Entrée
Pour consolider les connaissances à l'école, on nous a demandé de résoudre de nombreux exemples similaires. Nous étions toujours ennuyés: qu'est-ce qui est si précieux? Remplacez deux ou trois valeurs dans la formule et obtenez une réponse. Où est la fuite de la pensée? La réalité s'est avérée plus dure que l'école.
Maintenant, je travaille comme analyste informatique. Avant de rejoindre le domaine informatique, j'ai travaillé comme ingénieur en chaleur, programmeur CNC, et participé à des projets de recherche.
D'après ma propre expérience, j'étais convaincu que les ingénieurs et les scientifiques consacrent 95% de leur temps de travail à de telles «actions similaires». Calculs d'équations, contrôles, enregistrement des résultats, copie des spécifications. Projet par projet, expérience par expérience, jour après jour.
Voici quelques exemples de mes travaux antérieurs.
Jusqu'en 2019, j'ai réalisé des modèles pour le moulage sous vide thermique. Si un tel modèle est enveloppé dans du plastique chauffé, nous obtenons un produit qui répète exactement la géométrie de ce modèle. Description de la technologie
ici .
Dans le cycle de production de l'agencement, un ensemble complet d'applications hautement spécialisées est nécessaire:
- Autodesk Inventor pour la modélisation 3D;
- Excel pour télécharger les tailles de pièces;
- Excel pour calculer le coût de la mise en page;
- Module HSM pour la compilation du programme de commande CN;
- Système de fichiers informatiques pour la gestion de fichiers de programmes;
- Environnement Mach3 pour contrôler la machine CNC.
Il était nécessaire de transférer manuellement les données d'un environnement à un autre, et ce sont des tableaux entiers et des tableaux de valeurs. Le processus est lent, des erreurs se sont souvent produites.
Auparavant, j'ai participé à la conception et à la fabrication de fibres optiques (
lien ). Il y avait beaucoup de recherche, de conception et de calculs là-bas: des environnements spécialisés pour les calculs d'ingénierie thermique et d'éclairage (Ansys, Dialux), ainsi que des calculs de rentabilité, ainsi qu'Autocad et Inventor pour les modèles et les dessins. Et voici les mêmes difficultés: le résultat du calcul d'une application doit être glissé vers une autre application pour le prochain calcul. Et donc plusieurs fois à la recherche de la meilleure solution.
Le temps d'un ingénieur et le temps d'un scientifique est un temps très cher. Ce n'est pas une question de salaire. Derrière les calculs d'un ingénieur se cache un gros projet avec une équipe. Derrière les recherches du scientifique se cache la perspective d'une industrie entière. Mais souvent, un spécialiste hautement qualifié interrompt "stupidement" les valeurs d'un programme à un autre au lieu de développer des concepts, de modéliser, d'interpréter les résultats, des différends et de réfléchir avec des collègues.
La rapidité est une caractéristique de l'environnement commercial actuel. Le marché pousse constamment. En 2014, nous avons mis 2 à 3 semaines pour réaliser la mise en page. En 2018, trois jours, et cela semblait déjà trop long. Désormais, le concepteur doit proposer plusieurs solutions en même temps, qui auparavant ne se distinguaient que par une seule option.
Et encore une chose - les investissements et les risques. Afin de «s'accrocher» à un projet, une entreprise doit investir ~ 6% du coût de ce projet dans le développement conceptuel avant de conclure un contrat avec un client. Ces fonds disparaissent:
- pour la recherche;
- conception conceptuelle;
- évaluation des coûts de main-d'œuvre;
- préparation de croquis, etc.
L'entreprise les prend de sa poche, c'est à ses risques et périls. L'attention au concept prend du temps aux spécialistes et ils sont occupés par la routine.
Après m'être familiarisé avec les outils de travail dans une entreprise informatique, je me suis intéressé aux pratiques de l'automatisation des processus métier qui pourraient être utiles aux ingénieurs. Ainsi, l'entreprise utilise depuis longtemps la robotique des processus (RPA) pour gérer la routine.
Les fabricants de RPA revendiquent les avantages suivants de cet outil d'automatisation:
- universalité (le robot est capable de fonctionner avec n'importe quelle application, avec n'importe quelle source de données);
- facilité de développement (aucune compétence approfondie en programmation et en administration n'est requise);
- vitesse de développement (un algorithme prêt à l'emploi prend moins de temps qu'avec la programmation traditionnelle);
- déchargement réel d'un employé des opérations de routine.
Sur la base de ces critères, nous vérifierons quel est l'effet de l'utilisation de l'APR dans les calculs d'ingénierie / scientifiques.
Exemple de description
Nous considérerons un exemple simple. Il y a une poutre en porte-à-faux fixée avec une cargaison.
Examinons ce problème du point de vue d'un ingénieur et du point de vue d'un scientifique.
Cas "ingénieur": il y a une poutre en porte-à-faux fixée à une longueur de 2 m et qui devrait supporter une charge de 500 kg avec une marge de sécurité triple. La poutre est constituée d'un tuyau rectangulaire. Il est nécessaire de choisir la section de poutre selon le catalogue GOST.
Cas "scientifique": découvrez comment la masse de la charge, la section et la longueur de la poutre affectent la capacité portante de cette poutre. Dérivez une équation de régression.
Dans les deux cas, la gravité est prise en compte, qui agit sur le faisceau proportionnellement à la masse du faisceau.
Nous étudierons en détail le premier cas - «l'ingénieur». Le cas «scientifique» est mis en œuvre de manière similaire.
Techniquement, notre exemple est très simple. Et le spécialiste du sujet pourra le calculer simplement sur une calculatrice. Nous avons un autre objectif: montrer comment la solution RPA aidera lorsque la tâche deviendra de grande envergure.
Dans les simplifications, on note également: la section du tuyau est un rectangle parfait, sans arrondir les coins, sans prendre en compte la soudure.
Tâche d'ingénieur
Le schéma général de l'affaire «ingénieur» est le suivant:
- Sur la feuille Excel, nous avons un tableau avec un assortiment de tuyaux selon GOST.
- Pour chaque entrée de ce tableau, nous devons créer un modèle 3D dans Autodesk Inventor.
- Ensuite, dans l'environnement Inventor Stress Analyses, nous effectuons un calcul de force et téléchargeons le résultat du calcul en html.
- On retrouve dans le fichier résultant la valeur «Maximum Mises stress».
- Nous arrêtons le calcul si le facteur de sécurité (le rapport de la limite d'élasticité du matériau à la contrainte de von Mises maximale) est inférieur à 3.
Nous pensons qu'une poutre d'une section appropriée fournira une marge de sécurité triple et aura un poids minimal parmi d'autres options.
Au total, dans notre tâche, le spécialiste travaille avec 3 applications (voir le schéma ci-dessus). Dans un environnement réel, le nombre d'applications peut être supérieur.
GOST 8645-68 "Tubes rectangulaires en acier" contient 300 entrées. Dans notre tâche de démonstration, nous allons raccourcir la liste: prendre une position de chaque famille de taille. Total 19 enregistrements, parmi lesquels vous devez en choisir un.
L'environnement de modélisation Inventor, dans lequel nous allons construire le modèle et effectuer le calcul de résistance, contient une bibliothèque de matériaux finis. Nous acceptons le matériau du faisceau de cette bibliothèque:
Matière - Acier
Densité 7,85 g / cu. cm;
Limite d'élasticité 207 MPa;
Résistance à la traction 345 MPa;
Module de Young 210 GPa;
Module de cisaillement 80,7692 GPa.
Voici à quoi ressemble un modèle tridimensionnel d'une poutre chargée:
Et voici le résultat du calcul de la résistance. Le système teint les zones vulnérables du faisceau en rouge. Dans ces endroits, la tension est la plus grande. L'échelle de gauche montre la valeur de contrainte maximale dans le matériau de la poutre.
Maintenant, nous transférons une partie du travail au robot
Le plan de travail est modifié comme suit:
Nous assemblerons le robot dans Automation Anywhere Community Edition (ci-après AA). Passons en revue les critères d'évaluation et décrivons les impressions subjectives.
Polyvalence
Les solutions RPA (notamment commerciales) sont constamment positionnées comme un moyen d'automatiser les processus métier et d'automatiser le travail des employés de bureau. Dans des exemples et des cours de formation, ils analysent l'interaction avec ERP, ECM, Web. Tout est très "bureau".
Au début, nous avions des doutes quant à savoir si AA pouvait récupérer l'interface et les données de notre Autodesk Inventor. Mais tout fonctionnait vraiment: chaque élément, chaque contrôle était déterminé et enregistré. Même dans les formulaires de service avec des tableaux de paramètres, le robot a eu accès à la cellule souhaitée simplement en direction de la souris.
Vint ensuite un test avec le lancement du studio de calcul de la force. Et aussi pas de problème. À ce stade, j'ai dû soigneusement travailler avec des pauses entre les actions lorsque le système attend la fin du calcul.
Obtenir les données récapitulatives du Web et les coller dans Excel s'est bien déroulé.
Dans le cadre de cette tâche, l'universalité a été confirmée. À en juger par les descriptions des autres fournisseurs de RPA, la polyvalence est vraiment une propriété commune de cette catégorie de logiciels.
Facile à apprendre
Le développement a pris plusieurs soirées: cours, études de cas - tout cela est là. De nombreux fournisseurs de RPA ont une formation gratuite. Seule barrière: l'interface environnement et les cours AA sont en anglais uniquement.
Vitesse de développement
Nous avons développé et débogué l'algorithme pour la «tâche d'ingénieur» au cours de la soirée. La séquence d'actions s'inscrit dans seulement 44 instructions. Vous trouverez ci-dessous un fragment de l'interface Automation Anywhere avec un robot terminé. Le concept de Low code / No code - n'avait pas besoin d'être programmé: ils utilisaient des enregistreurs d'opération, ou drug'n'drop de la bibliothèque de commandes. Configurez ensuite les paramètres dans la fenêtre des propriétés.
Déchargement de routine
Le robot passe 1 minute 20 secondes pour traiter un enregistrement. À peu près le même temps que nous avons passé à traiter un enregistrement sans robot.
Si nous parlons de dizaines et de centaines d'enregistrements, alors la personne se fatiguera inévitablement, commencera à être distraite. Les spécialistes peuvent soudain assumer une autre tâche. Avec une personne, une proportion du formulaire «Si une tâche prend A minutes, alors N de telles tâches peuvent être accomplies en A * N minutes» ne fonctionne pas - cela prend toujours plus de temps.
Dans notre exemple, le robot parcourra les enregistrements de manière séquentielle, en commençant par les sections les plus grandes. Sur les grands tableaux, ce n'est pas une méthode rapide. Pour l'accélération, il est possible d'implémenter des approximations successives, par exemple, la méthode de Newton ou la demi-division.
Résultat du calcul:
Tableau 1. Résultat de la sélection de la section de poutre
La tâche du scientifique
La tâche du scientifique est de mener plusieurs expériences numériques pour déterminer la loi par laquelle la capacité portante d'un faisceau change en fonction de sa section, de la longueur et de la masse de la charge. La loi trouvée est formulée sous la forme d'une équation de régression.
Pour que l'équation de régression soit exacte, un scientifique doit traiter un large éventail de données.
Pour notre exemple, un tableau de variables d'entrée est alloué:
- hauteur du profil du tuyau;
- largeur
- épaisseur de paroi;
- longueur du faisceau;
- masse de cargaison.
Si nous devons faire un calcul pour au moins 3 valeurs de chaque variable, alors au total c'est 243 répétitions. Avec une durée de deux minutes d'une itération, le temps total est déjà de 8 heures - une journée entière de travail! Pour une étude plus complète, nous ne devons pas prendre 3 valeurs, mais 10 ou plus.
Au cours de l'étude, il apparaîtra clairement que des facteurs supplémentaires doivent être inclus dans le modèle. Par exemple, «conduire» différentes nuances d'acier. Le volume des calculs augmente des dizaines et des centaines de fois.
Sur une tâche réelle, le robot pourra libérer le scientifique de quelques jours, que le spécialiste utilise pour préparer la publication, et c'est le principal indicateur de l'activité du scientifique.
Résumé
Le «produit» d'un ingénieur est un appareil vraiment fonctionnel, le design. La robotisation des calculs réduira les risques grâce à une étude plus approfondie du projet (plus de calculs, plus de modes, plus d'options).
Le «produit» d'un scientifique est une équation, une régularité ou une autre description compacte. Et plus elle est précise, plus les données sont impliquées dans l'analyse. Une solution RPA aidera à façonner la «nourriture» informationnelle des modèles.
Résumez notre exemple.
Tout modèle peut jouer le rôle de modèle de calcul: modèle de pont, modèle de moteur, modèle de système de chauffage. Il est exigé d'un spécialiste que toutes les composantes du modèle soient dans la bonne interaction les unes avec les autres et que le modèle fournisse un ensemble «extérieur» de paramètres de variables clés.
Le rôle de l'environnement de calcul est joué par toute application que le spécialiste utilise dans le travail. Ansys, Autocad, Solidworks, FlowVision, Dialux, PowerMill, Archicad. Ou quelque chose de votre propre conception, par exemple, un programme de sélection des ventilateurs dans l'usine de fabrication (voir Programmes de sélection des équipements Systemair).
En tant que source de données, nous considérons un site Web, une base de données, une feuille de calcul Excel et un fichier txt.
Le résultat final du travail - le rapport est un document Word avec du texte généré automatiquement, un graphique Excel, un ensemble de captures d'écran ou l'envoi d'e-mails.
RPA est applicable partout où l'analyse technique est applicable. Voici quelques domaines:
- calculs de résistance et déformation;
- dynamique hydraulique et gazière;
- transfert de chaleur;
- électromagnétisme;
- analyse interdisciplinaire;
- conception générative;
- Programmes de contrôle NC (par exemple, imbrication);
- recherche médicale et biologique;
- dans les calculs de systèmes à rétroaction ou de systèmes non stationnaires (lorsque le résultat final doit être transféré aux données source et répéter le calcul).
Aujourd'hui, les solutions RPA sont activement utilisées en entreprise pour automatiser les processus et travailler avec les données. La routine d'un employé de bureau, d'un ingénieur et d'un scientifique a beaucoup en commun. Nous avons montré que les robots conviennent aux activités d'ingénierie et scientifiques.
Pour résumer nos impressions.
- Polyvalence - oui, RPA est un outil universel.
- Facile à apprendre - oui, simple et abordable, mais vous avez besoin d'une langue.
- Vitesse de développement - oui, l'algorithme va être rapide, surtout lorsque vous vous familiarisez avec les enregistreurs.
- Déchargement de routine - oui, il peut vraiment être utile dans des tâches à grande échelle.