Т-3

Цифровые технологии на производстве. Управление производством

Что такое цифровые технологии

Цифровые технологии — от лат. Digital technology — технологии со своим программным обеспечением, которые созданы с помощью вычислительной техники.

Одно из значений слова digital — «палец». Человечество на протяжении своей истории использовало для счета целых чисел пальцы. Поэтому вначале определение digital применялось к целым числам, которые меньше десяти. Современное значение понятие цифровых технологий приобрело в связи с появлением новых вычислительных машин.

Пример.

Цифровые технологии используются в компьютерах, игровых автоматах, робототехнике, измерительных приборах, радио- и телекоммуникационных устройствах.

Появление первых вычислительных устройств в мире относят к древнему Шумеру. Там был распространен абак: счетная доска с начерченными линиями. Абак использовали для арифметических вычислений. Позже он трансформировался в счеты. Их использовали до возникновения карманных электронных калькуляторов.

Аналогом компьютера стал Антикитерский механизм. Механизм разработали для расчета дат, траекторий движения планет и предсказания астрономических явлений. Пользователь вводил несколько простых переменных, что приводило к ряду сложных математических вычислений. Код этого механизма записан в математические соотношения вращающихся шестеренок и указателей на надписи на дисках.

Чтобы вычислить необходимые даты солнечного или лунного календаря:

• вводили дату на одной передаче;

• проворачивали шестеренки механизма;

• получали нужную дату.

Открытие логарифмов Джоном Непером позволило создать инструменты для расчета. Вильгельм Шиккард изобрел вычислительную машину. Блез Паскаль построил первое устройство сложения. Готфрид Лейбниц сконструировал ступенчатый калькулятор и разработал формальную логику.

Формальная логика — наука о правилах преобразования высказываний безотносительно содержания входящих понятий. Истинность высказываний сохраняется. Правила и высказывания записываются с помощью формул.

Логика свелась к бинарной (двоичной) системе счисления — основам информационного счисления. Числа в этой позиционной системе записываются с помощью только двух символов — нуля и единицы.

Карл Лейбниц доказал, что в данном множестве действуют все арифметические операции. Поэтому с развитием электронно-вычислительных машин двоичная система подошла для программирования и организации информационных данных в памяти устройств. Их программирование осуществляется языком цифрового кода — последовательностью нулей и единиц.

В основе цифровых технологий заложены способы кодирования и передачи информации для быстрого решения задач.

Примечание 1

Цифровые технологии работают с дискретными, а не с непрерывными сигналами.

Информация передается в виде двоичного кода, который преобразовывается принимающим оборудованием. Код состоит из битов.

Примечание 2

Биты — двоичные числа из единиц и нулей, которые означают истина и ложь соответственно; включение и выключение. Расположение нулей и единиц определяет декодирование информации. 

Их виды и свойства

Выделяют несколько основных видов цифровых технологий будущего:

1. Искусственный интеллект и машинное обучение, глубокое обучение.

Примечание 3

Искусственный интеллект характеризуется методами, которые позволяют имитировать человеческое поведение.

На основе данных об особенностях интеллекта и расшифровках аспектов обучения машина может воспроизвести эти процессы.

Выделяют три группы систем искусственного интеллекта:

• ограниченный искусственный интеллект (Narrow AI) — решение одной конкретной задачи;

• общий искусственный интеллект (AGI) — может выполнять много задач как человеческий мозг;

• сверхразумный искусственный интеллект — выше интеллекта человека.

Машинное обучение — направление искусственного интеллекта, включающее методы, с помощью которых можно обучить. Машины получают данные и обучаются по ним. Например, решение класса задач на распознавание образов.

Глубокое обучение — подмножество машинного обучения ‒ использует нейронные сети для решения реальных задач. Нейронные сети имитируют человеческое поведение в процессе принятия решений.

2.  Компьютерное зрение — область искусственного интеллекта, направленная на анализ видео и изображений. Компьютер наделяют набором методов, с помощью которых он извлекает информацию из увиденного. Машины могут обнаруживать, отслеживать и классифицировать объекты.

3. Нейросети — математическая модель, программа которой функционирует подобно мозгу живого организма. Сущность нейросетей заключается в построении программы по принципу функционирования биологических нейронных сетей. С помощью нейронных сетей решают задачи классификации, предсказания, распознавания.

4. Блокчейн и криптовалюты.

Примечание 4

Блокчейн — непрерывная цепочка блоков для хранения информации, сформированная по определенным правилам. Цифровые данные защищены от подмены и изменений.

Информацию преобразовывают в битовую строку фиксированной длины — хешируют данные. В каждом блоке блокчейна хранится информация о предыдущем блоке. Например, база данных, в которой содержится список сотрудников с транзакциями в системе, краткими характеристиками информационных процессов.

Криптовалюта — разновидность цифровой валюты. Ее количество определяется количеством данных расчетных единиц, которое записывается в соответствующей позиции информационного пакета протокола передачи данных.

5. Большие данные или Big Data — структурированные или неструктурированные массивы данных большого объема. Их используют для статистики, анализа, принятия решений.

Источники сбора данных:

1. социальные — действия человека в сети;

2. машинные — информация от гаджетов;

3. транзакционные — перевод средств при покупках, поставках и операциях с банкоматами.

4. Телемедицина — обмен медицинской информацией посредством использования компьютерных и телекоммуникационных технологий. Также дистанционное предоставление списка медицинских услуг.

5. Виртуальная и дополненная реальность.

Виртуальная реальность — искусственно созданная трехмерная цифровая среда, нацеленная на передачу человеку информации через его органы восприятия. С помощью сенсорных устройств человек может погрузиться в интерактивный мир.

Виртуальная реальность — правдоподобная, интерактивная, изучаемая, с эффектом присутствия. Специалисты тщательно изучают психологию будущих пользователей. Связь с реальным миром отсутствует.

Компоненты взаимодействия с виртуальной реальностью:

1. голова — отслеживание положения. Гарнитура перемещает картинку согласно положению головы пользователя. Система называется шестью степенями свободы;

2. движения — отслеживаются движения, что обеспечивает передвижение человека по виртуальной реальности;

3. глаза — датчик анализирует направление взгляда.

Дополненная реальность — виртуальный мир накладывается на реальный. Человек получает информацию из двух источников.

8. Кибербезопасность — комплекс мер безопасности для обеспечения защиты и конфиденциальности, целостности и доступности данных.

Основные категории кибербезопасности:

1. безопасность сетей;

2. безопасность приложений;

3. безопасность информации;

4. операционная безопасность;

5. аварийное восстановление и непрерывность бизнеса;

6. повышение осведомленности.

9. Интернет вещей — Internet of Thing — подключенные к интернету физические объекты, которые способны взаимодействовать между собой и внешним миром. Строится на базе разветвленной сети устройств, сенсорных датчиков, которые фиксируют определенные параметры. Устройства идентифицируют с помощью специальных меток или маркеров по принципу «свой-чужой».

Сфера применения

Примеры сфер жизни с применением цифровых технологий:

1. бизнес: система управления взаимоотношениями с клиентами (CRM), онлайн-сервисы для удаленной работы, рекрутинг;

2. образование: программы для дистанционного обучения, выполнения домашних заданий, тренажеры, гаджеты;

3. медицина: поиск лекарств и вакцин, онлайн-консультации, диагностика;

4. ритейл: упрощения заказа и поиска товаров, управление логистикой, формирование базы отзывов и предложений;

5. искусство и развлечения: цифровизация игр, книг, музыки, видео;

6. производство: автоматизация процессов;

7. общественное питание: приготовление блюд, контроль качества.

Преимущества цифровых технологий

Плюсы использования цифровых технологий:

1. передача сигнала без искажения: двоичная система минимизирует риски потери информации или ее изменения. Чем меньше символов для кодирования информации используется, тем выше вероятность передать исходную информацию без искажений по установленным каналам трансляции;

2. хранение информации: цифровой способ хранения информации проще аналогового. Информация сохраняется и считывается без помех, которые приводят к ошибкам. В аналоговых системах возможны повреждения участков данных из-за устаревания аппаратуры. В этом случае нельзя восстановить информацию без потерь;

3. легкость управления: специально разработанные программы упрощают управление устройствами, которые разработаны на основе цифровых систем. Расширение функционала устройств происходит без переоснащения аппаратными средствами: обновление программного обеспечения;

4. возможность использовать сложные алгоритмы с высокой точностью реализации;

5. сжатие информации: оцифрованная информация сохраняется в небольшом пространстве;

6. поддается манипулированию: можно изменять материал;

7. легкая доступность для работы в сети: контент распределяется сразу между несколькими платформами и быстро распространяется.

Минусы использования цифровых систем:

1. энергозатратность части процессов, что требует усложнения устройств;

2. изменение смысла сообщения при утере одного элемента цифровой информации;

3. легкодоступность информации — обесценивание усилий при поиске.