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Para consolidar el conocimiento en la escuela, se nos pidió que resolviéramos muchos ejemplos similares. Siempre nos molestó: ¿qué es tan valioso? Sustituya dos o tres valores en la fórmula y obtenga una respuesta. ¿Dónde está el vuelo del pensamiento? La realidad resultó ser más dura que la escuela.
Ahora trabajo como analista de TI. Antes de unirme al campo de TI, trabajé como ingeniero de calor, programador de CNC y participé en proyectos de investigación.
Desde mi propia experiencia, estaba convencido de que los ingenieros y científicos dedican el 95% de su tiempo de trabajo a tales "acciones similares". Cálculos de ecuaciones, verificaciones, registro de resultados, copia de especificaciones. Proyecto por proyecto, experimento por experimento, día tras día.
Aquí hay un par de ejemplos de mi trabajo anterior.
Hasta 2019, hice modelos para moldeo por vacío térmico. Si dicho modelo está envuelto en plástico calentado, obtenemos un producto que repite exactamente la geometría de este modelo. Descripción de la tecnología
aquí .
En el ciclo de producción del diseño, se necesita un conjunto completo de aplicaciones altamente especializadas:
- Autodesk Inventor para modelado 3D;
- Excel para cargar tamaños de piezas de trabajo;
- Excel para calcular el costo del diseño;
- Módulo HSM para compilar el programa de control NC;
- Sistema informático de archivos para gestionar archivos de programas;
- Entorno Mach3 para controlar la máquina CNC.
Era necesario transferir datos de un entorno a otro manualmente, y estas son tablas completas y matrices de valores. El proceso es lento, a menudo se producen errores.
Antes de esto, participé en el diseño y fabricación de fibras ópticas (
enlace ). Hubo mucha investigación, diseño y cálculos allí: entornos especializados para cálculos de ingeniería térmica e ingeniería de iluminación (Ansys, Dialux), además de cálculos de costo-efectividad, además de Autocad e Inventor para modelos y dibujos. Y aquí están las mismas dificultades: el resultado del cálculo de una aplicación debe arrastrarse a otra aplicación para el siguiente cálculo. Y así varias veces en busca de la mejor solución.
El tiempo de un ingeniero y el tiempo de un científico es muy costoso. Esto no se trata de salario. Detrás de los cálculos de un ingeniero hay un gran proyecto con un equipo. Detrás de la investigación científica está la perspectiva de toda una industria. Pero a menudo, un especialista altamente calificado "estúpidamente" interrumpe los valores de un programa a otro en lugar de desarrollar conceptos, modelar, interpretar resultados, disputas y lluvia de ideas con colegas.
Una característica del entorno empresarial actual es la velocidad. El mercado está constantemente presionando. En 2014, tomamos 2-3 semanas para hacer el diseño. En 2018, tres días, y ya parecía demasiado largo. Ahora el diseñador debe emitir varias soluciones al mismo tiempo, que anteriormente se destacaban solo por una opción.
Y una cosa más: inversiones y riesgos. Para "engancharse" a un proyecto, una empresa debe invertir ~ 6% del costo de este proyecto en desarrollo conceptual antes de concluir un contrato con un cliente. Estos fondos desaparecen:
- para la investigación;
- diseño conceptual;
- evaluación de costos laborales;
- preparación de bocetos, etc.
La compañía los saca de su bolsillo, este es su propio riesgo. La atención al concepto lleva tiempo a los especialistas, y están ocupados con la rutina.
Después de familiarizarme con las herramientas de trabajo en una empresa de TI, me interesé en qué prácticas de la automatización de los procesos comerciales podrían ser útiles para los ingenieros. Por lo tanto, la empresa ha estado utilizando durante mucho tiempo la robótica de procesos (RPA) para hacer frente a la rutina.
Los fabricantes de RPA afirman los siguientes beneficios de esta herramienta de automatización:
- universalidad (el robot puede trabajar con cualquier aplicación, con cualquier fuente de datos);
- facilidad de desarrollo (no se requieren competencias profundas en programación y administración);
- velocidad de desarrollo (un algoritmo listo requiere menos tiempo que con la programación tradicional);
- descarga real de un empleado de operaciones rutinarias.
Con base en estos criterios, verificaremos cuál es el efecto del uso de RPA en cálculos de ingeniería / científicos.
Descripción de ejemplo
Consideraremos un ejemplo simple. Hay una viga en voladizo fijada con carga.
Echemos un vistazo a este problema desde la perspectiva de un ingeniero y desde la perspectiva de un científico.
Caso "ingeniero": hay una viga en voladizo fija a una longitud de 2 m. Debe contener una carga de 500 kg con un margen de seguridad de 3 veces. La viga está hecha de un tubo rectangular. Es necesario elegir la sección de la viga según el catálogo GOST.
Caso "científico": descubra cómo la masa de la carga, la sección transversal y la longitud de la viga afectan la capacidad de carga de esta viga. Derive una ecuación de regresión.
En ambos casos, se tiene en cuenta la gravedad, que actúa sobre el haz en proporción a la masa del haz.
Estudiaremos en detalle el primer caso: el "ingeniero". El caso "científico" se implementa de manera similar.
Técnicamente, nuestro ejemplo es muy simple. Y el especialista en la materia podrá calcularlo simplemente en una calculadora. Tenemos otro objetivo: mostrar cómo la solución RPA ayudará cuando la tarea sea a gran escala.
En simplificaciones, también notamos: la sección de tubería es un rectángulo perfecto, sin redondear esquinas, sin tener en cuenta la soldadura.
Tarea del ingeniero
El esquema general del caso "ingeniero" es el siguiente:
- En la hoja de Excel tenemos una tabla con un surtido de tuberías según GOST.
- Para cada entrada en esta tabla, debemos construir un modelo 3D en Autodesk Inventor.
- Luego, en el entorno de Análisis de estrés de Inventor, realizamos un cálculo de resistencia y cargamos el resultado del cálculo en html.
- Encontramos en el archivo resultante el valor "Máximo estrés de Mises".
- Paramos el cálculo si el factor de seguridad (la relación entre el límite elástico del material y el esfuerzo máximo de von Mises) es inferior a 3.
Creemos que una viga de una sección adecuada proporcionará un margen de seguridad de 3 veces y tendrá un peso mínimo entre otras opciones.
En total, en nuestra tarea, el especialista trabaja con 3 aplicaciones (consulte el diagrama anterior). En un entorno real, la cantidad de aplicaciones puede ser mayor.
GOST 8645-68 "Tubos de acero rectangulares" contiene 300 entradas. En nuestra tarea de demostración, acortaremos la lista: tome una posición de cada tamaño de familia. Total de 19 registros, de los cuales debe elegir uno.
El entorno de modelado de Inventor, en el que construiremos el modelo y haremos el cálculo de resistencia, contiene una biblioteca de materiales terminados. Aceptamos el material del haz de esta biblioteca:
Material - acero
Densidad 7.85 g / cu. cm;
Límite elástico 207 MPa;
Resistencia a la tracción 345 MPa;
Módulo de Young 210 GPa;
Módulo de corte 80.7692 GPa.
Así es como se ve un modelo tridimensional de una viga cargada:
Y aquí está el resultado del cálculo de la fuerza. El sistema tiñe las áreas vulnerables de la viga con rojo. En estos lugares, la tensión es mayor. La escala de la izquierda muestra el valor máximo de tensión en el material de la viga.
Ahora transferimos parte del trabajo al robot.
El esquema de trabajo se cambia de la siguiente manera:
Ensamblaremos el robot en Automation Anywhere Community Edition (en adelante, AA). Repasemos los criterios de evaluación y describamos las impresiones subjetivas.
Versatilidad
Las soluciones RPA (especialmente las comerciales) se posicionan constantemente como un medio para automatizar los procesos comerciales y automatizar el trabajo de los empleados de oficina. En ejemplos y cursos de capacitación analizan la interacción con ERP, ECM, Web. Todo es muy "oficina".
Al principio, teníamos dudas sobre si AA podría tomar la interfaz y los datos de nuestro Autodesk Inventor. Pero todo funcionó realmente: cada elemento, cada control fue determinado y registrado. Incluso en formularios de servicio con tablas de parámetros, el robot obtuvo acceso a la celda deseada simplemente en la dirección del mouse.
Lo siguiente fue una prueba con el lanzamiento del estudio de cálculo de fuerza. Y tampoco hay problema. En esta etapa, tuve que trabajar cuidadosamente con pausas entre acciones cuando el sistema espera la finalización del cálculo.
Obtener los datos de resumen de la Web y pegarlos en Excel fue sencillo.
Como parte de esta tarea, se ha confirmado la universalidad. A juzgar por las descripciones de otros proveedores de RPA, la versatilidad es realmente una propiedad común de esta categoría de software.
Fácil de aprender
El desarrollo tomó varias tardes: cursos, estudios de casos, todo esto está ahí. Muchos vendedores de RPA tienen capacitación gratuita. La única barrera: la interfaz del entorno y los cursos de AA son solo en inglés.
Velocidad de desarrollo
Desarrollamos y depuramos el algoritmo para la "tarea de ingeniero" durante la noche. La secuencia de acciones se ajusta a solo 44 instrucciones. A continuación se muestra un fragmento de la interfaz de Automation Anywhere con un robot terminado. El concepto de Código bajo / Sin código - no tuvo que ser programado: usaron grabadores de operación, o drogaron y cayeron de la biblioteca de comandos. Luego configure los ajustes en la ventana de propiedades.
Descarga de rutina
El robot pasa 1 minuto y 20 segundos para procesar un registro. Aproximadamente la misma cantidad de tiempo que pasamos procesando un registro sin un robot.
Si estamos hablando de docenas y cientos de registros, entonces la persona inevitablemente se cansará y comenzará a distraerse. Los especialistas de repente pueden asumir alguna otra tarea. Con una persona, una proporción del formulario “Si una tarea toma A minutos, entonces N tareas de este tipo pueden completarse en A * N minutos” no funciona, siempre lleva más tiempo.
En nuestro ejemplo, el robot iterará sobre los registros secuencialmente, comenzando con las secciones más grandes. En matrices grandes, este no es un método rápido. Para la aceleración es posible implementar aproximaciones sucesivas, por ejemplo, el método de Newton o media división.
Resultado de cálculo:
Tabla 1. El resultado de la selección de la sección de la viga
La tarea del cientifico
La tarea del científico es realizar varios experimentos numéricos para determinar la ley por la cual la capacidad de carga de una viga cambia dependiendo de su sección transversal, longitud y masa de la carga. La ley encontrada se formula en forma de una ecuación de regresión.
Para que la ecuación de regresión sea precisa, un científico debe procesar una gran variedad de datos.
Para nuestro ejemplo, se asigna una matriz de variables de entrada:
- altura del perfil del tubo;
- ancho
- espesor de pared;
- longitud del haz
- Masa de carga.
Si debemos hacer un cálculo para al menos 3 valores de cada variable, entonces en total son 243 repeticiones. Con una duración de dos minutos de una iteración, el tiempo total ya es de 8 horas, ¡todo un día de trabajo! Para un estudio más completo, no debemos tomar 3 valores, sino 10 o más.
En el curso del estudio, definitivamente quedará claro que deben incluirse factores adicionales en el modelo. Por ejemplo, "maneje" varios grados de acero. El volumen de los cálculos aumenta decenas y cientos de veces.
En una tarea real, el robot podrá liberar al científico unos días, que el especialista utiliza para preparar la publicación, y este es el principal indicador de la actividad del científico.
Resumen
El "producto" de un ingeniero es un dispositivo que funciona realmente, el diseño. La robotización de los cálculos reducirá los riesgos debido a un estudio más profundo del proyecto (más cálculos, más modos, más opciones).
El "producto" de un científico es una ecuación, regularidad u otra descripción compacta. Y cuanto más preciso es, más datos participan en el análisis. Una solución RPA ayudará a dar forma a los "alimentos" informativos para los modelos.
Resume nuestro ejemplo.
Cualquier modelo puede desempeñar el papel del modelo de cálculo: modelo de puente, modelo de motor, modelo de sistema de calefacción. Se requiere de un especialista que todos los componentes del modelo estén en la interacción correcta entre sí y que el modelo proporcione un conjunto "externo" de parámetros variables clave.
El papel del entorno de cálculo lo desempeña cualquier aplicación que el especialista utilice en el trabajo. Ansys, Autocad, Solidworks, FlowVision, Dialux, PowerMill, Archicad. O algo de su propio diseño, por ejemplo, un programa para seleccionar ventiladores en la planta de fabricación (consulte Programas de selección de equipos de Systemair).
Como fuente de datos, consideramos un sitio web, una base de datos, una hoja de cálculo de Excel y un archivo txt.
El resultado final del trabajo: el informe es un documento de Word con texto generado automáticamente, un gráfico de Excel, un conjunto de capturas de pantalla o el envío de correos electrónicos.
RPA es aplicable donde sea aplicable el análisis de ingeniería. Aquí hay algunas áreas:
- cálculos de resistencia y deformación;
- dinámica de hidro y gas;
- transferencia de calor;
- electromagnetismo;
- análisis interdisciplinario;
- diseño generativo;
- Programas de control de NC (por ejemplo, anidamiento);
- investigación médica y biológica;
- en cálculos de sistemas con retroalimentación o sistemas no estacionarios (cuando el resultado final debe transferirse a los datos de origen y repetir el cálculo).
Hoy, las soluciones RPA se utilizan activamente en los negocios para automatizar procesos y trabajar con datos. La rutina de un empleado de oficina, ingeniero y científico tiene mucho en común. Hemos demostrado que los robots son adecuados en actividades de ingeniería y científicas.
Para resumir nuestras impresiones.
- Versatilidad: sí, RPA es una herramienta universal.
- Fácil de aprender: sí, simple y asequible, pero necesita un idioma.
- Velocidad de desarrollo: sí, el algoritmo será rápido, especialmente cuando trabaje con grabadoras.
- Descarga desde la rutina: sí, realmente puede ser útil en tareas a gran escala.