Новости приводной техники
и промышленной автоматизации
Всероссийский инженерный портал

ВЗГЛЯД В БУДУЩЕЕ, В КОТОРОЕ НЕЛЬЗЯ ОПОЗДАТЬ

Автоматизация, цифровизация, роботизация

Развитие экономики во многих странах подчинено влиянию тенденций четвертой индустриальной революции. Эти тенденции состоят в следующем:

  • постепенное отстранение человека от организации и управления производством, замена человека цифровыми информационными системами
  • максимально возможное отстранение человека от участия в самих производственных процессах, замена человеческого труда машинным посредством автоматизированных производственных технологий, роботизации производства, использования новых технологических процессов, выполняемых машинами - автоматами
  • глобализация информационных систем и связанная с этим стандартизация и унификация программных продуктов и технологий.

Это основные черты надвигающейся индустриальной революции. Несмотря на всю кажущуюся фантастичность этих направлений, они вполне реальны, что показывает опыт некоторых европейских стран, где реализуется программа «Индустрия 4.0».

Со второй половины 2017г. в нашей стране начались ощутимые сдвиги в направлении к указанным тенденциям. Год назад, 28.07.2017, Правительством РФ утверждена Программа № 1632-р «Цифровая экономика РФ».  Целями Программы обозначены:

  • создание экосистемы цифровой технологии, в которой данные в цифровой форме являются ключевым фактором производства
  • создание необходимых условий и устранение препятствий для развития высокотехнологического бизнеса
  • повышение конкурентоспособности.

Вошел в обиход термин «цифровизация», под которым понимается широкое использование цифровых компьютерных технологий во всех сферах деятельности: начиная от информационного обеспечения граждан, до обеспечения создания и функционирования государственных программ.

Необходимость восприятия нашей страной идей четвертой индустриальной революции ярко охарактеризовал политолог Николай Вардуль: «Главный риск, стоящий перед Россией, - не опоздать в будущее».

Современный научно-технический прогресс включает четыре главных направления:

  • дальнейшее развитие информационных технологий, при которых хранение, обработка и передача всей деловой информации осуществляется в цифровой форме (цифровизация)
  • все более широкое использование систем искусственного интеллекта
  • автоматизация и роботизация большинства технологических процессов, направленная на повышение эффективности производства, повышение качества продукции, снижение материальных и энергетических затрат
  • использование принципиально новых промышленных технологий: аддитивных (ЗД-технологии), нанотехнологий, биотехнологий, микроэлектроники и других).

Информационные технологии развиваются благодаря увеличению быстродействия и объемов памяти компьютеров (суперкомпьютеры), развитию информационных сетей, созданию Промышленного интернета, больших баз данных, новых эффективных программных продуктов и других средств информационной техники.

Искусственный интеллект - это компьютерная система принятия решений на основе заложенных в ней программных продуктов и оперативной информации, поступающей извне.

Функции искусственного интеллекта - анализ информации, рассуждения, обучение, принятие решений, распознавание речи и образов.

Искусственный интеллект - это не машина, а совокупность математических методов, представленных в виде компьютерных программ.

Развитие и использование искусственного интеллекта идет быстрыми темпами в следующих основных направлениях:

  1. Создание систем стратегического планирования и управления экономическими, финансовыми, производственными и другими масштабными задачами.
  2. Создание локальных систем автоматического управления жизнедеятельностью и производством отдельного предприятия, учреждения, организации.
  3. Создание экспертных систем искусственного интеллекта, помогающих людям- специалистам принимать правильные решения, например, диагностика в медицине.
  4. Создание роботов различного назначения.
  5. Переход к автоматическим транспортным средствам: поезда без машиниста, автомобили без водителя и т.п.

Искусственный интеллект для указанных направлений, конечно, различен по глубине, возможностям, содержанию. Но их объединяет главное - это принятие решения без непосредственного участия человека - на основе математических методов и программных продуктов.

Искусственный интеллект способен не только облегчить нашу жизнь, избавив ее в значительной мере от рутинной умственной работы, но, главное, он способен оптимизировать принимаемые управляющие решения, избежать управленческих ошибок и, несомненно, повысить эффективность производства и экономики в целом.

Говоря об искусственном интеллекте, все исследователи неизбежно приходят к вопросу: может ли искусственный интеллект превзойти возможности человеческого мозга.

Принципиально, такая постановка вопроса не оправдана. Задача искусственного интеллекта не в том, чтобы превзойти и заменить человеческое создание, а в том, чтобы дополнить его теми возможностями, которые ограничены у людей, например, объем памяти, быстрота перебора данных и др. Однако вопрос о соотношении мыслительных возможностей человека и искусственного интеллекта стоит во всех научных работах в этой области.

Этот вопрос стал дебатироваться, начиная с 1997 года, когда компьютер Deep Blue обыграл в шахматы чемпиона мира Гарри Каспарова. Затем машина Deep Cube сложила кубик Рубика за 30 ходов, превзойдя лучшие человеческие результаты. Недавно в Сан-Франциско машина по имени Project Debater переспорила людей в ходе публичных дебатов.

Эти примеры превосходства искусственного интеллекта над человеческим можно продолжить, но они не дают объективного ответа на поставленный вопрос. Научный подход для его решения предложил математик А.Тьюринг. Разработанный им тест заключался в том, что компьютеру и группе людей задавался набор вопросов, на которые они давали письменные ответы. Если группа экспериментаторов не могла определить, какие ответы принадлежат людям, какие компьютерам, то машина считалась прошедшей тест Тьюринга.

Долго интеллектуальные системы не могли преодолеть это испытание, однако, начиная с 2014г. стали успешно его проходить. Искусственный интеллект развивается в последние годы достаточно быстро.

Решение макроэкономических задач, распределения финансов, управление региональными и социальными программами требует обработки большого объема данных, что делает вполне оправданным широкое использование систем искусственного интеллекта в процессе поиска оптимальных управленческих решений. При принятии решений большого масштаба роль машинных технологий обычно сводится к подготовке материалов и консультаций.

На многих предприятиях имеются плановый отдел, бухгалтерия, отделы снабжения, кадров и др. Работники этих отделов, а им нет числа, выполняют ежедневную рутинную работу по сложившимся правилам. Компьютеры, оснащенные соответствующим программным обеспечением, могут выполнить эту работу быстрее с большей четкостью и эффективностью.

То же относится к учреждениям социальной сферы, работающим с населением. Здесь переход на цифровое общение повышает качество обслуживания и избавляет от большого числа работников.

Сложнее обстоит дело перехода на компьютерное управление в области непосредственного управления производством, Здесь встают задачи планирования объемов производства, выбор технологических процессов, выбор предприятия-изготовителя, логистики, осуществляющей заказы и транспортировки материалов и комплектующих изделий и многое другое.

«Индустрия 4.0» благодаря гибкости и адаптивности сможет организовать массовое производство по индивидуальным заказам.

Как пример приводится такая схема организации производства. Поступает заказ на какое-либо изделие. Система заказывает на складе нужную заготовку, автоматическая транспортная система перемещает заготовку на нужный обрабатывающий агрегат. Заготовка сообщает станку, какие операции необходимы для ее обработки, какой необходим инструмент и другие необходимые данные. Транспортная система получает указание, по какому маршруту ее передать для последующих операций и поставки заказчику. Интересный момент: детали агрегатов в процессе работы сами смогут сигнализировать о своем износе и передавать через Промышленный интернет заказы изготовителям запчастей и предупреждать службы сервиса о планируемых ремонтах.

Вероятно, приведенный пример представляется сегодня слишком фантастическим, но целевая установка программы «Индустрия 4.0» состоит в том, чтобы умное оборудование на умных фабриках самостоятельно без участия человека через сеть Промышленного интернета получало и передавало необходимую производственную и технологическую информацию. Также должно автоматизироваться планирование потребностей, заказ оборудования, заказ запчастей.

Широкое использование искусственного интеллекта и цифровизация экономики в целом неизбежно приведет к тому, что, по мнению экспертов, примерно 50 % профессий в ближайшие 10-20 лет станут ненужными. Сокращение числа ненужных рабочих мест, конечно, вызовет серьезные социальные проблемы, но, по мнению немецких авторов программы «Индустрия 4.0», эти вопросы будут успешно решены.

Интенсивно развивающаяся область искусственного интеллекта - это интеллектуальные экспертные системы. Возможность собрать и систематизировать большой объем знаний по какой-либо области позволяет экспертной системе выносить достаточно авторитетное экспертное мнение по поставленным перед нею вопросам.

В зарубежной практике экспертные интеллектуальные системы находят успешное применение в медицине. Устанавливать диагнозы по обычным заболеваниям экспертные компьютерные системы могут быстрее и точнее, чем врачи. Основываясь на данных анализов, состоянии сердечнососудистой системы (пульс, давление), проведя аппаратный осмотр пациента, получив ответы на стандартные вопросы о здоровье, компьютерная система выносит диагноз и назначает стандартное медикаментозное лечение. Сегодня это обычная практика.

Искусственный интеллект эффективно используется при лечении онкологических заболеваний, в частности, для определения курса радиологического облучения. Во многих клиниках США экспертные системы применяются для прогнозирования течения болезни при сложных заболеваниях. Такие компьютерные обследования прошли уже более 200 тысяч пациентов. Результат компьютерного прогнозирования составил 95 % против 85 %, определенных врачами.

Компьютерные экспертные системы могут успешно применяться во многих областях науки и техники при экспертизе проектов, технических решений, изобретений и во многих других случаях.

Принципиально новыми машинами, как будто пришедшими в нашу жизнь из научно- фантастической литературы, являются роботы. Развитие робототехники идет ускоренными темпами.

В мире сегодня уже работают сотни тысяч роботов. Лидирующими странами по их производству и применению является Япония, Китай, США, Германия, Швейцария, Дания.

Попробуем определить, какой класс рабочих машин можно относить к роботам. Мы не склонны причислять к роботам все автоматически работающие машины. Уже много десятилетий в промышленности и быту используются машины-автоматы, работающие по жесткой программе. Это станки с ЧПУ, автоматические линии, стиральные машины и многие другие. Такие машины работают без участия человека, но технологическая программа, даже самая сложная, включая, например, смену инструмента, задается программистом в виде программы на жестком носителе, которая не изменяется во время выполнения машиной заданной работы.

В отличие от машин-автоматов роботы обладают возможностью изменять алгоритм своего движения в зависимости от изменения условий его работы, повинуясь сигналам датчиков очувствления или приказам заложенного в нем искусственного интеллекта. Исходя из этого, современным определением понятия «робот» может быть предложено следующее:

робот - это автоматическое устройство, которое выполняет заданные технологические операции без участия человека или совместно с человеком, обладает необходимыми датчиками и системой искусственного интеллекта.

Различают роботы:

  • производственные;
  • транспортные;
  • сервисные;
  • роботы военного назначения;
  • специальные, в том числе человекоподобные (бионические).

Производственные роботы выполняют различные технологические операции: сварку,соединение деталей, штамповку, покраску и многие другие.

Транспортные роботы осуществляют перемещение и установку предметов и деталей.

Сервисные роботы выполняют разнообразные функции вспомогательного назначения - роботы-уборщики, роботы-сиделки, роботы-гардеробщики и др.

Указанные роботы по своей конструкции никак не похожи на человека. Их структура полностью подчинена функциональному назначению. Передвижение осуществляется, как правило, на колесах. Рука-захват имеет достаточное для выполнения операций число степеней подвижности.

Роботы военного назначения разнообразны по своим функциональным возможностям. Особенно распространены роботы-саперы, осуществляющие все виды разминирования и ликвидации взрывоопасных зарядов.

В начале развития робототехники промышленные роботы создавались для самостоятельной автономной работы. Но впоследствии технологи убедились, что существует необходимость в роботах, которые будут работать совместно с людьми, рядом с человеком. Возникла необходимость в роботах-коллаборационистах. Эти роботы, поскольку они работают рядом с человеком, должны быть безопасны для него и послушны. Их называют дружелюбными роботами. Они снабжены достаточно большим чувствительным аппаратом, который позволяет им видеть человека и слышать его голосовые команды. При приближении человека на близкое расстояние, такой робот должен замирать. Дружелюбные роботы быстро начинают занимать свое место на рынке. Только в Дании ежегодно производится 1500 таких роботов.

Конструктивно промышленные и транспортные роботы имеют чисто функциональное исполнение и меньше всего напоминают человека. Однако постоянно демонстрируются человекоподобные (бионические) роботы. Они используются (кроме рекламных целей) в тех случаях, когда робот должен заменить человека. Например, в Швейцарии есть театр, на сцене которого в человеческих спектаклях роботы заменяют актеров-людей.

Самый богатый человек в мире Джеф Безос гуляет с собакой-роботом. В ближайшее время такие собаки поступят в продажу. Эти роботы не копируют собак, но при этом умеют то, что делают собаки: бегают, прыгают, выполняют сальто, открывают дверь и даже пытаются общаться с хозяином.

Применяются уникальные роботы специального назначения. Сейчас на борту космического корабля Space XDragon работает «летающий мозг», который помогает немецкому астронавту А.Герсту. Робот шарообразной формы хорошо знает астронавта, может вести с ним беседу и выполняет его поручения.

К важным достижениям в области уникальной робототехники можно отнести разработку Массачусетского технологического института, где разработали робот, которым можно управлять силой мысли.

Роботы представляют собой сложные электромеханические машины с электрическим приводом. Питание многодвигательных электроприводов осуществляется, как правило, от встроенных автономных источников электроэнергии, требующих периодической подзарядки. В редких случаях используются роботы с кабельным подводом электроэнергии.

Роботы - точные высокодинамичные машины. Они оборудуются высокоточными электроприводами, обычно с двигателями специальной конструкции, высокоточными редукторами и другими кинематическими парами. Все управление микропроцессорное. Изготовление роботов требует специализированного производства.

Роботы - дорогие машины. Их стоимость в значительной мере определяется совершенством программного обеспечения, которое составляет до 80 % стоимости роботов. Выходом из этой ситуации может стать унификация систем программного обеспечения и поузловая унификация самих роботов. В условиях жесткой конкуренции эти вопросы пока только ставятся, но не решаются.

Несмотря на все трудности, робототехника интенсивно развивается. По оценке экспертов объем производства роботов в мире к 2020г. достигнет 150 млрд, долларов США.

 

Георгий Борисович Онищенко, профессор, доктор технических наук

Теги

Комментарии
Вячеслав
7 декабря 2018 12:56
0  0
Всё это конечно интересно, однако что будет с людьми, которых заменят роботы? В среднем один робот на производстве заменяет 2.5 человека.
Добавить комментарий