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:
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.
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.
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.
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.
Большие данные или Big Data — структурированные или неструктурированные массивы данных большого объема. Их используют для статистики, анализа, принятия решений.
Источники сбора данных:
социальные — действия человека в сети;
машинные — информация от гаджетов;
транзакционные — перевод средств при покупках, поставках и операциях с банкоматами.
Телемедицина — обмен медицинской информацией посредством использования компьютерных и телекоммуникационных технологий. Также дистанционное предоставление списка медицинских услуг.
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:
голова — отслеживание положения. Гарнитура перемещает картинку согласно положению головы пользователя. Система называется шестью степенями свободы;
движения — отслеживаются движения, что обеспечивает передвижение человека по виртуальной реальности;
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:
безопасность сетей;
безопасность приложений;
безопасность информации;
операционная безопасность;
аварийное восстановление и непрерывность бизнеса;
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:
бизнес: система управления взаимоотношениями с клиентами (CRM), онлайн-сервисы для удаленной работы, рекрутинг;
образование: программы для дистанционного обучения, выполнения домашних заданий, тренажеры, гаджеты;
медицина: поиск лекарств и вакцин, онлайн-консультации, диагностика;
ритейл: упрощения заказа и поиска товаров, управление логистикой, формирование базы отзывов и предложений;
искусство и развлечения: цифровизация игр, книг, музыки, видео;
производство: автоматизация процессов;
общественное питание: приготовление блюд, контроль качества.
Преимущества цифровых технологий
Плюсы использования цифровых технологий:
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;
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;
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;
возможность использовать сложные алгоритмы с высокой точностью реализации;
сжатие информации: оцифрованная информация сохраняется в небольшом пространстве;
поддается манипулированию: можно изменять материал;
легкая доступность для работы в сети: контент распределяется сразу между несколькими платформами и быстро распространяется.
Минусы использования цифровых систем:
энергозатратность части процессов, что требует усложнения устройств;
изменение смысла сообщения при утере одного элемента цифровой информации;
легкодоступность информации — обесценивание усилий при поиске.