Литература. История

• Название: История
• Анкор: Литература
• Дата: 28.06.2021
• Размер: 190.25 Kb.
• Имя файла: 1.docx
• Тип: Документы; #222110

Современный мир очень сложно представить без информационных и цифровых технологий. Все они значительно облегчают жизнь, благодаря им человечество совершило ряд значительных прорывов в науке и промышленности. Рассмотрим более подробно дисциплины информатики и историю ее становления как науки.

История

Информатика - это молодая наука, которая возникала постепенно и наиболее сильное развитие получила во второй половине XX века. Очень важна она и в наше время, когда практически весь мир зависим от компьютерных и иных электронных вычислительных технологий. Началось же все с середины XIX века, когда разными учеными были созданы механические калькуляторы и «аналитические машины». В 1834 году Чарльз Бэббидж начал разработку программируемого калькулятора, и, кстати, именно он впоследствии сформулировал множество основных черт и принципов современного компьютера. Также именно он предложил использовать перфокарты, которые затем были в употреблении вплоть до конца 80-x годов XX века. В 1843 году Ада Лавлейс создала алгоритм для вычисления чисел Бернулли, и это считается первой в истории компьютерной программой. Примерно в 1885 году Герман Холлерит создал табулятор - устройство для считывания данных с перфокарт. А в 1937 году, спустя почти сто лет после идей и мечты Бэббиджа, компания IBM создала первый программируемый калькулятор. В начале 1950-х годов всем стало ясно, что компьютер можно использовать в различных сферах науки и промышленности, а не только как инструмент для математических расчетов. И что только зарождавшаяся тогда информатика – это наука, за которой будущее. А чуть позже она получила статус официальной науки.

Что изучает информатика

На данный момент различают несколько основных ее направлений, которые, в свою очередь, делятся на множество ответвлений. Рассмотрим самые основные: Теоретическая информатика.

В ее задачи входит исследование как классической теории алгоритмов, так и ряда важных тем, что имеют связь с более абстрактными аспектами математических вычислений.

Прикладная информатика.

Это наука, вернее, один из ее разделов, который направлен на то, чтобы выявить определенные понятия в области информатики, которые можно использовать в качестве методов решения каких-то стандартных задач, к примеру, построение алгоритмов, хранение и управление информацией с использованием структуры данных. Кроме этого, прикладную информатику применяют в ряде промышленных, повседневных или научных сфер: биоинформатике, электронной лингвистике и прочих.

Естественная информатика.

Это направление, которое занимается изучением процессов различной обработки информации в природе, будь то человеческий мозг или же человеческое общество. Ее основы строятся на классических теориях эволюции, морфогенеза и прочих. Помимо них, используются такие научные направления, как исследования ДНК, мозговой активности, теория группового поведения и т. п. Как видим, информатика – это наука, изучающая ряд очень важных теоретических вопросов, к примеру, создание искусственного интеллекта или разработка решений для каких-то математических задач.

Основные понятия информатики

Ключевые слова:информатика, объект и предмет информатики, информационная технология, информационное общество, информатизация, информационные процессы, информационная система, информационные ресурсы, информация, свойства информации, сигнал, сообщение, данные, бит, бод, сбор данных, передачи данных, хранение данных, обработка данных. Информатика возникла относительно недавно (примерно тридцать лет назад) и по сравнению с другими науками еще совсем молода. Но, несмотря на это, в настоящее время она выдвинулась в ряд важнейших областей знания. Причина ее стремительного развития состоит в том, что предмет ее исследования – научная информация, свойства и закономерности ее распространения – приобретает в современном мире исключительно важное значение. Эффективное использование научной информации – задача не только специальных информационных органов, но и всех тех, кто непосредственно занят в научной или производственной сфере. Поэтому, в какой бы области знаний ни работал сейчас ученый или специалист, для него очень важно уметь грамотно обрабатывать информацию: искать, отбирать, анализировать и использовать ее. Термин информатика возник в 60-х гг. во Франции для названия области, занимающейся автоматизированной обработкой информации с помощью электронных вычислительных машин. Французский термин informatigue (информатика) образован путем слияния слов information (информация) и automatigue (автоматика) и означает «информационная автоматика или автоматизированная переработка информации». В англоязычных странах этому термину соответствует синоним computer science(наука о компьютерной технике), что явно указывает на компьютерный способ обработки информации.

Информатика.

Существует множество мнений относительно определения содержания понятия «информатика». Скажем, в 60-70-е годы информатика определялась как научная дисциплина, изучающая структуру и общие свойства научной информации, а также закономерности всех процессов научной коммуникации, т.е. процессов, осуществляемых через научную литературу, личные контакты между учеными и специалистами, обмен препринтами и т.п. Соответственно этому решался вопрос о статусе и природе информатики - она относилась к общественным дисциплинам, но не считалась самостоятельной отраслью науки. К началу 80-х годов взгляд на информатику изменился. Теперь она уже трактовалась как отрасль науки, которая изучает структуру и общие свойства научной информации, а также вопросы, связанные с ее сбором, хранением, поиском, переработкой, преобразованием, распространением и использованием в различных сферах человеческой деятельности.

Последующие же определения информатики отражают тот уровень развития, который позволяет именовать ее «безбумажной», или «машинной» информатикой.

Естественно, это - более высокий уровень развития информатики; здесь четко просматриваются два элемента: переход к безбумажным (машинным) носителям информации и к электронно-вычислительным машинам (ЭВМ) как средству обработки, хранения и представления информации. В дальнейшем, будем придерживаться следующего определения информатики: информатика - это техническая наука, систематизирующая способы создания, хранения, воспроизведения, обработки и передачи данных средствами вычислительной техники, а также принципы функционирования этих средств и методы управления ими. Объект и предмет информатики. Поскольку информатика является многоаспектной и интегрированной научной областью, то ее объект и предмет тоже неоднозначны. Объектом изучения информатики являются, прежде всего, информационные процессы, т.е. последовательность действий, выполняемых с информацией. К информационным процессам относят процессы сбора, обработки, накопления, хранения, поиска и распространения информации. Предмет информатики как науки составляют информационные технологии в их взаимодействии со средой.

Информационная технология- комплекс методов, способов и средств, обеспечивающих хранение, обработку, передачу и отображение информации.

Предмет информатики включает в себя следующее:

· аппаратное обеспечение средств вычислительной техники;

· программное обеспечение средств вычислительной техники;

· средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения;

· средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами.

В информатике все внимание сосредоточено на свойствах информации и средствах ее преобразования. Цель информатики - приобретение знаний об информационных системах, определение общих принципов их построения и работы. Главная функцияинформатики 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 новых технологий переработки информации на основе 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.

Структура информатики.

Информатику в узком смысле можно представить как состоящую из трех взаимосвязанных частей : информационные процессы, аппаратное обеспечение (hardware) и программное обеспечение (software). Методы реализации информационных процессов находятся на стыке информатики с теорией информации, статистикой, теорией кодирования, математической логикой, документоведением и т.д. В этом разделе изучаются вопросы:

· представление различных типов данных (числа, символы, текст, звук, графика, видео и т.д.) в виде, удобном для обработки средствами вычислительной техники (СВТ) - кодирование данных;

· форматы представления данных (предполагается, что одни и те же данные могут быть представлены разными способами);

· теоретические проблемы сжатия данных;

· структуры данных, т.е. способы хранения с целью удобного доступа к данным.

В изучении состава, структуры, принципов функционирования средств вычислительной техники используются научные положения из электроники, автоматики, кибернетики. В целом этот раздел информатики известен как аппаратное обеспечение (АО) информационных процессов. В этом разделе изучаются:

· основы построения элементов цифровых устройств;

· основные принципы функционирования цифровых вычислительных устройств;

· архитектура СВТ - основные принципы функционирования систем, предназначенных для автоматической обработки данных;

· приборы и аппараты, составляющие аппаратную конфигурацию вычислительных систем;

· приборы и аппараты, составляющие аппаратную конфигурацию компьютерных сетей.

В разработке методов управления средствами вычислительной техники (а средствами цифровой вычислительной техники управляют программы, указывающие последовательность действий, которые должны выполнить СВТ) используют научные положения из теории алгоритмов, логики, теории графов, лингвистики, теории игр. Этот раздел информатики известен как программное обеспечение (ПО) СВТ, в котором изучаются:

· средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения;

· средства взаимодействия человека с аппаратным и программным обеспечением, объединяемые понятием интерфейс;

· программное обеспечение СВТ.

В свою очередь, информатику как в целом, так и каждую ее часть обычно рассматривают с разных позиций : как отрасль народного хозяйства, как фундаментальную науку, как прикладную дисциплину.

Информатика как отрасль народного хозяйства состоит из однородной совокупности предприятий разных форм хозяйствования, где занимаются производством компьютерной техники, программных продуктов и разработкой современной технологии переработки информации.

Информатика как фундаментальная наука занимается разработкой методологии создания информационного обеспечения процессов управления любыми объектами на базе компьютерных информационных систем.

Информатика как прикладная дисциплина занимается :

· изучением закономерностей в информационных процессах (накопление, переработка, распространение);

· созданием информационных моделей коммуникаций в различных областях человеческой деятельности;

· разработкой информационных систем и технологий в конкретных областях и выработкой рекомендаций относительно их жизненного цикла: для этапов проектирования и разработки систем, их производства, функционирования и т.д.

Как комплексная научная дисциплина информатика связана :

· с философией и психологией - через учение об информации и теорию познания;

· с математикой - через теорию математического моделирования, дискретную математику, математическую логику и теорию алгоритмов;

· с лингвистикой - через учение о формальных языках и о знаковых системах;

· с кибернетикой (наука об управлении, получении, передаче и преобразовании информации в кибернетических системах, т.е. системах способных воспринимать, хранить, перерабатывать информацию, а также обмениваться информацией) - через теорию информации и теорию управления;

· с физикой и химией, электроникой и радиотехникой - через «материальную» часть компьютера и информационных систем.

Примеры применения информатики в профессии сварщик

Сварка как один из основных технологических процессов совре­менного машиностроения не осталась в стороне от широкого приме­нения новых информационных технологий и САПР (систем автома­тизированного проектирования). САПР объединяет технические средства, математическое и про­граммное обеспечение. Под автоматизацией проектирования по­нимается такой способ выполнения процесса разработки проекта, при котором проектные процедуры и операции осуществляются разра­ботчиком изделия при тесном взаимодействии с ЭВМ, Автоматиза­ция проектирования предполагает систематическое использование средств вычислительной техники при рациональном распределении функций между проектировщиком и ЭВМ и при обоснованном вы­боре методов машинного решения задач. Рациональное распределе­ние функций между человеком и ЭВМ подразумевает, что человек должен, в основном, решать задачи творческого характера, а ЭВМ -задачи, допускающие формализованное описание в виде алгоритма, что позволяет достичь большей эффективности по сравнению с тра­диционным ручным способом. С ущественное преимущество машинных методов проектирования состоит в возможности проводить на ЭВМ эксперименты на матема­тических моделях объектов проектирования, отказавшись или зна­чительно сократив дорогостоящее физическое моделирование. Ком­пьютеризация охватывает практически все сферы научно-техничес­кой и инженерной деятельности в сварочном производстве. Схема основных направлений использования в сварке САПР на основе ком­пьютерных средств представлена на рис. 4.63

Важным направлением САПР является моделирование на основе численных методов и метода конечных элементов.

Компьютерное моделирование широко применяется для описа­ния физических процессов, протекающих в условиях ускоренного нагрева и охлаждения металла при сварке. В качестве математичес­кой основы для современных вычислительных комплексов инженер­ного анализа в последнее время успешно применяется метод конеч­ных элементов (МКЭ). Пример компьютерного разбиения детали на конечные элементы представлен на рис. 4.64. Такие вычислительные комплексы оформлены в отдельное направ­ление развития компьютерных технологий, получившее название САЕ-системы (САЕ-технологии). В сфере сварки, например, разра­ботан мощный программный комплекс MscMarc. На начальной стадии при­менения МКЭ решали зада­чи нестационарной тепло­проводности (рис. 4.65), что позволяло делать вывод об изменении свойств металла зоны термического влияния (ЗТВ) в зависимости от режи­мов сварки или резки. При этом рассчитывались и разме­ры участков ЗТВ с различны-' ми структурами.

Развитие компьютерного моделирования в настоящее время связана во многом с изучением сварочных деформаций

Рис. 4.65. Изображение на компьютере нестационарного температурного поля, характерного для процесса сварки

 Рис. 4.66. Компьютерный расчёт остаточных сварочных деформаций

и напряжений (рис. 4.66). Для решения этих задач требуется проведение совместного термического и механического анализов.

Новейшие разработки в моделировании процессов сварки позво­ля ют решать вопросы надёжности и долговечности сварных конст­рукций, прогнозировать процесс образования и развития усталост­ных трещин. Компьютерное моделирование с успехом применяется и для ана­лиза процессов, сопутствующих сварке. Например, в настоящее вре­мя предъявляются жесткие требования к уровню предельно допус­тимых концентраций (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочего по­мещения, где выполняется сварка. При сварке широко применяют установки местной вытяжки в районе сварочного поста. Компьютер­ная программа, разработанная на базе соответствующей модели, позволяет выполнять расчет необходимых вытяжных устройств, обес­печивающих требования по ПДК. Р ис. 4.67. Вид экрана после ввода исходных данных (а) и построения гра­фика (б) при работе программы расчета малогабаритных вытяжных уст­ройств для рабочего места сварщика (в)

Современные технические и программные средства создают ши­рокие возможности для информационной поддержки, необходимой при проектировании технологических процессов сварки и родствен­ных технологий.

В ИЭС им. Е. О. Патона, например, разработана экспертная ком­пьютерная система «Наплавка», объединяющая в рамках единой ком­пьютерной системы базы данных и предназначенная для проектиро­вания технологий механизированной электродуговой наплавки де­талей машин и механизмов. Структура экспертной системы «Наплав­ка» представлена на рис. 4.68.

Основным структурным элементом системы является блок «Про­ектирование технологии наплавки», который выполняет функции базы данных и осуществляет управление базами данных системы. В

базе данных «Наплавочные материалы» сосредоточена информация, необходимая для выбора наплавочных материалов в зависимости от условий работы и видов изнашивания детали. Выбор наплавочных материалов ведётся в режиме диалога с пользователем. Завершаю­щим этапом работы экспертной системы является формирование выходного документа (технологической карты), в котором отража­ются результаты совместной работы компьютера и пользователя над выбором наплавочных материалов, технологии и техники наплавки

(рис. 4.69).

Эффективно решать проблемы сокращения сроков выполнения раскроя металла, снижения расхода материала за счет оптимального размещения деталей на листе, что в конечном итоге решающим об­разом влияет на себестоимость продукции, можно с помощью про­граммного средства «Раскрой листового материала» системы Тех-тран (рис. 4.70). Задача заключается в том, чтобы по заданию на раскрой, состоя­щему из номенклатуры отобранных деталей и их количества по каждому наименованию, оперативно, учитывая складские запасы, опти­мально разместить на листах детали (рис. 4.71) и получить управля­ющие программы их резки. Листы делового отхода, остающиеся после работы, должны быть учтены в базе данных системы для даль­нейшего использования. В последние годы созданы оригинальные модели, алгоритмы и программные средства автоматизированного конструирования сбо-рочно-сварочных приспособлений (ССП). В качестве примера исполь­зования компьютерных технологий в проектировании ССП можно привести программную систему ИНСВАР, функционирующую в операционной среде «Windows» и поддерживаемую графической системой AutoCAD. Формируемая компьютером чертежная докумен­тация выводится на принтер либо плоттер. Укрупненная схема построения системы ИНСВАР показана на рис. 4.72. Блок «Изделие» обеспечивает ввод исходной геометричес кой информации о деталях. Из блока «Технология» используется ин­формация о технологических узлах конструкции, положении узлов и деталей при сборке-сварке, режимах выполнения сварки.

Блок «Техническое задание» предоставляет возможность инже­неру-технологу выразить свои требования к разрабатываемому при­способлению:

- тип ССП (стационарное, поворотное и пр.);

- тип привода силовых устройств (пневматический, гидравличес­кий и пр.);

- тип корпуса ССП (плита, рама и пр.);

- требования к доступности сварных швов (хорошая, удовлетво­рительная);

- необходимость анализа напряженно-деформированного состо­яния сварных сборочных единиц в ССП. В блок «Среда функционирования приспособлений» вводится информация о типах используемых кантователей, вращателей и дру­гих устройств, с которыми стыкуется разрабатываемое приспособ­ление. На рис. 4.73 показан пример конструкции ССП, спроектиро­ванной системой ИНСВАР.

При компьютерном проектировании технологических приспособ­лений и стендов существенно сокращаются сроки разработок и улуч­шается качество документации.

 

. 4.71. Результат размещения деталей на листе с помощью программы «Раскрой листового материала»

Рис. 4.73. Пример конструкции ССП, сформированной программной систе­мой ИНСВАР:

а - элементы конструкции, подлежащие сварке; б - ССП в сборке с деталя­ми, подготовленными к сварке

П омимо трех вышеназванных направлений использования ком­пьютерных технологий в сварке (САЕ, САМ и CAD), всё возрастаю­щее значение приобретает компьютеризация современных методов исследований и контроля качества сварных соединений. Одним из таких методов является металлография, широко используемая для периодического контроля качества сварных соединений, а также для исследования и выявления причин разрушения сварных металлокон­струкций. Для данных целей в настоящее время разработаны специальные компьютерные системы анализа изображений например, отечествен­ная система Thixomet (рис.4.74). Высокочувствительные видеока­меры установлены вместо окуляров в микроскоп и м икротвердомер. Еще одна видеокамера применяется для съёмки внешнего вида дета­ли и макросъёмки. Всё оборудование компактно размещено на стан­дартном столе микроскопа. Изображение вводится с видеокамер в компьютер с помощью специального устройства захвата кадров (фреймграббера). Резуль­таты контроля распечатываются на принтере, что позволяет избе­жать трудоёмких операций «мокрой» обработки фотоматериалов.

Рис. 4.75. Изображение микроструктуры в рабочем окне программы Thixomet

Пример изображения, получаемого на системе Thixomet, дан на рис. 4.75.

С помощью программы Thixomet можно производить оценку параметров микроструктуры, выполнять автоматизированный конт­роль металлургических дефектов. В программе реализован метод ЭИ-реконструкции, что позволяет восстанавливать объёмное изоб­ражение структуры или дефекта и оценивать его параметры. Это делает возможным определение механизма образования дефектов (например, квалифицирование трещин - металлургические, устало­стные, коррозионные и др.), что важно при анализе причин разру­шения. К числу важнейших методов контроля ответственных сварных соединений принадлежат рентгеновский и гаммаграфический мето­ды (PIT). Дефектоскопист визуально анализирует снимки и иденти­фицирует обнаруженные дефекты. Качество расшифровки снимков всегда носит достаточно субъективный характер, так как в той или иной мере сказывается «человеческий фактор»—уровень подготов­ки дефектоскоп иста, его самочувствие. Один из перспективных спо­собов решения данной проблемы - реализация компьютерных тех­нологий в области РГТ. На основании накопленного опыта разрабо ток компьютерной расшифровки РГТ снимков определилась следу­ющая технология распознавания и анализа дефектов:

- ввод изображения РГТ снимка и сопроводительной информа­ции в компьютер;

- создание блока программ предварительного анализа изображе­ния и его пригодности к возможной дальнейшей компьютерной об­работке;

- создание блока программ поиска и выделения контуров дефек­тов, идентификации их типов и определения их геометрических ха­рактеристик;

- создание расчётно-аналитического блока для получения заклю­чения о дефектности сварного соединения;

- статистическая обработка получаемых результатов;

- создание вспомогательных сервисных функций.

Сравнение предварительных результатов независимого тестиро­вания компьютерной системы с результатами оценки снимков дефектоскопистами показали, что машина переоценивает размеры дефек­тов примерно на 15-20 %, человек недооценивает размер на 10-15 %, особенно на дефектах малой площади. Программу можно подпра­вить, особенно если она «перестраховалась». А как быть с ошибкой дефектоскописта? Недооценка может привести к серьёзным послед­ствиям, а «подправить» данные специалиста нельзя. Однозначного ответа на этот вопрос нет. Ясно, однако, что использование компью­терных технологий должно помочь уменьшить влияние человечес­кого фактора при расшифровке РГТ снимков.

Вывод

Информатика - это наука, которая занимается исследованием методов сбора, обработки, хранения, передачи и анализа информации с применением различных компьютерных и цифровых технологий, а также изучением возможностей их применения. Она включает в себя дисциплины, которые имеют отношение к обработке и расчету информации с применением различного рода вычислительных машин и сетей. Причем как абстрактные, вроде анализа алгоритмов, так и конкретные, к примеру, разработка новых методов компрессии данных, протоколов обмена информации и языков программирования. Как видим, информатика - это наука, которая отличается широтой исследовательских тем и направлений. В качестве примера можно привести следующие вопросы и задачи: что реально, а что невозможно реализовать в программах (искусственный интеллект, самообучение компьютеров и т. п), как решать различного рода специфические информационные задачи максимально эффективно (так называемая теория сложности вычислений), в каком виде следует сохранять информацию и восстанавливать ее, как наиболее эффективно люди должны взаимодействовать с программами (вопросы пользовательского интерфейса, новых языков программирования и т. п).