RPA在科学和工程计算中的应用

参赛作品

为了巩固学校的知识，我们被要求解决许多类似的例子。 我们总是很生气：有什么价值？ 将公式中的两个或三个值替换为答案。 思想飞向哪里？ 事实证明，现实比学校还残酷。

现在，我担任IT分析师。 在加入IT领域之前，我曾担任热工程师，CNC程序员，并参与了研究项目。

根据我自己的经验，我深信工程师和科学家将95％的工作时间用于此类“类似动作”。 计算公式，检查，记录结果，复制规格。 逐个项目，逐个实验，日复一日。

这是我过去工作中的几个例子。

直到2019年，我都为热真空成型制作模型。 如果将这样的模型包裹在加热的塑料中，则我们得到的产品将完全重复该模型的几何形状。 技术说明在这里 。

在版图的生产周期中，需要一整套高度专业的应用程序：

• 用于3D建模的Autodesk Inventor；
• Excel，用于上传工件尺寸；
• Excel计算布局成本；
• HSM模块，用于编译NC控制程序；
• 用于管理程序文件的计算机文件系统；
• 用于控制CNC机床的Mach3环境。

必须手动从一个环境到另一个环境传输数据，这些是整个表和值的​​数组。 该过程很慢，经常发生错误。

在此之前，我参与了光纤（ 链接 ）的设计和制造。 有大量的研究，设计和计算：用于热工程和照明工程计算的专用环境（Ansys，Dialux），加上成本效益计算，以及用于模型和工程图的Autocad和Inventor。 这里也有同样的困难：必须将一个应用程序的计算结果拖到另一个应用程序进行下一次计算。 如此多次寻找最佳解决方案。

工程师的时间和科学家的时间是非常昂贵的时间。 这与薪水无关。 工程师的计算背后是一个带有团队的大型项目。 科学家研究的背后是整个产业的前景。 但是通常，高素质的专家会“愚蠢地”中断一个程序到另一个程序的价值，而不是与同事一起开发概念，建模，解释结果，争议和头脑风暴。

当今商业环境的一个特点是速度。 市场在不断发展。 2014年，我们花了2-3周的时间进行布局。 在2018年的三天里，它似乎已经太久了。 现在，设计人员必须同时发布几种解决方案，而以前这些解决方案仅在一种选择中脱颖而出。

还有一件事-投资和风险。 为了与项目“挂钩”，企业必须在与客户签订合同之前将项目成本的6％投资于概念开发。 这些资金消失了：

• 用于研究；
• 概念设计；
• 劳动成本评估；
• 草图的准备等

公司从他的口袋里拿走了，这是他自己的风险。 注意此概念需要专家花费时间，并且他们忙于例行工作。

在熟悉了一家IT公司的工作工具之后，我开始对业务流程自动化中的哪些实践对工程师有用的产生了兴趣。 因此，企业长期以来一直使用流程机器人（RPA）来处理例程。

RPA制造商声称此自动化工具具有以下优点：

1. 通用性（机器人能够处理任何应用程序和任何数据源）；
2. 易于开发（不需要编程和管理方面的深厚能力）；
3. 开发速度（一种现成的算法比传统编程花费的时间更少）；
4. 真正从常规操作中卸载员工。

根据这些标准，我们将检查在工程/科学计算中使用RPA有什么影响。

范例说明

我们将考虑一个简单的例子。 有一个固定有货物的悬臂梁。

让我们从工程师的角度和科学家的角度来看这个问题。

“工程师”案例：有一个悬臂梁固定在2 m的长度上，应承受500千克的负载，安全余量为3倍。 梁由矩形管制成。 必须根据GOST目录选择梁截面。

案例“科学家”：找出载荷的质量，梁的横截面和长度如何影响梁的承载能力。 推导回归方程。

在这两种情况下，都考虑了重力，重力与梁的质量成比例地作用在梁上。

我们将详细研究第一种情况-“工程师”。 案例“科学家”以类似的方式实现。

从技术上讲，我们的示例非常简单。 并且主题专家将能够简单地在计算器上进行计算。 我们还有另一个目标：展示RPA解决方案在任务规模扩大时将如何提供帮助。

为简化起见，我们还注意到：管道截面是一个完美的矩形，没有圆角，没有考虑焊接。

工程师的任务

“工程师”案的总体方案如下：

1. 在Excel工作表上，我们有一个根据GOST进行管道分类的表格。
2. 对于此表中的每个条目，我们必须在Autodesk Inventor中构建3D模型。
3. 然后，在Inventor应力分析环境中，我们执行强度计算并将计算结果上传到html中。
4. 我们在结果文件中找到“最大Mises应力”值。
5. 如果安全系数（材料的屈服强度与最大von Mises应力之比）小于3，我们将停止计算。

我们相信，合适截面的横梁将提供3倍的安全裕度，并且在其他选择中将使重量最小。



总共，在我们的任务中，专家将处理3个应用程序（请参见上图）。 在实际环境中，应用程序的数量可能会更多。

GOST 8645-68“矩形钢管”包含300个条目。 在演示任务中，我们将缩短清单：在每个尺寸系列中都应担任一个职位。 总计19条记录，您需要从中选择一个。



我们将在其中建立模型并进行强度计算的Inventor建模环境包含一个成品材料库。 我们接受来自此库的梁材料：

材质-钢
密度7.85 g / cu。 厘米
屈服强度207 MPa;
拉伸强度345 MPa;
杨氏模量210 GPa;
剪切模量80.7692 GPa。

这是加载光束的三维模型的外观：



这是强度计算的结果。 系统将光束的易损区域染成红色。 在这些地方，紧张是最大的。 左侧的标度显示梁材料中的最大应力值。

现在我们将部分工作转移给机器人

工作计划如下：



我们将在Automation Anywhere社区版（以下称为AA）中组装机器人。 让我们回顾一下评估标准并描述主观印象。

多功能性

RPA解决方案（尤其是商业解决方案）一直定位为自动化业务流程和自动化办公室员工工作的一种手段。 在示例和培训课程中，他们分析与ERP，ECM，Web的交互。 一切都很“办公室”。

最初，我们对AA是否可以从我们的Autodesk Inventor中获取界面和数据存有疑问。 但是，所有事情实际上都有效：确定并记录了每个元素，每个控件。 即使在带有参数表的服务表格中，机器人也只需在鼠标的方向上即可访问所需的单元。

接下来是强度计算工作室的启动测试。 而且也没问题。 在这一阶段，当系统期望完成计算时，我必须谨慎地处理动作之间的暂停。

从Web上获取摘要数据并将其粘贴到Excel中非常顺利。
作为此任务的一部分，已经确认了普遍性。 从其他RPA供应商的描述来看，多功能性确实是此类软件的共同属性。

易学

开发过程花了几个晚上：课程，案例研究-所有这些都在那里。 许多RPA供应商都提供免费培训。 唯一的障碍：环境界面和AA课程仅以英语提供。

发展速度

我们在晚上开发并调试了“工程师任务”的算法。 动作序列仅适用于44条指令。 以下是带有完整机器人的Automation Anywhere界面的一部分。 低代码/无代码的概念-不必编程：他们使用了操作记录器，或者从命令库中放了药。 然后在属性窗口中配置设置。

例行卸载

机械手花费1分20秒来处理一条记录。 在没有机器人的情况下，我们花费相同的时间处理一条记录。

如果我们谈论的是成百上千的记录，那么这个人将不可避免地疲倦，将开始分心。 专家可能突然承担其他任务。 对于一个人来说，“如果一个任务需要A分钟，那么N个这样的任务可以在A * N分钟内完成”的形式的一部分不起作用-它总是需要更多时间。

在我们的示例中，机器人将从最大的部分开始顺序地遍历记录。 在大型阵列上，这不是一种快速方法。 为了加速，可以实现逐次逼近，例如牛顿法或半除法。
计算结果：

表1.梁截面的选择结果

科学家的任务

科学家的任务是进行几个数值实验，以确定定律，根据该定律，梁的承载能力会根据其横截面，载荷的长度和质量而变化。 找到的定律以回归方程的形式表示。

为了使回归方程式准确，科学家必须处理大量数据。

对于我们的示例，分配了一个输入变量数组：

• 管道轮廓高度；
• 宽度
• 壁厚
• 光束长度
• 货物质量。

如果我们必须对每个变量的至少3个值进行计算，则总共是243次重复。 每次迭代持续两分钟，总时间已经是8个小时-整个工作日！ 为了进行更完整的研究，我们不应取3个值，而应取10个或更多。

在研究过程中，无疑将清楚必须在模型中包括其他因素。 例如，“驱动”各种等级的钢材。 计算量增加了数十倍和数百倍。

在实际任务中，机器人将能够释放专家用来准备出版物的几天的科学家，这是科学家活动的主要指标。

总结

工程师的“产品”是一个真正有效的装置，即设计。 由于对项目进行了更深入的研究（更多的计算，更多的模式，更多的选择），计算的自动化将降低风险。

科学家的“产品”是方程式，规律性或其他紧凑描述。 而且它越准确，分析中涉及的数据就越多。 RPA解决方案将帮助塑造模型的信息“食物”。

总结一下我们的例子。

任何模型都可以充当计算模型：桥梁模型，发动机模型，加热系统模型。 专家要求模型的所有组件之间都正确交互，并且模型必须提供一组“外部”关键变量参数。

专家在工作中使用的任何应用程序都可以发挥计算环境的作用。 Ansys，Autocad，Solidworks，FlowVision，Dialux，PowerMill，Archicad。 或您自己设计的东西，例如，用于在制造工厂选择风扇的程序（请参阅Systemair设备选择程序）。

作为数据源，我们考虑一个网站，一个数据库，一个Excel工作表和一个txt文件。
工作的最终结果-该报告是一个Word文档，其中包含自动生成的文本，Excel图表，一组屏幕截图或发送电子邮件。

RPA适用于任何适用于工程分析的地方。 以下是一些区域：

• 强度计算和变形；
• 水力和天然气动力学；
• 传热
• 电磁
• 跨学科分析；
• 生成设计；
• NC控制程序（例如，嵌套）；
• 医学和生物学研究；
• 在具有反馈系统或非平稳系统的计算中（必须将最终结果传输到源数据并重复计算时）。

如今，RPA解决方案已在业务中积极使用，以实现流程自动化和数据处理。 办公室员工，工程师和科学家的日常工作有很多共同点。 我们已经证明了机器人适用于工程和科学活动。

总结我们的印象。

1. 多功能性-是的，RPA是通用工具。
2. 易于学习-是的，简单且价格合理，但是您需要一种语言。
3. 开发速度-是的，算法将很快，特别是当您开始使用录音机时。
4. 从例行程序卸载-是的，它确实在大型任务中很有用。