Лекция 1. Что такое ИТ. Основные понятия. Технология решения задач человеком. Типы задач

Информационные технологии.

Сичов М.І.

РЕГУЛЮВАННЯ ТА ЯКОСТІ

Кафедра акредитації, якості і споживчої політики

Курс лекцій з дисципліни

"Сертифікаційні випробування продуктів і послуг "

для студентів спеціальності

6.051001 "Метрологія та інформаційно - вимірювальні системи"

Розглянуто на засідані кафедри Завідувач кафедрою

"_____ " ___________ 201 р. Л.В.Коломієць

Тезисы лекций.

5-ый СЕМЕСТР. 2

Лекция 1. Что такое ИТ. Основные понятия. Технология решения задач человеком. Типы задач. 2

Лекция 2. Эволюция ИТ. Автоматизированная система. Классы автоматизированных систем. Особенности и проблемы традиционного подхода к решению предметных задач с помощью ЭВМ. 8

Лекция 3. Новая информационная технология. Структура и функционирование интеллектуальной информационной системы. 11

Лекция 4. Основное назначение и функциональные возможности системы автоматизированного технологического проектирования (САПР ТП). 19

Лекция 5. Объектно-ориентированный подход в технологическом проектировании.Типы проектных решений.Классификаторы. 21

Лекция 6. Создание проектного решения. Добавление объектов: операция, переход, средство технологического оснащения, материал. 23

Проектирование технологического процесса. 23

Как создать ТП.. 23

Как добавить операцию.. 24

Как добавить переход. 25

Как добавить средство технологического оснащения. 25

Как добавить материал. 26

Как удалить объект. 27

Проектирование «с нуля». 27

Как сохранить ТП.. 31

Как открыть ТП – каталог архива ТП.. 32

Как удалить ТП.. 32

Лекция 7. Фрагментарное автоматическое технологическое проектирование. Проектирование ТП в высокой степени автоматизации. 33

1. Понятие методик в системе. Средства формирования методик. 33

Методики первого типа. 36

Методики второго типа. 37

2. Корректировка таблиц соответствия значения параметров (таблиц принятия решений) 37

3. Пример формирования методики. 39

Лекция 8. Идеология создания системы.Интерпретатор команд.Сценарий. Автоматическое проектирование, тестирование. 45

5-ый СЕМЕСТР

Развитие обществаèусложнение задач, решаемых в области организации произвоства

МОВЕН

Один документ (групповая конструкторская спецификация) содержит информацию о составе более тысячи исполнений изделия – несколько тысяч строк.

Информационная технология – процесс, использующий совокупность средств и методов сбора, обработки и передачи данных для получения информации нового качества о состоянии объекта, процесса или явления. (Коноплева)

Информационные технологии (ИТ, от англ. information technology, IT) — широкий класс дисциплин и областей деятельности, относящихся к технологиям управления и обработки данных, в том числе, с применением вычислительной техники. (Свободная энциклопедия – И-нет)

Основные понятия:

Технология (от греч.techne – искусство, мастерство, умение) в промышленном смысле понимают совокупность методов обработки, изготовления, изменения состояния, свойств, формы сырья, материала или полуфабриката, осуществляемых в процессе производства.

Технология – как производство материальных благ включает три компонента:

- информацонный (процесс описания принципов и методов производства)

- социальный (кадры и организация производства)

- инструментальный (орудия труда)

· Информация – совокупность сведений, воспринимаемых из окружающей среды, выдаваемых в окружающую среду либо сохраняемых внутри информационной системы.

· Данные – конкретная информация об объектах предметной области, их свойствах и взаимосвязях, отражающая события и ситуации в этой области и необходимая для решения задачи.

· Знания – это вся совокупность информации о свойствах и законах предметной области, с помощью которой реализуются процессы решения задач, преобразования данных и самих знаний.

Технология и информационная технология – между этими понятиями единство в том, что в основе лежит процесс (совокупность действий).

Данные представляются в виде, позволяющем организовать их сбор, хранение и дальнейшую обработку человеком или информационным средством. Данные – это запись в соответствующем коде наблюдения, акта, объекта, звука, изображения и т.д., пригодная для коммуникации, интерпретации, передачи, обработки и получения новой информации.

Знания, которыми обладает специалист в какой-либо области, можно разделить на формализованные (точные) и неформализованные (неточные) знания. Формализованные знания записываются в справочниках, руководствах в виде таблиц, формул, моделей, алгоритмов и т.п. Неформализованные знания – это знания, для которых отсутствует или неизвестен алгоритм (модель, метод) их получения. Они являются результатом обобщения многолетнего опыта и интуиции специалистов и представляют собой множество эмпирических (эвристических) приемов и правил. Задачи бывают, соответственно, формализованные и неформализованные.

Эвристики – обобщенные правила, которые сокращают пространство поиска до разумных пределов. Знания, компилируемые из опыта.

Знания – предметно-независимые (глубинные, фундаментальные) и предметно-зависимые (поверхностные, эмпирические).

Принципы, законы, аксиомы широко используются при объяснении и доказательстве правильности данного решения, однако с их помощью трудно найти само решение. Они не указывают, как действовать при решении конкретной нерешенной задачи.

Для решения задачи необходима некоторая база знаний о задаче и механизмах ее решения. Различают две формы представления знаний – декларативную и процедурную. Декларативные знания не описывают в явной форме процедур, которые нужно выполнить. Такие знания представляются множеством утверждений, не зависящих от того, где они применяются. Процедурные знания содержат в явном виде описания некоторых процедур.

Если говорить о какой-либо задаче, то использование декларативных знаний требует описания всего пространства состояний задачи и их причинно-следственных взаимосвязей, а использование процедурных знаний – механизма смены состояний. Решение задачи при декларативном представлении знаний основано на поиске в пространстве состояний. Процедурное представление знаний обеспечивает обычно более быстрый поиск решения, чем декларативное.

Основой информационной технологии служат элементарные процессы:

1. Сбор информации – обеспечение решателя информацией в объеме, позволяющем решить задачу.

2. Передача информации – перенос информации в пространстве.

3. Переработка информации – обоснование решений и целесообразных способов действий.

4. Хранение информации – перенос информации во времени.

5. Доведение информации до потребителя – преобразование информации в форму, обеспечивающую безошибочное восприятие ее пользователем.

Не всякая обработка информации есть решение задачи. Для решения задачи необходим определенный план или стратегия решения. Возможны два пути. Первый путь - движение от начального состояния к конечному состоянию через переход в новое состояние по известным правилам. Второй путь - движение от конечного состояния к начальному состоянию через анализ условий достижимости текущего состояния.

Пространство состояний задачи:

1. Совокупность элементов, описывающих состояние задачи. Конкретная конфигурация этих элементов – конкретное состояние.

2. Связи между состояниями, которые соответствуют операциям перехода в новое состояние.

Решение задачи – процесс поиска последовательности операций в пространстве состояний, приводящей от начального состояния к целевому состоянию. Поиск является ключом к решению проблемы, если она представлена в виде проблемного пространства.

В хорошо определенной задаче мы знаем начальное состояние, целевое состояние и операторы, т.е. теоретически можем построить полное пространство состояний. Но, как правило, мы имеем дело с плохо определенными задачами (плохо структурированными и слабо формализованными).

Стратегия «удава» - как последовательное повышение степени автоматизации при адаптации системы автоматизированного проектирования.

База знаний автоматизированного проектирования

Исходные данные Результат

Основные типы задач и их характеристики.

В сборнике статей, опубликованном под общей редакцией Хейеса-Рота [Heyes-Roth et al, 1983], была предложена классификация экспертных систем:

10 типов систем:

Интерпретирующие системы предназначены для формирования описания ситуаций по результатам наблюдений или данным, получаемым от различного рода сенсоров. Типичные задачи, решаемые с помощью интерпретирующих систем, — распознавание образов и определение химической структуры вещества.

Прогнозирующие системы предназначены для логического анализа возможных последствий заданных ситуаций или событий. Типичные задачи для экспертных систем этого типа — предсказание погоды и прогноз ситуаций на финансовых рынках.

Диагностические системы предназначены для обнаружения источников неисправностей по результатам наблюдений за поведением контролируемой системы (технической или биологической). В эту категорию входит широкий спектр задач в самых различных предметных областях — медицине, механике, электронике и т.д.

Системы проектирования предназначены для структурного синтеза конфигурации объектов (компонентов проектируемой системы) при заданных ограничениях. Типичными задачами для таких систем является синтез электронных схем, компоновка архитектурных планов, оптимальное размещение объектов в ограниченном пространстве.

Системы планирования предназначены для подготовки планов проведения последовательности операций, приводящей к заданной цели. К этой категории относятся задачи планирования поведения роботов и составление маршрутов передвижения транспорта.

Системы мониторинга анализируют поведение контролируемой системы и, сравнивая полученные данные с критическими точками заранее составленного плана, прогнозируют вероятность достижения поставленной цели. Типовые области приложения таких систем — контроль движения воздушного транспорта и наблюдение за состоянием энергетических объектов.

Наладочные системы предназначены для выработки рекомендаций по устранению неисправностей в контролируемой системе. К этому классу относятся системы, помогающие программистам в отладке программного обеспечения, и консультирующие системы.

Системы оказания помощи при ремонте оборудования выполняют планирование процесса устранения неисправностей в сложных объектах, например в сетях инженерных коммуникаций.

Обучающие системы проводят анализ знаний студентов по определенному предмету, отыскивают пробелы в знаниях и предлагают средства для их ликвидации.

Системы контроля обеспечивают адаптивное управление поведением сложных человеко-машинных систем, прогнозируя появление возможных сбоев и планируя действия, необходимые для их предупреждения. Областью применения таких систем является управление воздушным транспортом, военными действиями и деловой активностью в сфере бизнеса.

Кленси предложил альтернативный метод классификации, взяв за основу набор родовых (generic) операций, выполняемых в рассматриваемых системах. Иерархическая классификация предметных задач, предложенная Клэнси в 1985 году, основана на утверждении, что любая задача может быть представлена как комбинация ряда стандартных элементарных задач.

Иерархия аналитических операций

Иерархия синтетических операций

Интерпретация – соотнесение элемента реального мира по некоторым отличительным признакам с элементом модели реального мира. В процессе интерпретации решаются задачи классифицирования и структуризации текущего состояния реального мира. На выходе получаем структуры объектов и процессов, представляющие состояние реального мира.

Основные особенности:

· большое количество входных данных, что заставляет использовать абстрагирование;

· необходимость явного и ясного описания модели реального мира, т.е. правил порождения структур и ограничений.

Диагностика – выявление отклонений от нормального функционирования объекта или системы реального мира. При этом интерпретируется статическое состояние объекта реального мира, происходит его сравнение с эталоном или допустимым состоянием модели реального мира и определяется его степень работоспособности. На выходе получаем множество «неисправных» элементов в статической модели реального мира.

Основные особенности:

· необходимость наличия модели правильного функционирования объекта;

· необходимость построения модели обнаружения неисправных элементов.

Мониторинг – непрерывная интерпретация состояния реального мира (непрерывная диагностика) и оповещение при обнаружении отклонений от эталонного функционирования. На выходе получаем описание динамики смены состояний объекта реального мира, информация об отклонениях от правильного функционирования (сравнение модели с эталонной моделью).

Основные особенности:

· задача решается в реальном масштабе времени;

· необходимо наличие модели правильного функционирования объекта.

Проектирование – построение оптимального проектного решения (спецификации на объекты и их отношения) удовлетворяющего множеству заданных ограничений. Структуризация и классификация ограничений на проектируемый объект, выбор и реализация подходящей стратегии генерации проектных решений, проверка проектного решения на соответствие заданным ограничениям, разработка документации на создание проектируемого объекта или процесса.

Основные особенности:

· противоречивость критериев и данных;

· недостаточность или недоопределенность ограничений, что ведет к отсутствию или бесконечности множества допустимых решений;

· отсутствие явной связи между ограничениями и получаемыми проектными решениями;

· огромное пространство решений;

· необходимость наличия процедуры генерации проектного решения для несуществующего объекта реального мира;

· необходимость выявления степени важности ограничений, для выбора подходящей стратегии генерации проектного решения.

Планирование – построение плана действий для достижения цели, удовлетворяющего заданным ограничениям. На выходе получаем оптимальный план действий для достижения цели. По сути, – проектирование плана.

Основные особенности: аналогично проектированию.

Лекция 2. Эволюция ИТ. Автоматизированная система. Классы автоматизированных систем. Особенности и проблемы традиционного подхода к решению предметных задач с помощью ЭВМ.

К середине 20-го века противоречие между возрастанием объема информации, необходимой специалисту для принятия решения, и ограниченной «пропускной способностью» человеческого мозга достигло критического уровня. Объективной предпосылкой разрешения этого противоречия стало появление качественно новой среды обработки и хранения информации – ЭВМ. Для решения задач с помощью ЭВМ стали создаваться программы, а по мере роста сложности задач – автоматизированные системы: программно-аппаратные комплексы.

Особенность НТР – человечество стало создавать оригинальные технологии для облегчения умственного труда.

По степени участия человека в производстве можно выделить три типа производств:

· ручное;

· автоматизированное;

· автоматическое.

Система – совокупность элементов и взаимосвязей между ними, функционирование которых направлено на достижение определенной цели.

Автоматизация предполагает разделение функций между человеком и ЭВМ.

Программно-аппаратные комплексы: программное обеспечение и аппаратное обеспечение. Структура и состав программно-аппаратного комплекса зависят от функционального назначения системы. Ядро автоматизированной системы – СУБД.

Классы автоматизированных информационных систем:

· системы автоматизации научных исследований;

· системы автоматизации проектирования;

· системы автоматизации управления.

В основу данной обобщенной классификации положены классы задач, каждому из которых соответствует свой класс автоматизированных систем. Приведенная классификация является достаточно условной, поскольку четкого разграничения между указанными классами задач не существует. Подробнее вопрос об особенностях каждого из указанных классов задач и автоматизированных систем будет рассмотрен позднее.

Этапы развития информационной технологии:

1. Позадачная автоматизация (70-е – 80-е гг.).

2. Реализация типовых информационно-технологических процессов (80-е гг.).

3. Реализация индивидуальных информационных технологий на основе спецификации требований (90-е гг.).

Эволюция информационной технологии (автоматизированные системы) до новой информационной технологии (интеллектуальные автоматизированные системы).

Как правило, мы имеем дело с плохо формализованными предметными задачами. Главная цель привлечения ЭВМ к решению предметных задач – обеспечение доступа решателя к внешнему источнику информации и знаний и избавление его от выполнения рутинных процедур. Эффективность использования такого источника знаний, как следует из сказанного ранее, сильно зависит от объема и качества доступных предметно-зависимых и предметно-независимых знаний, а также от способности пользователя ими распорядиться.

В традиционной информационной технологии предметный специалист, не являющийся в общем случае специалистом по ИТ, для организации взаимодействия с ЭВМ должен прибегать к посредничеству специалистов по ИТ. Не обладая профессиональными знаниями, пользователь не имеет представления о возможных способах использования вычислительных средств для решения его задачи. Решение задачи разбивается на несколько этапов:

1. Конечный пользователь формулирует задачу на своем языке – естественном языке описания предметной области.

2. Системный аналитик и прикладной математик на основе полученного описания формируют формальную модель предметной области – на формальном языке.

3. Программист транслирует эту модель в программу на языке высокого уровня.

4. Программа на языке высокого уровня транслируется на внутренний язык машины.

5. Машина выполняет программу и выдает результат.

6. Результат интерпретируется пользователем в контексте языка описания предметной области.

Процесс носит итерактивный характер и может продолжаться в течение длительного времени по следующим причинам.

Для оценки и коррекции результатов пользователь должен обладать глубокими профессиональными знаниями в своей области деятельности, уметь прогнозировать развитие ситуации и принимать адекватные решения.

Системный аналитик должен разбираться в методах постановки задач для ЭВМ, но также должен быть знаком с областью деятельности конечного пользователя для организации взаимодействия с ним и иметь представление о процессе составления программ. В процессе диалога с пользователем аналитик выбирает адекватный задаче метод решения, определяет требуемую для этого организацию данных и строит схему решения задачи на ЭВМ.

После построения схемы решения задачи происходит практически полное отчуждение конечного пользователя от решения задачи.

Этап разработки программы осуществляется программистом без участия пользователя. Программист должен обладать знаниями о построении программ для различных схем решения задачи и о методах решения задачи для обеспечения взаимопонимания с аналитиком.

Диалог системного аналитика с программистом осуществляется в рамках разработки и оптимизации программы. При этом обычно не ставится цели исправления и оптимизации постановки задачи и схемы ее решения. Иногда процесс оптимизации может приводить к таким изменениям в схеме решения задачи, которые несущественны с точки зрения аналитика, но недопустимы с точки зрения пользователя.

После отладки программа оценивается пользователем. Если пользователь, неудовлетворенный работой программы, вносит изменения в постановку задачи, то все начинается сначала.

С другой стороны, необходимость внесения изменений в программу возникает вследствие изменения производственной ситуации или изменения взглядов пользователя на решение задачи. Последнее часто происходит в случае, когда дефекты программы выявляются уже в ходе эксплуатации. Также изменения в программе могут быть связаны с естественным развитием предметной области, изменением условий, в которых решается задача.

В общем случае эволюция автоматизированной системы предполагает эволюцию не только программного, но и аппаратного обеспечения. Эти процессы тесно взаимосвязаны.

Возникают две главные проблемы:

1. Как предметному специалисту, не являющемуся специалистом по ИТ, непосредственно использовать внешний источник знаний, заложенный в ЭВМ, для решения предметной задачи?

2. Как преодолеть ограничения на объем информации и знаний, необходимых пользователю для решения задачи, накладываемые возможностями конкретной ЭВМ?

Новая информационная технология – создание интеллектуальных информационных систем для непосредственного решения трудно формализуемых или плохо формализованных предметных задач предметным специалистом. В настоящее время практически каждая прикладная автоматизированная система имеет в своем составе интеллектуальные компоненты. Подробнее вопросы создания и использования интеллектуальных информационных систем и технологии решения трудноформализуемых задач будут рассмотрены позднее.

Развитие технологий построения локальных и глобальных вычислительных сетей и технологий распределенной обработки данных, появление «Интернет» позволяют организовать доступ современных прикладных автоматизированных систем к глобальным распределенным хранилищам информации и знаний. Подробнее вопросы создания и использования распределенных систем обработки информации также будут рассмотрены позднее.

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

Дата добавления: 2014-01-07