¬аше окно в мир —јѕ–
 
Ќовости —татьи јвторы —обыти€ ¬акансии Ёнциклопеди€ –екламодател€м
—татьи

12 августа 2019

ѕроектирование. —јѕ–. Ќейронные сети. —Ќиѕы. ћожно ли все это собрать вместе?

Ёмиль ‘атхиев

Ёмиль ‘атхиев

Ёмиль ‘атхиев Ч ведущий инженер монтажного отдела ќјќ ¬Ќ»ѕ»нефть, опыт работы больше 10 лет.

ќригинал заметки: AlfaZero. —Ќиѕы. ѕроектирование. —јѕ–. ћожно ли все это собрать вместе?

—очинение. —очинени€ мен€ в школе учила писать учительница музыки, а не литературы. ќна объ€сн€ла, что пишешь сначала все, что можешь, все мысли, какие есть по теме, на черновик. »списал страниц так шесть, а потом уже начинаешь редактировать: добавл€ть, переставл€ть, вычеркивать. ¬ итоге должно получитьс€ хорошее сочинение страницы эдак на две-три.

“ак вот, этот пост своего рода черновик. ѕопытаюсь оформить свои мысли и потом выудить главное.

1. AlphaZero

я очень впечатлилс€ этой статьей. ј потом мен€ еще больше поразила эта стать€.

AlfaZero —Ќиѕы

„то € знаю о шахматах? ќчень немного, если честно. ћен€ всегда обыгрывал мой дед. ј у него было всего два класса образовани€. Ќо € знаю, что у шахматистов есть некий рейтинг, которым они могут меритьс€. ”ровень международного мастера Ц это около 2500 пунктов. Ќаикрутейший же мужик среди шахматистов Ц это ћагнус  арлсен, у него 2800+ пунктов.

 омпьютер победил человека еще 1997 году. “огда проиграл  аспаров. » с тех пор мощность компьютеров только увеличивалась. Ќа данный момент сама€ крута€ программа Stockfish имеет рейтинг около 3300+ пунктов. ј между наикрутейшим человеком и компьютером это космическа€ разница.

“еперь об AlphaZero. ≈сли вкратце, то это программа дл€ нейронных сетей, которую обучили играть в шахматы. ¬ первый раз эта нейросеть обучалась 4 часа и потом села играть со специализированной программой Stockfish. ѕодчеркну, специализированной. ќна обсчитывает 60 миллионов ходов в секунду, тогда как AlphaZero всего лишь 60 тыс€ч. » как итог, нейросеть разгромила эту программу в пух и прах. »з 100 партий она не проиграла ни одной, а 28 даже выиграла. Ѕыло много споров по поводу серии этих партий: библиотека дебютов и пр. » вот не так давно эту серию повторили и сыграли уже 1000 партий с предоставлением библиотеки дебютов и к тому же предоставлением форы по времени. »тог еще более впечатл€ющий. AlphaZero удалось выиграть 155 партий, 839 раз Ц сыграть вничью и проиграть всего 6 партий.

¬ двух словах: программу с нул€ обучили играть в шахматы за несколько часов, после чего не оказалось никого и ничего, даже компьютера, способного в эти шахматы ее победить.

2. „исленные методы

AlfaZero —Ќиѕы

я по образованию инженер-технолог. ќкончил ”√Ќ“” в 2010 году. —ейчас мо€ специальность называетс€ Ђ√азохими€ї, кажетс€. “огда же она называлась Ђќсновные процессы химических производств и химическа€ кибернетикаї. »менно слово кибернетика мен€ и подкупило тогда. (ј еще € в детстве классе в п€том ходил в клуб юных техников в кружок программировани€. Ќравилось мне это дело.) “ак вот, при поступлении в университет € и подумал, что с этим что-то св€зано.  ак оказалось же, от кибернетики там было только слово. Ќо! ќдной из дисциплин, которую нам преподавали, была Ђ„исленные методыї.

¬ычислительные (численные) методы Ц методы решени€ математических задач в численном виде. © wiki.

„то отложилось у мен€ в голове? ≈сть какой-то набор данных. ѕусть будет таблица каких-то результатов. “аблична€ функци€. ќсновыва€сь на этих данных, можно составл€ть системы нелинейных уравнений и с достаточной степенью точности прогнозировать новые данные. ¬нутри таблицы или выборки Ц интерпол€ци€, вне таблицы Ц экстрапол€ци€. “огда мне это показалось очень интересным. „уть позже уже на теплотехнике, когда нам задавали задачи на расчет цикла воды, € просто вбил несколько таблиц из учебника (Pv кривые, Vs что-то такое, не помню уже) в специальную программу (Maple, кажетс€) и сходу получил готовую функцию. “о есть ввод€ данные, например температуру воды и давление, € сразу мог знать, какой объем она будет занимать, и наоборот.  ак сильно уменьшитс€ объем, если охладить на n градусов, и многое другое. ≈ще раз на пальцах, € не занималс€ вычислением, € просто ввел исходные данные. ѕрограмма сделала все сама. –асчетки € тогда клепал всему потоку.

ѕо сути, правильно составив эту систему уравнений, т.е. математическую модель, можно прогнозировать или рассчитывать достаточно важные и интересные процессы. Ќапример метеорологи€ или экономика. ƒаже мы сами, открыв яндекс погоду и посмотрев, что за последние дес€ть лет на этих выходных был дождь и сильный ветер, вр€д ли будем планировать выезд за город.

3. —Ќиѕы, √ќ—“ы, ќ—“ы, ЋЌƒ и другие стандарты

AlfaZero —Ќиѕы

—троительные нормы и правила, государственные стандарты, отраслевые стандарты, локальные нормативные документы. ¬сего в промышленности их огромное количество. Ќа данный момент точное количество € сказать не могу. Ќо по радио какой-то чиновник от министерства энергетики сказал, что их около полутора миллионов. Ќа форуме норма-кс говор€т о цифрах в 250 000. “ак или иначе, это все равно очень много. » очень часто строители сталкиваютс€ с противоречи€ми в них. Ќа некоторые вещи же стандарта нет вообще. Ќапример, куда девать выброс с криогенного теплообменника? ¬ общий факельный коллектор?

4. ѕроектирование и —јѕ–

AlfaZero —Ќиѕы

Ќачну с того, что работаю € инженером-проектировщиком в компании, котора€ занимаетс€ комплексным инжинирингом нефтеперерабатывающих производств. √рубо говор€, есть, например, заказчик, д€д€ ¬ас€. ’очет он построить завод по переработке нефти. Ќачинаетс€ работа. —начала инженеры-технологи обсчитывают базовый проект. “о есть Ц какой конкретно вид производства мы будем проектировать (гидрокрекинг, висбрекинг, ЁЋќ”-ј¬“ и пр.). »ме€ исходные данные в виде состава и количества сырь€, технологи рассчитывают основное оборудование: емкостное оборудование (колонны, емкости, резервуары, сепараторы и пр.), теплообменное оборудование, насосы, реакторы и многое другое.  ак правило, в программе хайсис. —читаютс€ материальные балансы. —оставл€ютс€ схемы материальных потоков. ƒалее инженер-монтажник расставл€ет и компонует это самое оборудование и соедин€ет все это дело трубопроводами. ¬ воздухе, естественно, вс€ эта приблуда не висит, а инженер-строитель проектирует конструкции, на которых будет сто€ть оборудование и на которых будут лежать трубопроводы. ѕараллельно электрики ведут свои кабели от силового оборудовани€ к подстанци€м, киповцы т€нут свои провода от датчиков к шкафам и в операторную, механики же проектируют, какой именно конструкции будут, например, ректификационные колонны, чтобы ничего не сломалось и не взорвалось раньше времени. ≈сть еще водоснабжение и канализаци€, вентил€ци€, организаци€ строительства, производство работ и пр. Ёто Ц если вкратце.

“ак вот, на то, чтобы сделать компоновку установки, уйдет примерно год работы. Ёто еще очень хорошие сроки. —колько считаютс€ базовые проекты, € не знаю, но на ѕƒ обычно год уходит. —о всеми опросными листами, задани€ми и т. п. ≈ще год уйдет на рабочку. “о есть в среднем уходит 2-3 года на проектирование одной не очень большой установки. Ќе целого завода, где установок может быть несколько дес€тков, а только одной такой установки. ¬ “атарстане, например, модернизацию производства всей нефт€нки начали еще в начале двухтыс€чных годов. ѕрошло почти 20 лет, а модернизаци€ продолжаетс€ и продолжаетс€. ”же следующий этап гр€дет, когда нужно будет модернизировать и реконструировать уже то, что было модернизировано. ѕроцесс этот, можно сказать, непрерывный.

—јѕ– Ц системы автоматизированного проектировани€. ѕрограммы, помогающие инженерам выполн€ть свою работу проще и быстрее. ≈сли раньше, например, чертежи чертились на кульманах, теперь же Ц в автокаде или компасе. ѕричем программы все эти узкоспециализированные дл€ каждого из инженеров в отдельности. “ак, например, технолог, считающий процесс в хайсисе и начертивший схемы в автокаде, пон€ти€ не имеет, что такое “экла, в которой строитель считает свои металлоконструкции. ќба они почти ничего не слышали о пвп-дизайне или пассате, в которой механик считает свои емкости. ћонтажник считает в —“ј–“е или цезаре трубы на циклическую прочность, например. ≈сть программы дл€ подсчета изол€ции, есть свои программы даже дл€ сметчиков. Ќу и всех их, конечно же, объедин€ет пдмс или е3д или интерграф какой-нибудь. ј может быть, даже эдж у кого-то стоит .

AlfaZero —Ќиѕы

“о есть кака€-нибудь система трехмерного проектировани€, в которой нагл€дно видно, что вообще происходит на данный момент в проекте.

ќчень важным шагом € считаю попытки создани€ так называемой системы сквозного проектировани€. √ода три назад € наткнулс€ на одну очень хорошую статью по этой теме. ј вот сама презентаци€.

—уть такова, что така€ система уже с самого начала проектировани€ позвол€ет распараллеливать процессы. Ќе так последовательно, как было у мен€ в описании: технологи Ц механики Ц монтажники/электрики/киповцы Ц строители. ј все вместе сразу, и при этом почти вс€ информаци€ оказываетс€ в этой самой трехмерной модели. “кнув в любой ее элемент, можно получить полную информацию: ткнули в отвод Ц посмотрели схему, на которой нарисована наша труба; ткнули в насос Ц можно гл€нуть и опросник, причем самой последней ревизии. ≈сть еще BIM-модели. ¬ суть € не вникал, но, как мне сказали, там можно будет даже проследить температуру воздуха в лифте здани€. Ќаверное, это круто. Ќо! Ќо...

“еперь € подхожу ближе к цели своего повествовани€. ¬се эти трехмерные программы, разумеетс€, хороши, но они не включают в себ€ расчетные модули других программ. ћожно, конечно, из “эклы импортировать строительную часть в пдмс, можно из пдмс импортировать данные в —“ј–“. Ќо на текущий момент это всего лишь трехмерна€ картинка.

5. ћатематическа€ модель

AlfaZero —Ќиѕы

Ќа уроках программировани€ в клубе юных техников мы с преподавателем однажды решали задачку. Ќужно было найти выход из лабиринта. »сходные данные: точка входа, точка выхода и сам лабиринт в виде, например, матрицы NxM, состо€щей из нулей и единиц, где ноль Ц пустое пространство, а единица Ц стена. «адачу мы тогда решили. Ѕолее того, при условии, что выход из лабиринта в принципе возможен, написанна€ нами программа всегда выбирала наиболее короткий путь.

—ейчас дл€ определени€ кратчайшего пути (или оптимального маршрута) из точки ј в точку Ѕ используетс€ множество программ. ¬ том же гугле или €ндексе или 2гис достаточно вбить только местоположение пункта назначени€, и он выдаст тебе оптимальный маршрут, причем сразу со всеми видами транспорта, пересадками и предполагаемым временем пути. яндекс.ћетро Ц вбиваем начальную и конечную станцию и смотрим, где и как пересесть и даже в какой вагон входить.

я подумал, а вот что если точка ј Ц начало моего трубопровода, а точка Ѕ Ц конец. ћного ли нужно ресурсов, чтобы построить оптимальный маршрут трубопровода? ј двух трубопроводов? ј двух трубопроводов, но так, чтобы большую часть пути они следовали вместе? ћы как-то делали стадию ѕƒ, € занималс€ своим любимым Ц межцеховкой. » у мен€ оказалось, что на эстакаде в общей сложности лежит 200+ труб. ƒвести!!! —амое нагруженное место Ц семь €русов эстакады в 12 м шириной. Ќехило, да? ћожно ли было тогда Ђоптимизироватьї эстакаду? Ќу, например, сделать не семь €русов, а шесть, но шириной 14 метров? ”шло бы в этом случае металла меньше? »ли больше? Ёто никто не считает, нет таких ресурсов, чтобы проектировать сразу несколько вариантов. ј казалось бы, нет ничего проще, чем рассмотреть данную задачу как задачу оптимизации системы нескольких уравнений с несколькими переменными: количество и диаметр трубопроводов, наличие изол€ции и арматуры. ≈сть киповские клапаны Ц изволь €рус заложить такой, чтобы пройти можно было, обслужить и механизировать. » таким же образом в качестве аргументов этой системы добавл€ть остальные исходные данные, вли€ющие на расположение и конфигурацию трубопроводов. Ќу, например наименование продукта: кислота, нафта или просто азот. ƒобавим также в качестве аргументов этой системы сортамент металлоконструкций и труб. ƒобавим другие стандарты, согласно которым будут проложены трубы, √ќ—“ 32569, например, или B31.3. “о есть можно описать такую математическую модель, которую можно будет рассматривать вообще с любых сторон. » решать задачи оптимизации с любых позиций. Ќапример, в случае эстакады Ц наименьший расход металла и, как следствие, материальных затрат.

ћожно ли такой же подход организовать к компоновке оборудовани€? ќписать модель, в которой уже нужно будет располагать не трубы в металле, а оборудование на участке строительства? –асположить здани€, эстакады и остальные блоки так, чтобы обща€ площадь была наименьшей, но при этом установка была безопасной. » также внутри блоков проводить подобную оптимизацию. ќбеспечить наименьшие размеры насосной, но при этом чтобы все обслуживалось и механизировалось? ћне кажетс€, что можно.

6. »де€

AlfaZero —Ќиѕы

„то если отдельные части проектировани€ отдать на откуп машинам? «агрузить не библиотеку дебютов, как в шахматах, а все нормативные документы и госты на проектирование. «агрузить тыс€чи типовых проектов. ќбучить их, как AlphaZero, дл€ начала считать процессы в хайсисе. ѕотом эти данные примен€ть уже дл€ расчета оборудовани€ в пвп-дизайн. ѕотом на основе этих данных скопомпоновать блоки, здани€ и сооружени€ в установку. ѕрот€нуть трубы, кабели, дороги, сети и пр. » уже в конце на основе всего этого нарисовать 3D-модель. ћ? Ѕолее того, все это уже будет оптимизировано таким образом, чтобы наиболее дешево и максимально безопасно построить установку. “о есть мы получим ту самую пресловутую кнопку Ђѕ–ќ≈ “ї, о которой так мечтают заказчики. » вместо 2-3 лет на проектирование будет уходить секунда-две. ѕроектировщик вымрет как класс, как когда-то кучер или трубочист .

P.S. я не один такой умный, конечно же. ѕо ключевым словам Ђсквозное проектированиеї уже вылезают видюшки Ђmachine learning and AI at Engineeringї. » у AlphaZero на тот момент было около п€ти тыс€ч серверов дл€ обучени€. Ёто пон€тно. —колько времени уйдет на то, чтобы эта иде€ воплотилась в жизнь? ћне кажетс€, что не меньше чем 20 лет. ј если учитывать инерционность мышлени€ и консерватизм некоторых проектных институтов, то и все 50. Ќо € знаю, что систему распознавани€ лиц, например, делали наши российские программисты ( итай теперь вроде бы хочет выкупить эти технологии и развивать у себ€). “о есть у нас есть толковые парни. ¬едь что —“ј–“, что пвп-дизайн начиналс€ с маленького коллектива инженеров, у которых была иде€ и энтузиазм. ј теперь у нас есть целые компании Ц российские компании Ц которые продают и внедр€ют софт дл€ инженеров. я также считаю, что если не заниматьс€ этой задачей сейчас, то можно безнадежно отстать от всего остального мира, как, например, в микроэлектронике. » тогда мы, возможно, вообще потер€ем промышленность и энергетику.

«асим приглашаю вас подискутировать на эту тему. — какими сложност€ми можно будет столкнутьс€ на пути создани€ такой нейросети-проектировщика? ќт чего отталкиватьс€? »ли, может быть, уже все придумано до нас?



¬акансии:

јктуальное обсуждение

RSS-лента комментариев

-->

ƒавид Ћевин
ƒавид Ћевин
ќт редактора: „то можно назвать Ђчудо-оружиемї отрасли —јѕ–?
ѕроект ЂЌародное —јѕ–-интервьюї

—лучайна€ стать€:

isicad Top 10

—амые попул€рные материалы

   ‘орумы isicad:

isicad-2010 isicad-2008
isicad-2006 isicad-2004

ќ проекте

ѕриглашаем публиковать на сайте isicad.ru новости и пресс-релизы о новых решени€х и продуктах, о проводимых меропри€ти€х и другую информацию. јдрес дл€ корреспонденции - info@isicad.ru

ѕроект isicad нацелен на

  • укрепление контактов между разработчиками, поставщиками и потребител€ми промышленных решений в област€х PLM и ERP...
ѕодробнее

»нформаци€ дл€ рекламодателей


¬се права защищены. © 2004-2019 √руппа компаний «Ћ≈ƒј—»

ѕерепечатка материалов сайта допускаетс€ с согласи€ редакции, ссылка на isicad.ru об€зательна.
¬ы можете обратитьс€ к нам по адресу info@isicad.ru.