W jednym z poprzednich artykułów (Dlaczego branża budowlana jest do bani?) opowiedziałem nieco o branży budowlanej i problemach z produktywnością oraz porównałem te kwestie z innymi sektorami. Jednym z wniosków płynących z tego tekstu jest fakt, że inżynierowie muszą zmienić swój sposób pracy, aby działać szybciej, automatyzować powtarzalne zadania i na bieżąco śledzić niezwykle dynamiczne zmiany w całej branży. Aby zostać inżynierem przyszłości, najważniejsze jest, by nie zaprzestać nauki i rozwijania nowych umiejętności. Może się okazać, że role modelarza 3D, koordynatora projektu czy architekta nie będą osobnymi rolami, tylko dodatkowymi umiejętnościami posiadanymi przez inżynierów, jak choćby korzystanie z drukarek 3D, projektowanie parametryczne czy zarządzanie danymi Big Data. Programowanie dla inżynierów – 6 powodów dlaczego warto zacząć
Spis treści
Czy programowanie jest dla każdego inżyniera?
Na to pytanie próbuje się odpowiedzieć od lat, jednak w rzeczywistości grupa osób uczących się kodowania rośnie z roku na rok. W rzeczywistości szacuje się, że na świecie jest obecnie 26,2 miliona programistów, a liczba ta nie uwzględnia nawet wielu innych zawodów wymagających umiejętności programowania. Jako że technologia nadal odgrywa coraz bardziej kluczową rolę w naszej gospodarce, nauka programowania staje się bardziej istotna niż kiedykolwiek wcześniej. Niezależnie od tego, czy jesteś inżynierem, czy nie, umiejętności programowania mogą przynieść korzyści Twojej karierze na wiele sposobów.
Od automatyzacji zadań po rozwiązywanie złożonych problemów, umiejętność kodowania jest cennym atutem, którego nabycie powinien rozważyć każdy. W tym wpisie dowiemy się, dlaczego wszyscy inżynierowie powinni uczyć się programowania i jak może im to pomóc w osiągnięciu większej efektywności, produktywności i sukcesu w karierze.
1. Drukowanie 3D
Inżynieria lądowa, mechaniczna, przemysłowa i lotnicza wydają się mieć jedną wspólną cechę: eksploracja i przesuwanie druku 3D do granic możliwości. W ostatnim czasie obserwuję ekstremalny rozwój w tej dziedzinie. Niektóre firmy muszą zmienić model biznesowy ze sprzedaży wyprodukowanych elementów na sprzedaż praw autorskich do kodu lub modeli 3D dla drukarek 3D. Standardowe sposoby tworzenia szablonów dla drukarek 3D mogą być naprawdę czasochłonne i nieefektywne. Dlatego wszystkie branże zmieniły podejście na parametryczne i projektują elementy z wykorzystaniem algorytmów do optymalizacji elementów.
Obecnie można tworzyć niewyobrażalne struktury, czasem z zupełnie nowych materiałów. Narzędzia do projektowania w druku 3D są potężniejsze niż kiedykolwiek, pozwalając na konsolidację części i uproszczenie produktu obok większej złożoności wewnętrznej. W służbie zdrowia, spersonalizowane dostosowywanie implantów i urządzeń medycznych radykalnie poprawia jakość życia pacjentów. Technologia umożliwia poszczególnym inżynierom myślenie wykraczające daleko poza to, co było możliwe w projektowaniu produktów.
2. Robotyka
Globalny rynek robotyki nieustannie się rozwija. Według raportu World Robotics 2020 Industrial Robots, opublikowanego przez Międzynarodową Federację Robotyki (IFR), “pod koniec ubiegłego roku w zakładach produkcyjnych na całym świecie pracowało około 2,7 mln robotów, o 12% więcej niż miało to miejsce w 2019 roku, kiedy to w ciągu tego roku sprzedano i zainstalowano 373 tys. nowych robotów” [1] [2]
Oczywiście zwiększenie liczby maszyn w przemyśle nie spowoduje zmniejszenia zasobów ludzkich o taką samą liczbę. Pojawi się natomiast ogromne zapotrzebowanie na osoby posiadające umiejętności kodowania pozwalające na obsługę i pracę z maszynami. Celem jest zautomatyzowanie powtarzalnych i ciężkich prac, pozostawiając ludziom swobodę wykonywania lżejszych i bardziej specjalistycznych zadań. To z pewnością pomoże rozwiązać problem braku umiejętności, którego doświadczają obecnie wszystkie branże.
Jako przykład niech posłuży sektor budowlany:
Wykorzystanie zaawansowanych robotów modelujących zwiększy tempo produkcji poprzez przejście do produkcji poza miejscem budowy i sprawi, że place budowy będą bardziej wydajne. Roboty będą pomagać w budowie poprzez drukowanie przestrzenne budynków betonowych i złożonych konstrukcji spawanych, zapewniając bezpieczniejsze środowisko pracy. Dla przykładu: Technologia firmy Built Robotics z San Francisco projektuje maszyny takie jak walce i koparki, które mogą działać autonomicznie. Rosnąca gama urządzeń zrobotyzowanych może przejąć specjalistyczne zadania budowlane, w tym spawanie, wiercenie i układanie cegieł.
3. Tworzenie cyfrowych bliźniaków poprzez programowanie
W dzisiejszych czasach każdy obiekt jest budowany dwukrotnie, najpierw wirtualnie później fizycznie, aby zminimalizować ryzyko projektu i zapobiec marnotrawstwu materiału i czasu. Cyfrowe bliźniaki są dokładną repliką czegoś, co ma być skonstruowane lub wyprodukowane. Projektanci mogą testować systemy wirtualnie przed zastosowaniem zmian w świecie fizycznym. Zanim nowy samochód opuści fabrykę, trzeba zbudować kilka prototypów wraz z trójwymiarową reprezentacją tzw. cyfrowego bliźniaka. Następnie firmy rozwijają cyfrowe bliźniaki poprzez dołączanie czujników do swoich produktów i urządzeń w celu monitorowania wszelkich zmian. Celem jest utrzymanie wzorcowego odwzorowania przez cały okres życia obiektu, aby jeszcze bardziej usprawnić działania i zapewnić stałą wartość.
Poniżej zobaczysz doskonały przykład wykorzystania Cyfrowego Bliźniaka. Most Randselva to projekt infrastrukturalny, którego miałem przyjemność być częścią. Celem było stworzenie największego na świecie modelu mostu zaprojektowanego i zbudowanego bez użycia rysunków. Byłoby to niemożliwe do osiągnięcia bez wykorzystania najnowszych technologii. Zespół Projektowania Parametrycznego miał za zadanie dostarczyć model z zawartymi w nim wszystkimi niezbędnymi informacjami. W końcu stworzyliśmy cyfrowego bliźniaka, który jest dokładnym modelem mostu.
4. Inżynieria dla ochrony naszej planety
Przewiduje się, że ten temat będzie rozwijał się niezwykle prężnie w ciągu najbliższych kilku lat. Moim zdaniem zastosowanie pojawiających się technologii w tym obszarze może mieć zdecydowanie największy wpływ. Mówię tu o inżynierii zrównoważonej i środowiskowej.
Prawdopodobnie zobaczymy “zielone” technologie i rozwiązania wdrażane w niemal wszystkich dziedzinach inżynierii. Przede wszystkim w celu zmniejszenia emisji gazów. Zielone technologie udoskonalają projekt, aby zużywać mniej energii, pracy i materiałów, a także sprawiają, że efekt końcowy wtapia się w środowisko. Ponadto Inżynierowie Konstrukcji, wraz z Architektami, muszą badać i rozważać alternatywne materiały budowlane, które mają jak najmniej negatywny wpływ na środowisko.
“Budować odporną infrastrukturę, promować inkluzywną i zrównoważoną industrializację oraz wspierać innowacje“
17 celów zrównoważonego rozwoju Organizacji Narodów Zjednoczonych wyróżnia dwa założenia. Cel rozwojowy 11: Zrównoważone miasta i społeczności oraz Cel numer 9 Zrównoważony rozwój. W tym ostatnim punkcie wyróżniono trzy główne cele:
1. Znaczne zwiększenie liczby pracowników naukowo-badawczych na 1 mln mieszkańców.
2. Unowocześnienie technologii we wszystkich sektorach przemysłu.
3. Wspieranie innowacji.
A innowacje cyfrowe wyraźnie wykazały ogromny potencjał dla przyszłości inżynierów. Projektowanie generatywne jest jedną z wschodzących technologii, która może wynieść optymalizację na wyższy poziom.
Projektowanie generatywne
Czym jest optymalizacja, można by zapytać? Jeśli sprawdzimy w słowniku, ujrzymy jasną i prostą odpowiedź
Optymalizacja to wykonywanie czynności tak dobrze, jak to możliwe, doprowadzenie procesu lub systemu do optimum w danych warunkach.
Projektanci nie są jednak w stanie wykonać tysięcy iteracji danego rozwiązania. Ta praca musi być delegowana do oprogramowania komputerowego, które zostało zaprojektowane do tego typu zadań. Użytkownik (projektant) ustala wymagania dla modelu, takie jak procesy produkcyjne, obciążenia i ograniczenia, a następnie oprogramowanie proponuje projekty, które spełniają te wymagania.
Komputery będą badać bardzo dużą liczbę możliwych permutacji rozwiązania. Dzięki temu projektanci mogą generować i testować zupełnie nowe, zoptymalizowane rozwiązania pod kątem stabilności konstrukcji, estetyki i wpływu na klimat. Na koniec projektant będzie miał ostatnie słowo w sprawie wyboru projektu.
Takie podejście umożliwia większą wydajność zasobów, terminową produkcję, mniejszą ilość odpadów, redukcję emisji dwutlenku węgla i poprawę jakości.
Przykład Spacemaker
Spacemaker to norweski startup, który stworzył oparte na chmurze oprogramowanie AI, upoważniające zespoły do współpracy, analizowania i projektowania terenów nieruchomości. Spacemaker to idealny asystent do planowania urbanistycznego. Załóżmy, że musisz zaprojektować ogromne osiedle mieszkaniowe. Dzięki Spacemaker, który opiera się na projektowaniu generatywnym, możesz w czasie rzeczywistym ocenić do 100 kryteriów, takich jak ograniczenia działki budowlanej, warunki słoneczne oraz zacienienie spowodowane przez drzewa i sąsiednie budynki każdego dnia o każdej porze roku. Oprogramowanie uwzględnia nawet przepływy wiatru, natężenie hałasu z ulicy, widok z okien dla każdego wariantu i znacznie więcej. Wszystkie parametry można zebrać w jednym miejscu, a komputer jest gotowy do sprawnego przeprowadzenia analizy wykonalności, stworzenia cyfrowego modelu terenu oraz szybkiej symulacji i analizy różnych scenariuszy budowlanych w celu zbadania możliwości i ryzyka związanego z każdym z nich.
Spacemaker to świetny przykład pokazujący, jak projektowanie generatywne odegra istotną rolę w transformacji branży. Nie byłem aż tak zaskoczony, gdy Autodesk kupił tę firmę za 250 milionów dolarów. Technologia radykalnie poprawi podejmowanie decyzji, wsparcie i współpracę w zakresie rozwoju nieruchomości, aby pomóc w budowaniu zrównoważonych i lepszych do życia miast. To co kocham w tej technologii to fakt, że jest ona dostępna dla zwykłych inżynierów. Nawet projektanci z niewielkim doświadczeniem w programowaniu mogą stosunkowo łatwo wdrożyć swoje pomysły i stworzyć generyczne modele.
5. Big Data
Wszystkie branże zmieniają swoje podejście do danych z ubogich w dane na bogate w dane. Inżynierowie będą mieli znaczący wpływ na nasze miasta i na poprawę jakości życia ich mieszkańców. Zatem pierwszym krokiem do inteligentnych miast jest gromadzenie danych – ton danych. Dane generowane z obrazów przechwyconych z urządzeń mobilnych, filmów z drona, czujników bezpieczeństwa, modeli BIM i innych stały się zasobem informacji. Stwarza to możliwość wykorzystania wszystkich tych danych do uczenia maszynowego w przyszłości. Musimy zasilić komputery wszystkimi informacjami, które mogą być istotne dla oceny rozwiązań projektowych. Następnie maszyny mogą przestudiować wszystkie informacje i na końcu zaproponować rozwiązanie. Uczenie maszynowe będzie jak inteligentny osobisty asystent. Najpierw przeanalizuje tę masę danych, a następnie przedstawi swoje zalecenia. Daje to ogromny potencjał do wykorzystania we wszystkich sektorach inżynierii.
Wszystko to dzięki big data, które definiuje się jako duże ilości banków danych zebranych z różnych projektów, które mogą być przetwarzane przez komputery w celu wykorzystania ich do nauki. Pracując w ten sposób razem z komputerami, możemy niejako przewidywać przyszłość i ostrzegać użytkowników przed potencjalnymi problemami. Powiedzmy, że zebraliśmy dane o projektach z ostatnich 10 lat – koszty, harmonogramy, kamienie milowe, budżet itp. Maszyna może porównać status twojego projektu z tysiącami projektów zakończonych wcześniej w banku danych.
Oznacza to, że AI może pomóc w podejmowaniu wielu kluczowych decyzji tradycyjnie delegowanych do inżynierów. Spowoduje to ogromną poprawę tempa realizacji projektu i obniżenie ogólnych kosztów.
6. Inteligentne miasta i fabryki
Przemysłowy Internet Rzeczy (ang. IIot) umożliwia integrację czujników w wielu procesach produkcyjnych, a także w niektórych kluczowych aspektach łańcucha dostaw, zapewniając lepsze informowanie o projektowaniu począwszy od najwcześniejszych etapów. Producenci przechodzą z procesów analogowych na cyfrowe, co otwiera ogromny potencjał poprawy sposobu prowadzenia działalności.
Dzięki zintegrowanym czujnikom i inteligentnej fabryce przyszłości, firmy produkcyjne i ich inżynierskie zespoły projektowe będą miały lepszą widoczność i kontrolę nad całym procesem projektowania i wytwarzania części i produktów. Będą miały możliwość podejmowania decyzji w oparciu o dane i będą mogły zintegrować więcej analogowych aspektów operacyjnych – które wcześniej odbywały się w arkuszach kalkulacyjnych i na papierze – z modelem cyfrowym.
Co dalej z programowanie dla inżynierów
Jako cywilizacja naprawdę przeszliśmy długą drogę zaczynając od pierwszych piramid, poprzez maszyny parowe, lądowanie na księżycu i tak dalej. Powiedziałbym jednak, że inżynieria jest wciąż w powijakach. Wielkie zmiany są nadal przed nami. Świat wokół nas zanurza się w technologii, która ostatecznie jest napędzana przez programowanie i rządzi się swoimi prawami. Zmiany te będą wymagały nowych umiejętności i nowych metod pracy. Uważam, że wysokopoziomowa wiedza o środkach do programowania – przeszłych, obecnych, a przede wszystkim przyszłych – jest dla wielu niezwykle istotna.
Programowanie jest i będzie tą umiejętnością, która będzie wymagana w przedsiębiorstwach, aby nadążać za pojawiającymi się technologiami.
Nie mówię, że wszyscy inżynierowie strukturalni muszą nauczyć się hardcorowych języków programowania i zacząć pisać własne programy. To co mam na myśli to to, że inżynierowie powinni zacząć małymi krokami zmierzać w kierunku automatyzacji wszystkich zadań manualnych i zrozumieć jak myślą komputery i jak się z nimi komunikować.
If you want to get more information about Grasshopper and learn parametric modelling, download the free guide – FREE DOWNLOAD
Grasshopper is a plugin to Rhino that you can download HERE.
