выполнена всего за 44 инструкции.
Ниже представлен фрагмент интерфейса Automation Anywhere с готовым роботом.
Концепция Low code/No code – не было необходимости программировать: мы использовали регистраторы операций или наркотики из библиотеки команд. Затем настройте параметры в окне свойств.
Освобождение от рутины
На обработку одной записи робот тратит 1 минуту 20 секунд. Примерно столько же времени мы потратили на обработку одной записи без робота.Если речь идет о десятках и сотнях пластинок, то человек неизбежно устанет и начнет отвлекаться.
Специалист может внезапно быть занят какой-то другой задачей.
С человеком пропорция вида «Если задача занимает А минут, то N таких задач можно выполнить за А*N минут» не работает — времени всегда уходит больше.
В нашем примере робот будет сортировать записи последовательно, начиная с самых больших разделов.
На больших массивах это медленный метод. Для ускорения можно реализовать последовательные приближения, например, метод Ньютона или половинное деление.
Результат расчета:
Таблица 1. Результат выбора сечения балки 
Задача ученого
Задача ученого — провести несколько численных экспериментов, чтобы определить закон, по которому несущая способность балки изменяется в зависимости от ее сечения, длины и массы груза.Найденный закон формулируется в виде уравнения регрессии.
Чтобы уравнение регрессии было точным, ученый должен обработать большой объем данных.
Для нашего примера выделяется массив входных переменных:
- высота профиля трубы;
- ширина;
- толщина стен;
- длина балки;
- вес груза.
При двухминутной продолжительности одной итерации общее время составит 8 часов – целый рабочий день! Для более полного исследования следует брать не 3 значения, а 10 и более.
В ходе исследования наверняка станет ясно, что в модель необходимо включить дополнительные факторы.
Например, «гонять» разные марки стали.
Объем вычислений увеличивается в десятки и сотни раз.
На реальной задаче робот сможет освободить учёного на несколько дней, которые специалист потратит на подготовку публикации, а это основной показатель активности учёного.
Краткое содержание
«Изделие» инженера — это реально работающее устройство, конструкция.Роботизация расчетов снизит риски за счет более глубокого развития проекта (больше расчетов, больше режимов, больше возможностей).
«Продуктом» ученого является уравнение, закономерность или другое компактное описание.
И чем оно точнее, тем больше данных участвует в анализе.
RPA-решение поможет генерировать информационную «пищу» для моделей.
Обобщим наш пример.
В роли расчетной модели может выступать любая модель: модель моста, модель двигателя, модель системы отопления.
От специалиста требуется следить за тем, чтобы все компоненты модели находились в корректном взаимодействии друг с другом и чтобы модель предоставляла «вне» набор ключевых параметров-переменных.
Роль вычислительной среды играет любое приложение, которое специалист использует в своей работе.
Ansys, Autocad, Solidworks, FlowVision, Dialux, PowerMill, Archicad. Или что-то собственной разработки, например, программу подбора вентиляторов на заводе-производителе (см.
Программы подбора оборудования Systemair).
В качестве источника данных мы рассматриваем веб-сайт, базу данных, лист Excel и текстовый файл.
Конечный результат работы – отчет – это документ Word с автоматически сформированным текстом, диаграмма Excel, набор скриншотов или электронная рассылка.
RPA применим везде, где применим инженерный анализ.
Вот некоторые области:
- прочностные расчеты и деформации;
- гидро- и газодинамика;
- Теплообмен;
- электромагнетизм;
- междисциплинарный анализ;
- генеративный дизайн;
- управляющие программы для ЧПУ (например, раскрой);
- медицинские и биологические исследования;
- при расчетах систем с обратной связью или нестационарных систем (когда конечный результат необходимо перенести в исходные данные и повторить расчет).
Распорядок дня офисного работника, инженера и ученого имеет много общего.
Мы показали, что роботы полезны в технике и науке.
Подведем итог нашим впечатлениям.
- Универсальность — да, RPA — универсальный инструмент.
- Легко учиться – да, просто и доступно, но нужен язык.
- Скорость разработки - да, алгоритм собирается быстро, особенно когда наловчишься работать с регистраторами.
- Освободить себя от рутины – да, в масштабных задачах это действительно может принести пользу.
-
Пять Альтернатив Масштабированию Ии
19 Oct, 24 -
Разработка Kodicms
19 Oct, 24
