Применение RPA в научных и инженерных расчетах

10 декабря 2019 в 00:00

В школе для закрепления знания нам задавали решить множество однотипных примеров. Мы все время досадовали: что тут ценного? Подставить в формулу два-три значения и получить ответ. Где тут полет мысли? Реальность оказалась суровей, чем школа.

Сейчас я работаю аналитиком в ИТ. До прихода в ИТ-сферу я поработал инженером-теплотехником, программистом ЧПУ, поучаствовал в исследовательских проектах.

На своем опыте я убедился, что 95% рабочего времени инженеры и ученые тратят на такие «однотипные» действия. Расчеты уравнений, проверки, регистрация результатов, копирование спецификаций. Проект за проектом, эксперимент за экспериментом, день за днем.

Вот пара примеров с моей прошлой работы.

До 2019 года я делал макеты для термовакуумной формовки. Если такой макет обтянуть разогретым пластиком, то получим изделие, которое точно повторяет геометрию этого макета. Описание технологии тут.

В цикле изготовления макета необходим целый набор узкоспециализированных приложений:

  • Autodesk Inventor для 3Д моделирования;
  • Excel для выгрузки размеров заготовки;
  • Excel для расчета стоимости макета;
  • модуль HSM для составления управляющей программы ЧПУ;
  • Файловая система компьютера для управления файлами программ;
  • Среда Mach3 для управления станком ЧПУ.


Из среды в среду данные приходилось переносить вручную, а это целые таблицы и массивы значений. Процесс медленный, нередко случались ошибки.

До этого я участвовал в разработке и производстве световодов (ссылка). Исследований, проектирования и расчетов там было много: специализированные среды теплотехнических и светотехнических расчетов (Ansys, Dialux), плюс расчеты экономической эффективности, плюс Autocad и Inventor для моделей и чертежей. И здесь те же трудности: результат расчета из одного приложения нужно перетянуть в другое приложение для следующего расчета. И так несколько раз в поисках оптимального решения.

Время инженера и время ученого — это очень дорогое время. Речь здесь не о зарплате. За расчетами инженера стоит большой проект с командой. За исследованиями ученого стоит перспектива целой отрасли. Но часто высококвалифицированный специалист «тупо» перебивает значения из одной программы в другую вместо разработки концепций, моделирования, интерпретации результатов, диспутов и мозговых штурмов с коллегами.

Особенность современной бизнес-среды — это скорость. Рынок все время подгоняет. В 2014 году на изготовление макета мы брали 2-3 недели. В 2018 году – три дня, и это уже казалось слишком долго. Сейчас проектировщик должен выдать несколько вариантов решения за то же время, какое раньше выделялось только на один вариант.

И еще один момент – инвестиции и риски. Чтобы «зацепиться» за проект, предприятие до заключения договора с заказчиком должно вложить в концептуальную разработку ~6% стоимости этого проекта. Эти средства уходят:

  • на исследование;
  • концептуальное проектирование;
  • оценку трудозатрат;
  • подготовку эскизов и т.д.


Компания берет их из своего кармана, это собственный риск. Внимание к концепции требует времени специалистов, а они заняты рутиной.

После знакомства с инструментами работы в ИТ-компании я заинтересовался, какие практики из автоматизации бизнес-процессов могли бы быть полезны инженерам. Так, бизнес уже давно применяет роботизацию процессов (RPA) для борьбы с рутиной.

Производители RPA заявляют о следующих преимуществах такого инструмента автоматизации:

  1. универсальность (робот способен работать с любым приложением, с любым источником данных);
  2. простота освоения (не требуется глубоких компетенций в программировании и администрировании);
  3. быстрота разработки (на готовый алгоритм уходит меньше времени, чем при традиционном програмировании);
  4. реальная разгрузка сотрудника от рутинных операций.


По этим критериям мы и проверим, каков эффект использования RPA в инженерных/научных расчетах.

Описание примера


Рассматривать будем простой пример. Есть консольно закрепленная балка с грузом.
image
Взглянем на эту задачу с позиции инженера и с позиции ученого.

Кейс «инженер»: есть консольно закрепленная балка длиной 2 м. Она должна удержать груз массой 500 кг с 3-кратным запасом прочности. Балка выполнена из прямоугольной трубы. Нужно подобрать сечение балки по каталогу ГОСТ.

Кейс «ученый»: выяснить, как влияет масса груза, сечение и длина балки на несущую способность этой балки. Вывести регрессионное уравнение.

В обоих случаях учитывается сила тяжести, которая действует на балку пропорционально массе балки.

Подробно изучим именно первый кейс — «инженер». Кейс «ученый» реализуется похожим образом.

Технически наш пример очень простой. И специалист-предметник сможет посчитать его просто на калькуляторе. Мы преследуем другую цель: показать, как поможет RPA-решение, когда задача становится масштабной.

В упрощениях отметим также: сечение трубы — идеальный прямоугольник, без скругления углов, без учета сварного шва.

Задача инженера


Общая схема кейса «инженер» такая:

  1. На листе Excel имеем таблицу с сортаментом труб по ГОСТ.
  2. Для каждой записи из этой таблицы мы должны построить 3D-модель в Autodesk Inventor.
  3. Затем в среде Inventor Stress Analyses выполняем прочностной расчет и выгружаем результат расчета в html.
  4. Находим в полученном файле величину «Максимальное напряжение по Мизесу».
  5. Останавливаем расчет, если запас прочности (отношение предела текучести материала к максимальному напряжению по Мизесу) будет меньше 3.


Считаем, что балка подходящего сечения обеспечит 3-кратный запас прочности и будет минимальна по массе среди других вариантов.

image

Что получилось читай на Хабр.

DIRECTUM | Cерия технических митапов Directum

Cерия технических митапов Directum

19 декабря 2019 в 14:00

Завершили год серией технических митапов Directum. С октября по декабрь провели 3 митапа c годным контентом от экспертов компании.

Читать
DIRECTUM | Из студентов к инцидентам или как устроиться в IT-компанию без знаний и опыта

Из студентов к инцидентам или как устроиться в IT-компанию без знаний и опыта

19 ноября 2019 в 00:00

Почему в ИТ так кайфово!?
Из-за людей, 100%

Читать