Информатика в инструментальном производстве

Москва 2013г.

1. Информатика как наука. Определения и термины.

Понятие информатики является таким же трудным для какого-либо общего определения, как, например, понятие математики. Это и наука, и область прикладных исследований, и область междисциплинарных исследований, и учебная дисциплина (в школе и в вузе).

Существует множество определений информатики, что связано с многогранностью ее функций, возможностей, форм, методов. Одно из наиболее общих определений такое.

WIKI - Информатика - наука о способах получения, накопления, хранения, преобразования, передачи, защиты и использования информации. Она включает дисциплины, относящиеся к обработке информации в вычислительных машинах и вычислительных сетях: как абстрактные, вроде анализа алгоритмов, так и довольно конкретные, например, разработка языков программирования.

Информатика (научная дисциплина) – молодая научная дисциплина, изучающая вопросы, связанные с поиском, сбором, хранением, преобразованием и использованием информации в самых различных сферах человеческой деятельности. Генетически информатика связана с вычислительной техникой, компьютерными системами и сетями, так как именно компьютеры позволяют порождать, хранить и автоматически перерабатывать информацию в таких количествах, что научный подход к информационным процессам становится одновременно необходимым и возможным.

Информатика (как область человеческой деятельности) – это область человеческой деятельности, связанная с процессами преобразования информации с помощью компьютеров и их взаимодействием со средой применения.

Термин информатика возник в 60-х гг. во Франции для названия области, занимающейся автоматизированной обработкой информации с помощью электронных вычислительных машин. Французский термин образован путем слияния слов “информация” и “автоматика” и означает “информационная автоматика или автоматизированная переработка информации”. В англоязычных странах этому термину соответствует синоним computer science (наука о компьютерной технике).

Главная функция информатики заключается в разработке методов и средств преобразования информации и их использовании в организации технологического процесса переработки информации.

Задачи информатики состоят в следующем:

исследование информационных процессов любой природы;

разработка информационной техники и создание новейшей технологии переработки информации на базе полученных результатов исследования информационных процессов;

решение научных и инженерных проблем создания, внедрения и обеспечения эффективного использования компьютерной техники и технологии во всех сферах общественной жизни.

Информационные ресурсы - Различные формализованные знания (теории, идеи, изобретения), данные, технологии и средства их сбора, обработки, анализа, интерпретации и применения, а также обмена между источниками и потребителями информации.

Информационная технология -Совокупность научных дисциплин, занимающихся изучением, созданием и применением методов, способов, действий, процессов, средств, правил, навыков, используемых для получения новой информации , сбора.. итд.

Информационный процесс -Последовательность действий (операций) по сбору, передаче, обработке, анализу, выделению и использованию с различной целью информации (и/или ее носителей) в ходе функционирования и взаимодействия материальных объектов.

Информационный технологический процесс - Компонент информационной технологии как практического инструмента рецептурной деятельности, часть производственного процесса, состоящая из последовательности согласованных технологических операций, связанных со сбором и обработкой <данных> как носителей информации, выделением из них необходимых сведений, новостей, знаний, их накоплением, анализом, интерпретацией и применением.

2. Информатика/кибирнетика

Часто возникает путаница понятий “информатика” и “кибернетика”. Попытаемся разъяснить их сходство и различие.

Кибернетика – это наука об общих принципах управления в различных системах: технических, биологических, социальных и др.

Информатика занимается изучением процессов преобразования и создания новой информации более широко, практически не решая задачи управления различными объектами, как кибернетика. Информатика появилась благодаря развитию компьютерной техники, базируется на ней и совершенно немыслима без нее. Кибернетика развивается сама по себе и, хотя достаточно активно использует достижения компьютерной техники, совершенно от нее не зависит, т.к. строит различные модели управления объектами.

3. Данные. Информация. Знания.

Данные.( от англ. data) — это представление фактов и идей в формализованном виде, пригодном для передачи и обработки в некотором информационном процессе.

Данные могут выступать как источник информации. Информация, извлекаемая из данных, может подвергаться обработке, и результаты обработки фиксируются в виде новых данных.

Информация (от лат. informatio, разъяснение, изложение, осведомленность) — сведения о чем-либо, независимо от формы их представления.

В современной науке рассматриваются два вида информации:

Объективная (первичная) информация— свойство материальных объектов и явлений (процессов) порождать многообразие состояний, которые посредством взаимодействий передаются другим объектам и запечатлеваются в их структуре.

Субъективная (семантическая, смысловая, вторичная) информация – смысловое содержание объективной информации об объектах и процессах материального мира, сформированное сознанием человека с помощью смысловых образов (слов, образов и ощущений) и зафиксированное на каком-либо материальном носителе.

В бытовом смысле информация — сведения об окружающем мире и протекающих в нем процессах, воспринимаемые человеком или специальным устройством.[2]

Зна́ние в широком смысле — субъективный образ реальности, в форме понятий и представлений.

Зна́ниев узком смысле — обладание проверенной информацией (ответами на вопросы), позволяющей решать поставленную задачу.

«Знание - это умение делать выводы из информации.»

Интерпритация -- (лат. interpretatio) - в широком смысле - истолкование, объяснение, перевод на более понятный язык;

Лекция 2. Свойства информации

Пример с данными, информацией, знаиями.

Тесты IQ рассчитаны на оценку мыслительных способностей, а не уровня знаний (эрудированности).

4. Свойства информации

С точки зрения информатики наиболее важными представляются следующие общие качественные свойства: объективность, достоверность, полнота, точность, актуальность, полезность, ценность, своевременность, понятность, доступность, краткость и пр.

Объективность информации. Объективный – существующий вне и независимо от человеческого сознания.

Пример. Сообщение «На улице тепло» несет субъективную информацию, а сообщение «На улице 22°С» – объективную, но с точностью, зависящей от погрешности средства измерения.

Объективную информацию можно получить с помощью исправных датчиков, измерительных приборов. Отражаясь в сознании человека, информация может искажаться (в большей или меньшей степени) в зависимости от мнения, суждения, опыта, знаний конкретного субъекта, и, таким образом, перестать быть объективной.

Достоверность информации. Информация достоверна, если она отражает истинное положение дел. Объективная информация всегда достоверна, но достоверная информация может быть как объективной, так и субъективной. Достоверная информация помогает принять нам правильное решение. Недостоверной информация может быть по следующим причинам:

-преднамеренное искажение (дезинформация) или непреднамеренное искажение субъективного свойства;

-искажение в результате воздействия помех («испорченный телефон») и недостаточно точных средств ее фиксации.

Полнота информации. Информацию можно назвать полной, если ее достаточно для понимания и принятия решений. Неполная информация может привести к ошибочному выводу или решению.

Точность информации определяется степенью ее близости к реальному состоянию объекта, процесса, явления и т. п.

Актуальность информации – важность для настоящего времени, злободневность, насущность. Только вовремя полученная информация может быть полезна.

Полезность (ценность) информации. Полезность может быть оценена применительно к нуждам конкретных ее потребителей и оценивается по тем задачам, которые можно решить с ее помощью.

Самая ценная информация – объективная, достоверная, полная, и актуальная.

С течением времени количество информации растет, информация накапливается, происходит ее систематизация, оценка и обобщение. Это свойство назвали ростом и кумулированием информации.

Старение информации заключается в уменьшении ее ценности с течением времени. Старит информацию не само время, а появление новой информации, которая уточняет, дополняет или отвергает полностью или частично более раннюю. Научно-техническая информация стареет быстрее, эстетическая (произведения искусства) – медленнее.

4. Понятие об информационном обществе.

Информация настолько важна, что в историческом развитии общества выделяют так называемые информационные революции, при наступлении которых человечество поднималось на новый уровень, обретало новые свойства. Так, например:

- первая информационная революция ознаменовалась появлением письменности,

- вторая – книгопечатания,

- третья дала человечеству электричество,

- четвертая – компьютер.

После каждого такого нововведения информационные обмены в обществе, так или иначе, менялись.

Появление вычислительной техники позволило обрабатывать информацию намного эффективнее и быстрее. Появление глобальной сети Интернет невероятно ускорило информационный обмен.

Начали появляться специальные технические средства по обработке информации, разрабатываться методы и технологии по организации знаний и даже их появлению.

Особую роль стали играть телекоммуникации и средства связи. Компьютерные сети стали обычным способом распространения информации.

Все вышеперечисленное не может не сказаться на человеческом обществе. Знания стали ценностью, потребность в которых все время растет. Поэтому появляются новые способы их получения.

Сегодняшнее общество – это информационное общество, в котором можно выделить ряд особенностей, самая главная из которых – это использование информации почти во всех сферах жизни. Так же следует отметить постоянное увеличение автоматизации производства.

Считается, что информационное общество – это изменение не только в производстве, но и в мировоззрении людей. Увеличивается роль умственного труда, люди начинают больше потреблять информации, чем материальных ресурсов. Важным свойством человека становится способность к творчеству. Развитие информационного общества приведет к тому, что большинство населения будет занято получением, хранением и обработкой информации. Материальное производство будет возложено на машины.

В информационном обществе существует ряд опасностей. Например, информационный стресс, обусловленной информационной лавиной. Не каждый человек способен грамотно ориентироваться в обилии информации, отсекать информационный мусор и выявлять знания как высшую форму информации. Как результат на сознание человека возрастет влияние средств массовой информации. С развитием различного рода электронных устройств появляется угроза неприкосновенности частной жизни.

Информационное общество характеризуется следующими основными признаками:

- Большинство работающих в информационном обществе заняты в информационной сфере, т.е. в сфере производства информации и информационных услуг.

- Обеспечены техническая, технологическая и правовая возможности доступа любому члену общества практически в любой точке территории к нужной ему информации.

- Информация становится важнейшим стратегическим ресурсом общества и занимает ключевое место в экономике, образовании и культуре.

Если предшествующие этапы развития человечества длились каждый около трех веков, то ученые прогнозируют, что информационный этап продлится значительно меньше. Срок его существования ограничится, вероятно, сотней лет. Это означает, что большинство регионов мира войдут в развитое информационное общество в XXI в. и тогда же начнется переход к постинформационному обществу.

Таким образом, информационное общество – это общество, структуры, техническая база и человеческий потенциал которого приспособлены для оптимального превращения знаний в информационный ресурс и переработки последнего с целью перевода его пассивных форм (книги, статьи и т.п.) в активные (модели, алгоритмы, программы, проекты). Но особое значение для активизации информационного потенциала общества имеет создание современных баз знаний. Это достигается за счет качественного преобразования традиционных баз данных (БД), рожденных ранними поколениями ЭВМ в базы знаний (БЗ).

База знаний (БЗ; англ. knowledge base, KB) в информатике и исследованиях искусственного интеллекта — это особого рода база данных, разработанная для оперирования знаниями (метаданными). База знаний содержит структурированную информацию, покрывающую некоторую область знаний, для использования кибернетическим устройством (или человеком) с конкретной целью. Современные базы знаний работают совместно с системами поиска информации, имеют классификационную структуру и формат представления знаний.

Полноценные базы знаний содержат в себе не только фактическую информацию, но и правила вывода, допускающие автоматические умозаключения о вновь вводимых фактах и, как следствие, осмысленную обработку информации.

Область наук об искусственном интеллекте, изучающая базы знаний и методы работы со знаниями, называется инженерией знаний.

База знаний — важный компонент интеллектуальной системы. Наиболее известный класс таких программ — это экспертные системы (акинатор). Они предназначены для поиска способов решения проблем из некоторой предметной области, основываясь на записях БЗ и на пользовательском описании ситуации.

5. Понятие информатизации. Роль информатизации в развитии общества

Чем человек или группа людей легче и эффективней оперируют информацией, тем успешней развивается их деятельность. Это современная тенденция. Поэтому большинство видов деятельности должны начинаться со сбора и анализа информации, нахождению оптимальных решений планируемых задач, формированию творческого подхода.

Ситуация осложняется тем, что где-то во второй половине XX века цивилизация начала испытывать информационный бум, количество информации резко возросло, ориентироваться в ней человеку стало достаточно трудно.

Возрос документооборот, количество печатных изданий, стали доступны данные из разных сфер человеческой деятельности. В результате умственная нагрузка на человека возросла. Кроме того, появились большие объемы информационного мусора, увеличивающие эту нагрузку. Начали вырисовываться такие проблемы как сокрытие информации, с одной стороны, и ее беспрепятственное распространение, с другой.

Возникла проблема, когда люди не могут в полной мере воспользоваться накопленным огромным количеством данных из-за своих ограниченных возможностей. Такая ситуация приводит к информационному кризису, и перед человечеством появляется задача выхода из него.

Несмотря на то, что компьютеры и вычислительные сети сами в большой степени поспособствовали информационному кризису, они легли в основу так называемой информатизации общества. Информатизация общества – это процесс, затрагивающий все сферы общества (социальную, экономическую, техническую и научную) и направленный на создание лучших условий для удовлетворения информационных потребностей всех видов организации и людей.

Информатизация была отмечена в первую очередь в странах Запада и США, а также в Японии (60-80-е годы XX века). Производству требовалось информационно обслуживание, направленное на обработку большого количества информации.

6. Защита информации.

Современный мир характеризуется такой интересной тенденцией, как постоянное повышение роли информации. Как известно, все производственные процессы имеют в своём составе материальную и нематериальную составляющие. Первая – это необходимое для производства оборудование, материалы и энергия в нужной форме (то есть, чем и из чего изготавливается предмет). Вторая составляющая – технология производства (то есть, как он изготавливается).

роль информационной компоненты в любом производстве с течением времени возрастает.

В последнее столетие появилось много таких отраслей производства, которые почти на 100% состоят из одной информации, например, дизайн, создание программного обеспечения, реклама и другие.

С повышением значимости и ценности информации соответственно растёт и важность её защиты.

С одной стороны, информация стоит денег. Значит утечка или утрата информации повлечёт материальный ущерб. С другой стороны, информация – это управление. Несанкционированное вмешательство в управление может привести к катастрофическим последствиям в объекте управления – производстве, транспорте, военном деле. Например, современная военная наука утверждает, что полное лишение средств связи сводит боеспособность армии до нуля.

Создание базы знаний: Функциональные связи.

Для анализа и последующего использования при создании и базы знаний процесса формообразования, а также для создания на ее основе САПР инструмента, основные функциональные связи между факторами процесса формообразования прямобочных шлицев можно представить в виде матрицы МФ вида:

где B ⁱ_j - элемент матрицы, представляющий собой многомерную матрицу (рис.1.2)включающую: совокупность функциональных зависимостей, табличных данных,неформализованных сведений и рекомендаций, вязывающих между собойрассматриваемые факторы процесса формообразования, расположенные в i–ой строкеи j–ом столбце матрицы МФ. Номер строки соответствует N - номеру фактора иизменяется в диапазоне от i =12,…,N для N<16, а номер столбца изменяется в

диапазоне j =1,2,…,11 , соответствует номеру фактора j =N – 11 для N>11.

Вид,структура и форма элементов B ⁱ_j матрицы МФ может быть различной, а при отсутствии установленных функциональных связей элемент матрицы B ⁱ_j =0. На рис. 2.приведена трехмерная структура элемента матрицы A ⁱ_j , ( B ⁱ_j ) обусловленнаяналичием большого количества достаточно сложных механизмов взаимодействия, какмежду факторами, так и между параметрами, от которых эти факторы зависят сами, нокоторые не входят в перечень анализируемых факторов i и j, т.к. являются предметомизучения и исследования в смежных дисциплинах, например, материаловедении,сопротивлении материалов и т.д.

Рис.2. Структура и состав элемента трехмерной матрицы функциональных связей.

Аналогичным образом может быть сформирована матрица МФП функциональных связей между факторами и показателями процесса формообразования отверстия, т.е. матрица связи конструкции, условий эксплуатации и показателей эксплуатации :

где A ⁱ_j - элемент матрицы, представляющий собой многомерную матрицу,

включающую: совокупность функциональных зависимостей, табличных данных, неформализованных сведений и рекомендаций, связывающих между собой рассматриваемые факторы, расположенные в i–ой строке, и показатели,

расположенные в j–ом столбце, матрицы МФП процесса формообразования. Номер строки соответствует номеру фактора на рис..1 и изменяется в диапазоне от i =1,2,…,16, а номер столбца соответствует номеру показателя, и изменяется в диапазоне j =1,2,…,13. Вид, структура и форма элементов A ⁱ_j матрицы МФП,

построены аналогично (см. рис.2) элементам B ⁱ_j матрицы МФ. При этом, при

отсутствии установленных функциональных связей элемент матрицы A ⁱ_j =0.

Приведенные матрицы представляют собой основу построения базы данных

знаний процесса формообразования отверстий путем сверления. Они могут

использоваться в качестве интерфейса системы формирования и управления базой знаний процесса формообразования. Номер строки и столбца каждого элемента этой системы, не равного нулю, можно рассматривать как адрес ячейки системы управления базой данных знаний, в которой хранятся накопленные знания о функциональных связях между факторами или между факторами и параметрами процесса формообразования. Так, при формировании САПР инструмента главными исходными данными будет являться система показателей, которой должен будет удовлетворять процесс формообразования. В свою очередь система показателей определит состав факторов и функциональные связи с ними.

На рис.3 приведена построенная на основе модификации матрицы МФ, матрица инцинденций связей между факторами процесса формообразования, а на рис .4- приведена построенная на основе модификации матрицы МФП - матрица инцинденций связей между факторами и показателями процесса формообразования.

Рис..3 Единичная матрица функциональных связей между факторами

Рис.4 Единичная матрица функциональных связей между факторами и показателями.

Матрицы инцинденций представлены в виде пульта графического интерфейса управления базой данных знаний процесса формообразования прямобочных шлицев. Элементы матрицы представлены в виде клавиш трех цветов, содержание которых определяется степенью формализации функциональных связей.

Рассмотрим на примере математической матрицы функциональных связей между факторами, как происходит решение задачи по созданию сверла с наибольшей скоростью резания.

Р1 – Р11 - это параметры конструкции (см рис 1), а Р14 – это интересующая нас скорость резания.

Решение матрицы будет сводится к тому, что нужно будет произвести

математический расчет только одной 3 строки, которая будет соответствовать Р14 т.е. наибольшей скорости резания, в зависимости от параметров конструкции сверла Р1 – Р11.

Задача усложнится если нужно спроектировать сверло с наибольшей глубиной

резания и с наибольшей скоростью резания. Нужно будет произвести математический расчет не одной, а двух строк: 1 и 3 строки, которые будет соответствоватьР12 и Р14 , соответственно наибольшей глубина резания и скорости резания, в зависимости от параметров конструкции сверла Р1 – Р11.

При таком решении необходимо сравнивать результат и его влияние на процесс сверления, затем выбирать наиболее подходящий – оптимальный. Но это еще просто, а если попробовать рассчитать износостоикость инструмента? Износостойкость будет зависеть не только от конструкции, но и от условий эксплуатации, да и матрица будет уже учитывать больше зависимостей.

Здесь е7 – износостойкость, зависит она, к примеру, от таких параметров как задний угол Р2, материала режущей части Р9, и от эксплуатации – СОЖ Р16. при решении такого уравнения получается несколько результатов, из них необходимо выбрать тот или те, наибольшее влияние которых окажет на повышение износостойкости.

Оптимальным решением данного уравнения будет область решений этого уравнения.

Использование данного представления матриц позволит в значительной степени

формализовать процесс сознания САПР инструмента. Кроме того, приведенная

система позволяет оценить степень формализации и качество используемых

функциональных связей. Благодаря этому можно сделать обоснованный выбор состава факторов и функциональных связей между факторами и показателями, исходя из конкретных условий формообразования.

Матрицы инцинденций могут также служить ориентиром в направлении

развития исследований процесса формообразования. При этом сами матрицы связей МФ и МФП, по мере накопления знаний, будут претерпевать изменения как по составу факторов и показателей, так и по глубине формализации связей между ними.

5. Защита интелектуальной собственности

Интеллектуальные права или право интеллектуальной собственности — юридический термин, обозначающий совокупность прав, которыми обладают лицо или лица (авторы или иные правообладатели) на результаты интеллектуальной деятельности

В широком понимании «интеллектуальная собственность» означает закрепленные законом временное исключительное право на результат интеллектуальной деятельности или средства индивидуализации. Законодательство, которое определяет права на интеллектуальную собственность, устанавливает монополию авторов на определенные формы использования результатов своей интеллектуальной, творческой деятельности, которые, таким образом, могут использоваться другими лицами лишь с разрешения первых.

История развития цивилизации подтверждает, что в основе научно-технического прогресса в отдельно взятой стране и в мире в целом находятся объекты интеллектуальной собственности, создаваемые интеллектуальным трудом человека.

Различают движимую (автомобили, механизмы и пр.), недвижимую (земля, строения и пр.) и интеллектуальную собственность. Объектами интеллектуальной собственности становятся творения человеческой мысли, интеллекта, являющиеся в то же время объектами правовой охраны. К ним относятся произведения науки, литературы, искусства и других видов творческой деятельности в сфере производства, в том числе изобретения, промышленные образцы, программы для ЭВМ, базы данных, ноу-хау, товарные знаки, фирменные наименования и знаки обслуживания.

Правовые положения по защите и использованию объектов интеллектуальной собственности в большинстве стран регулируются соответствующими законодательными актами с учетом исторических, экономических, национальных условий и традиций. Так, например, американцы делят собственность на 3 части: в земле, на земле и интеллектуальная деятельность. Считается, что две трети деятельности любой американской фирмы - это ее интеллектуальная собственность. Интересно, что доля дохода от продажи интеллектуальной собственности в бюджете США больше, чем от продажи автомобилей.