Реыерат. Учебнометодический комплекс для студентов, обучающихся по специальности 125 01 03 Мировая экономика
 Скачать 3.86 Mb.
|
|
Тема 5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЦИФРОВОЙ ЭКОНОМИКИ (ИСКУССТВЕННЫЙ ИНТЕЛЛЕКТ, РОБОТЫ, БЕСПИЛОТНЫЕ ЛЕТАТЕЛЬНЫЕ АППАРАТЫ, ВИРТУАЛЬНАЯ РЕАЛЬНОСТЬ, АДДИТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ) Цель: изучить очередные базовые цифровые технологии: искусственный интел- лект, роботы, беспилотники, виртуальную реальность и 3D-печать. Основные понятия: искусственный интеллект, робот, БПЛА, виртуальная реальность, 3D-печать. План 5.1. Искусственный интеллект. 5.2. Роботы. 5.3. Беспилотные летательные аппараты. 5.4. Виртуальная и дополненная реальность. 5.5. Аддитивные технологии. 5.1. Искусственный интеллект Искусственный интеллект – собирательный термин, охватывающий множе- ство так называемых умных технологий, которые объединяет способность к твор- ческой деятельности и самообучению. Заметим, что английский термин означает «умение рассуждать разумно». ИИ воспринимает информацию и реагирует на нее, не дожидаясь вмешательства или команды человека. ИИ не просто хранит огром- ные массивы данных на компьютере – он их анализирует. На самом высоком уровне сложности данная технология задействована в самоуправляемых автомо- билях, беспилотниках (дронах), роботах, а в повседневной жизни ее функции сво- дятся к способности компьютера накапливать и затем применять информацию, обучаясь, развиваясь и принимая решения на основании изученных данных. Одно из первых определений ИИ еще в 1956 г. дал Дж. Маккарти: свой- ство интеллектуальных систем выполнять творческие функции, которые тра- диционно считаются прерогативой человека. В начале 1980-х гг. ученые в об- ласти теории вычислений Барр и Файгенбаум предложили следующее опреде- ление искусственного интеллекта: Искусственный интеллект – это область информатики, которая занимается разработ- кой интеллектуальных компьютерных систем, т. е. систем, обладающих возможностями, которые мы традиционно связываем с человеческим разумом, – понимание языка, обу- чение, способность рассуждать, решать проблемы и т. д. Позже к ИИ стали относить алгоритмы и программные системы, отличи- тельным свойством которых является то, что они могут решать некоторые за- дачи так, как это делал бы размышляющий над их решением человек. Сферы применения ИИ достаточно широки, их можно разделить по кри- терию ключевых точек развития (рис. 5.1). 46 Рис. 5.1. Сферы применения искусственного интеллекта ИИ может помогать человеку выполнять свою работу быстрее и качествен- нее, принимать более взвешенные и эффективные решения и в конечном итоге ав- томатизировать процессы принятия решений, осуществляя их без участия людей. По сути, технологии ИИ имитируют способность человека воспринимать инфор- мацию, размышлять и действовать. Большинство руководителей прекрасно пони- мают, что искусственному интеллекту под силу изменить почти все аспекты веде- ния бизнеса. Благодаря этой технологии к 2030 г. мировая экономика может вы- расти на 15,7 трлн долл. США. Наибольшие экономические выгоды от ИИ будут в Китае (рост ВВП на 20 % к 2030 г.) и Северной Америке (рост на 14,5 %). 5.2. Роботы Роботы – электромеханические или виртуальные (консультанты) устройства, управляе- мые компьютером, имитирующие или улучшающие действия человека. Применяются во вредных производствах, в сфере услуг (гостиницы, ту- ризм). Автоматизированные промышленные роботы применяются для сварки, укладки, покраски и прочих операций, требующих многократного повторения и высокой точности. Космороботы активно используются человеком в освое- нии просторов Вселенной, собирая образцы почвы и исследуя новые простран- ства в условиях повышенной радиации и экстремальных температур. Не менее успешно роботизированные системы применяют в сфере безопасности. Всельском хозяйстве применяются агроботы. Все более широкое распростра- нение получают хирургические роботы (например, Da Vinci в лапароскопии). Благодаря кибернетическим технологиям человек может вернуть утраченную часть тела: используются бионические протезы, которыми человек может управлять при помощи собственной нервной системы. ИИ Понимание и анализ текстов на естественном языке Анализ изображений Распознавание речи и зрительных образов Автоматический перевод Машинное обучение Экспертные системы Виртуальные агенты (чат-боты и виртуальные помощники) Извлечение информации Интеллектуальные системы информации безопасности Робототехника 47 Промышленные роботы уже стали экономически выгодной альтернати- вой человеческому труду в расширяющемся спектре отраслей. По оценкам, экономия операционных расходов от автоматизации в целом может составлять от 15 % до 90 % в зависимости от отрасли. В большинстве отраслей экономически развитых стран роботы уже дока- зали свою эффективность, что привело к повышению глобального спроса на них. В 2018 г. было продано 384 тыс. роботов. С 2019 по 2021 гг. будет продано еще почти 1,7 млн устройств (рис. 5.2). Рис. 5.2. Динамика продаж и мирового парка эксплуатируемых промышленных роботов в 2008–2017 гг. и их прогнозные значения на 2018–2021 гг., тыс. ед. Пять крупнейших рынков промышленной робототехники на сегодня – это Китай, Япония, США, Южная Корея и Германия, на их долю приходится 15 % от общего числа установленных роботов. Китай лидирует с большим отрывом по объемам закупки промышленных роботов: в 2018 г. там установлено 133,2 тыс. промышленных роботов (рис. 5.3). Рис. 5.3. Крупнейшие рынки промышленной робототехники в 2018 г., число установленных роботов, тыс. ед. 1035 1021 1059 1153 1235 1332 1472 1632 1828 2055 2323 2644 3053 3435 113 60 121 166 159 178 221 254 294 381 384 484 553 630 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 0 100 200 300 400 500 600 700 2008 г. 2009 г. 2010 г. 2011 г. 2012 г. 2013 г. 2014 г. 2015 г. 2016 г. 2017 г. 2018 г. 2019 г. 2020 г. 2021 г. Динамика мирового парка эксплуатируемых промышленных роботов в 2008-2017 гг. и прогноз на 2018-2021 гг., тыс. ед. Динамика продаж промышленных роботов в мире в 2008-2017 гг. и прогноз на 2018-2021 гг., тыс. ед. 133,2 52,4 38,1 37,6 27,9 11,3 8,3 5,6 5,5 5,3 4,8 4,5 3,8 3,5 0 20 40 60 80 100 120 140 Китай Япония США Южная Корея Германия Тайвань Италия Франция Мексика Испания Таиланд Индия Сингапур Вьетнам Канада Динамика мирового парка эксплуатируемых промышленных роботов в 2008–2017 гг. и прогноз на 2018–2021 гг., тыс. ед. Динамика продаж промышленных роботов в мире в 2008–2017 гг. и прогноз на 2018–2021 гг., тыс. ед. 48 В число самых роботизированных стран мира в 2018 г. вошли Южная Ко- рея, Сингапур, Германия, Япония, Швеция и др. Сейчас самая роботизирован- ная в мире страна – Южная Корея, в 2018 г. на 10 тыс. рабочих в там приходи- лось 710 промышленных роботов, занятых в основном в производстве элек- троники и автомобилей (рис. 5.4). Рис. 5.4. Количество установленных промышленных роботов на 10 000 работников Компании-производители промышленных роботов распределяются строго по трем крупным регионам: Северная и Западная Европа, США, Юго- Восточная Азия. Список лидеров рынка не меняется год от года – доминируют японские фирмы. Япония обеспечивает 52 % мирового рынка промышленных роботов. В 2016 г. японские предприятия произвели 153 тыс. этих машин; ре- корд пока не побит ни самими японцами, ни другими странами. Бытовые роботы, также известные как домашние или служебные ро- боты, по сути являются программируемыми бытовыми приборами с микро- процессорами, интегрированными с электроприводом, которые выполняют домашние дела. Как правило, они обладают способностью к движению для пе- ремещения себя, либо для манипулирования объектами, либо для того и дру- гого. К бытовым роботам эксперты относят роботы-пылесосы, роботы для мы- тья полов и окон, роботы-прачечные, роботизированные кухни, роботы-газо- нокосилки, устройства для чистки бассейнов, а также роботы-компаньоны и игрушечные роботы. В 2018 г. объем мирового рынка бытовых роботов (включая услуги) до- стиг 3 млрд долл. США, и, согласно прогнозам, достигнет 9,9 млрд долл. к 2024 г. В количественном выражении в 2018 г. было отгружено 10,3 млн еди- ниц; прогноз на 2024 г. – 41,4 млн единиц. Эксперты говорят, что спрос на бытовых роботов увеличивается благо- даря их практичности и удобству, достигающихся за счет таких функций, как визуализация помещений и определение зон, в которые не должны попадать роботы. Интеграция с умными голосовыми помощниками от Amazon и Google 710 658 322 308 240 230 200 197 192 190 172 167 161 157 151 144 139 137 129 119 97 0 100 200 300 400 500 600 700 800 49 расширяет функциональность такой техники. Удобство использования в соче- тании со спросом на продукты для автоматизации бытовых дел, таких как уборка, является основным движущим фактором роста этого рынка. 5.3. Беспилотные летательные аппараты Согласно определению, одобренному Ассамблеей ИКАО, Беспилотный летательный аппарат (БПЛА) – воздушное судно без пилота, которое выполняет полет без командира воздушного судна на борту и либо полностью дистанци- онно управляется из другого места (с земли, с борта другого воздушного судна, из кос- моса), либо запрограммировано и полностью автономно. Типичный БПЛА изготовлен из легких композитных материалов: это спо- собствует снижению веса корпуса и увеличению маневренности устройства. Свойства таких материалов позволяют военным БПЛА совершать полеты на больших высотах. БПЛА оснащаются различными технологиями, такими как инфракрасные камеры, GPS и лазеры (преимущественно это относится именно к военным образцам). Беспилотники могут быть управляемы дистанционной системой, которую иногда еще называют наземной кабиной, т. е. можно гово- рить, что дистанционные БПЛА состоят из двух частей: самого БПЛА и его системы управления. БПЛА бывают самых разных размеров, причем самые большие из них исполь- зуются чаще всего в военных целях, например, Predator. Следом за ними идут сред- ние беспилотники с фиксированными крыльями, которым для взлета требуется не- большая взлетно-посадочная полоса. Такие модели используются для охвата об- ширных территорий, например, для географической съемки или борьбы с браконь- ерами. Еще меньше по размерам дроны, большинство из которых – квадрокоптеры. Беспилотники нашли свое призвание не только в ходе выполнения вой- сковых операций, хотя военные БПЛА по-прежнему доминируют. Сейчас дроны активно используются для вполне мирных целей в городских условиях и даже в некоторых отраслях лесного и сельского хозяйства. Так, некоторые курьерские службы используют роботов на вертолетной тяге для доставки са- мых разнообразных товаров своим клиентам. В 2013 г. компания Amazon объ- явила, что работает над организацией доставки посылок с помощью квадроко- птеров. При помощи дронов ведется картографическая аэрофотосъемка, их приняли к себе на вооружение некоторые детективные агентства, с помощью беспилотников выполняются поисково-спасательные миссии. Некоторые охранные предприятия используют квадрокоптеры, оснащенные комплектом из камеры, прибора ночного видения и/или тепловизора, для безопасного и эф- фективного наблюдения и патрулирования периметра территории. Дроны помогают пожарным тушить пожары в труднодоступных местах, медикам в их практике нужен квадрокоптер для оказания экстренной помощи, пока карета скорой помощи в пути или нет возможности добраться к пострадав- шим из-за завалов. Беспилотник нужен и для проведения научных исследований, 50 сбора данных в местах со сложным доступом; такое применение дроны нашли в археологии, картографии, биологии. Если модель оборудована «рукой» для за- хвата предметов, ученные могут брать анализы и пробы растений, грунта или воды. Активно используются беспилотные аппараты и в сельскохозяй- ственном секторе для сбора информации о площади посевов, аэрографиче- ской съемки, а также химической обработки всходов. Использование энер- гетиками БПЛА позволяет минимизировать ежегодные потери, связанные с ремонтными работами. Беспилотники с встроенным огнеметом эффек- тивно используют в устранении засоров, отягощающих линии электро- снабжения, они также помогают контролировать уровень растительности на участках энергосетей. С апреля 2014 г. компания Google ведет работу над созданием сети спут- ников и дронов на солнечных батареях для обеспечения интернет-покрытия во всем мире, включая сложные и отдаленные участки. БПЛА нашли широкое применение из-за того, что их содержание и тех- ническое обслуживание обходится дешевле пилотируемой авиации. Весо- мым преимуществом беспилотников является их проходимость и транс- портная доступность – они долетят до тех земельных участков, куда до- браться по суше или на самолете проблематично. Еще один веский аргумент «за» – скорость доставки грузов: беспилотник долетает до отдаленного участка за 30 минут, а вертолет – за 2 часа. Для пилотируемых самолетов важно наличие огромной площадки для взлета и посадки, в то время как для приземления беспилотников достаточно полосы 500–600 метров, а миниа- тюрные дроны легко приземлятся даже на ступеньки возле порога. БПЛА экономно расходуют топливо благодаря компактным габаритам, что также является преимуществом. Главный недостаток БПЛА, особенно дистанционных – уязвимость для перехвата каналов связи. Созданы также системы взлома и перехвата управле- нием БПЛА, использующих спутниковые навигационные системы. Мировой рынок робототехники и беспилотных летательных аппаратов в ближайшие годы будет расти устойчивыми темпами. В 2018 г. объем этой от- расли в денежном выражении составил 98 млрд долл., в 2019-м ожидается рост до 115,7 млрд долл., к 2022 г. объем отрасли достигнет 210,3 млрд долл. 5.4. Виртуальная и дополненная реальность Понятие «виртуальная реальность» родилось в конце ХХ в. с широким внедрением компьютеров. Виртуальная реальность – это информационная среда, существующая внутри сгенери- рованного компьютером информационного пространства и включающая содержатель- ные тексты, графические и видео материалы, звуковое оформление. Человек может ак- тивно контактировать с этой информационной средой, но она действительно виртуаль- ная, так как существует только при условии действия включенного компьютера. 51 На данный момент существуют три смежные между собой технологии: виртуальная реальность, дополненная реальность и смешанная реальность. Характеризуются они разным уровнем и глубиной погружения в виртуальное пространство, разной степенью реальности отображаемых виртуальных объ- ектов и своеобразным образом взаимодействия с ними. В дополненной реальности не происходит изменения человеческого ви- дения окружающего мира и его восприятия, она (дополненная реальность) до- полняет реальный мир искусственными элементами (цифровыми изображени- ями) и новой информацией, а не полностью заменяет его. Смешанная реальность – следующая ступень взаимодействия с привыч- ным миром, позволяет добавлять в мир правдоподобные виртуальные объ- екты. Суть технологии – привнесение виртуальных образов в реальное про- странство и время, возможность визуализировать и закрепить их расположе- ние соответственно предметам реального пространства так, чтобы видящий их потребитель воспринимал как реальные. Пользователь продолжает взаимодей- ствовать с реальным миром, в котором в то же время присутствуют виртуаль- ные объекты. В 2014 г. были выпущены Google Glass – очки дополненной реальности. Примерно в то же время были выпущены Oculus Rift – очки виртуальной ре- альности, отличавшиеся высоким качеством и относительной доступностью. Micrisoft в 2016 г. представила очки смешанной реальности Hololens для раз- работчиков и журналистов; продукт сложный, его до сих пор дорабатывают. Новые технологии становятся интересны бизнесу – новая форма подачи продуктов и продаж; образовательная сфера, сфера архитектуры, медицины, строительства, сфера социальных коммуникаций также заинтересованы в но- вых технологиях. 5.5. Аддитивные технологии Аддитивные технологии – применение 3D-печати в промышленности, что означает из- готовление изделия путем добавления. Суть аддитивного производства – в таком способе создания детали сложной формы, когда материал наносится последовательно, как пра- вило, слой за слоем, поэтому расходуется его столько, сколько необходимо, не больше и не меньше. Программное обеспечение 3D-принтера делит трехмерную компьютерную модель на слои одинаковой толщины, после чего принтер создает прототип путем после- довательного нанесения одного слоя модельного материала за другим. Первый дееспособный 3D-принтер был создан в 1984 г. Ч. Халлом, одним из основателей корпорации 3D Systems, который получил патент на «аппарат для создания трехмерных объектов с помощью стереолитографии». Первый в мире коммерческий 3D-принтер создан в 2000 г. В 2005 г. А. Бойер представил самовоспроизводящийся механизм для быстрого изготовления прототипов, с помощью которого можно построить 3D-принтер, печатающий детали для со- здания своей копии. В 2008 г. в рамках проекта появился 3D-принтер Darvin, 52 который воспроизводил сам себя. В 2009 г. на рынок вышла компания, которая выпускает настольные 3D-принтеры. После 2010 г. стоимость 3D-принтеров постоянно снижалась, точность 3D-печати повышалась, создавались более сложные формы. Произошел зна- чительный рост продаж этих устройств, технологии 3D-печати получили ком- мерческое распространение. Расходными материалами может послужить пластик, бетон, гипс, дере- вянное волокно, поликарбонат, металл и даже живые клетки и шоколад. Осо- бое место среди материалов занимает металл. Современные аддитивные техно- логии на базе цифровых моделей делают возможным изготавливать крупнога- баритные детали, используя различные материалы: титановые, алюминиевые, никелевые и жаропрочные сплавы, конструкционную и нержавеющую стали, сплав кобальт-хром. Способов нанесения материала существует два: струйный и лазерный. К струйному способу относятся моделирование методом наплавления и Polyjet, к лазерному – послойное ламинирование, селективное лазерное плавление, се- лективное лазерное спекание, лазерная наплавка металла и лазерная стереоли- тография. В 2018 г. поставки промышленных 3D-принтеров выросли на 27 % – до 5,8 тыс. штук. По оценкам, объем мирового рынка 3D-печати вырастет с 9,9 млрд долл. в 2018 г. до 34,8 млрд долл. к 2024 г. (рис. 5.5). Рис. 5.5. Объем мирового рынка 3D-печати в 2018–2024 гг., млрд долл. США Мировыми лидерами в области 3D-печати являются США (38,0 %), Япо- ния (9,7 %), Германия (9,4 %), Китай (8,7 %), Кроме того, в 22 странах уже созданы национальные ассоциации по аддитивным технологиям, объединен- ные в альянс GARPA. 9,9 12,2 18,5 22,9 28,3 34,8 0 5 10 15 20 25 30 35 40 2018 г. 2019 г. 2020 г. 2021 г. 2022 г. 2023 г. 2024 г. 53 Главная тенденция аддитивного производства – переход от создания про- тотипов изделий к производству готовых изделий – сохраняется, при этом ос- новными критериями широкого использования в промышленности по-преж- нему являются качество изделий (в широком понимании – не хуже, чем при традиционном производстве) и скорость их изготовления. Выводы по теме 5. ИИ активно используется в самых различных отраслях науки, промышленности и других видах деятельности. Его проявления делятся на физи- ческое воплощение в виде разнообразных роботов и виртуальную составляющую. Создание и применение аддитивных технологий повышает производительность труда, минимизирует трудозатраты на производственную подготовку и дальней- шую обработку, сокращает потери используемого материала. Производители те- перь рассматривают 3D-печать как инновационный способ изготовления крупных партий высококачественных готовых деталей из различных материалов. |