Główne kierunki rozwoju informatyki

Rozwój poziomu i zakresu wykorzystania:

1. algorytmów sztucznej inteligencji

2. środków i metod komunikacji

• człowiek ↔ człowiek

• człowiek → maszyna

• maszyna → człowiek

• maszyna ↔ maszyna

Rozwój:

• konstrukcji algorytmów AI oraz narzędzi programowania

• środków technicznych komunikacji

Algorytmy sztucznej inteligencji

• systemy ekspertowe

• poradnictwo (wspomaganie przy podejmowaniu decyzji)

• rozwiązanie problemów sformułowanie i uzasadnienie problemu

• twórczość

• automaty 21 wieku:

• stanowiska sterowania i kontroli (kontrola jakości, procesy technologiczne)

• nadrzędne sterowanie

• roboty (różnorodność przeznaczenia)

• symulatory

Nie tworzymy systemu ekspertowego dla wielu dziedzin np. inne systemy dla projektowania samochodu a inne dla mostu. Są one wyspecjalizowane i dlatego szybciej działają.

Systemy ekspertowe: w technice, ekonomi, handlu, transporcie (wewnątrz zakładowym, miejskim, krajowym i międzynarodowym), medycynie, ekologii, polityce, wojskowości, twórczości artystycznej (muzycznej, plastycznej, literackiej), codziennych problemach człowieka, rolnictwie, ogrodnictwie itd.

Zasadnicze cechy systemów ekspertowych 21 wieku to zdolność:

• uczenia się

• zdobywania wiedzy

• rozpoznawania i analizy obrazów (1,2 i 3xD)

• rozpoznawania i formułowania zdań naturalnego języka (mówionego i pisanego)

• komunikowania się z użytkownikiem sygnałami dźwiękowymi i graficznymi 3xD (multimedia i wirtualna rzeczywistość)

Systemy ekspertowe w technice dla:

• projektanta (konstruktora, architekta)

• eksperymentatora (badania laboratoryjne lub symulacyjne)

• technologa (planowanie produkcji lub kierowanie produkcją)

Praca:

• indywidualna - I

• zespołowa Z (odległych wykonawców)

Modele empiryczne

Automatyzacja tworzenia modeli matematycznych procesów ma ważne znaczenie dla:

• projektowania (systemy sterowania

• eksperymentatora (badania symulatory)

• technologa

Modele matematyczne procesów:

• 
  empiryczne

• dedukcyjne

• dedukcyjno - empiryczne

algorytmu

sterowania badań, symulacyjne optymalizacji

oprogramowanie

eksperyment komputerowy

wybór zadań weryfikujących go programowanie

Modele empiryczne - to głównie rezultat odpowiedniego wykorzystania materiałów statycznych lub danych doświadczalnych.

Materiał statyczny

Wyniki pomiarów

Przetwarzanie inteligentne w oparciu o bazy wiedzy

(hipotezy i proces identyfikacji)

• metody aproksymacji

• teoria zbiorów rozmytych

• sztuczne sieci neuronowe

Wszystkie modele dotyczą procesów w systemach względnie odosobnionych.

Tworzenie odpowiednio sklasyfikowanych zbiorów obejmujących:

1. materiał statyczny

2. wyniki pomiarów

odbywa się przy automatyzacji pełnej lub częściowej.

Ustalenie hipotez i wyborów metod tworzenia modeli odbywa się najczęściej w dialogu z komputerem np. przy tworzeniu modeli w postaci krzywych powierzchni regresji (najczęściej są to wielomiany regresji jednej lub wielu zmiennych i wówczas ustala się stopień wielomianu s oraz liczbę zmiennych n) minimalizuje się wyrażenie:
ze względu na parametry {a₁, a₂,a_n} gdzie k - liczba danych.

Postać funkcji (hipotetyczna) f(x_1i, x_2i .... x_ni, a₁, a₂ .... a_n) jest ustalana przez wybór jednej ze zbioru funkcji proponowanych przez system ekspertowy, dla których system posiada odpowiednie procedury optymalizacji.

Jeżeli f jest wielomianem jednej zmiennej stopnia s
i dysponujemy liczbą k danych to minimalizujemy wyrażenie:
ze względu na parametry{a₀, a₁, .....a_s} i w rezultacie wyznaczamy te parametry.

Funkcja
posiada dokładnie jedno minimum lokalne, zatem warunek konieczny istnienia minimum
jest jednocześnie warunkiem wystarczającym. Powyższy skład równań jest układem równań liniowych i jego rozwiązaniem są współrzędne {a₀, a₁, .....a_s} punktu, w którym funkcja g(a₀, a₁, .....a_s) osiąga minimum. Dla wymienionych wartości {a_i}, wielomian
jest krzywą regresji.

Sieć z kilku neuronów może spełniać rolę interpelatora albo może spełniać rolę generatora funkcji regresji.

Symulacje komputerowe (zastosowanie, zalety)

Komputerowe badania symulacji polegają na generowaniu charakterystyk interesujących nas w oparciu o modele matematyczne, empiryczne bądź dedukcyjne. Dobrze opracowane oprogramowanie symulacyjne pozwala na łatwą zmianę parametrów charakteryzujących warunki dla danego zjawiska w szerokim zakresie oraz na wizualizację uzyskiwanych wyników. Nowoczesne oprogramowanie symulacyjne generuje również komentarze i uzasadnienia dla przedstawionych wyników.

Zalety symulacji komputerowych

Symulacja komputerowa ma wiele zalet, które czynią ją atrakcyjnym narzędziem badań a mianowicie:

1. Pozwala na skrócenie lub wydłużenie czasu symulowanego procesu (zmiana skali czasu)

2. Pozwala na zminimalizowanie występowania błędów

3. Umożliwia identyfikację i kontrolę źródeł zmienności systemu i zachodzących w nim zjawisk

4. Umożliwia bardzo elastyczną zmianę wariantów obserwowanego procesu, który można zawsze przerwać i porównać wyniki

5. Umożliwia odtwarzanie stanu systemu i dokonywanie wielokrotnych powtórzeń w tych samych warunkach lub po dokonaniu badacza zmian wybranych parametrów

6. Możliwość badania systemów hipotetycznych (jeszcze nieistniejących)

Multimedia i wirtualna rzeczywistość w symulatorach dla medycyny

Multimedia w systemach komputerowych to te urządzenia wraz z oprogramowaniem, które realizują bądź umożliwiają następujące działania:

• kojarzenie tekstu z dźwiękiem lub/i z ciągiem obrazów statycznych

• przetwarzanie tekstów na głos języka naturalnego lub odwrotnie

• animacja obrazów lub komunikatów tekstowych

• synchronizacja animowanych tworów wizyjnych z efektami dźwiękowymi

Multimedialne wyposażenie komputera:

• karta: graficzna, dźwiękowa, wideo

• głośniki i mikrofon

• rzutnik pisma z panelem aktywnym

• kamera i odtwarzacz wideo

• antena satelitarna

• skaner, napęd CD-ROM

Rzeczywistość wirtualna jest ekscytującą nową technologią, która umożliwia tworzenie sztucznych światów przy użyciu komputera. Rzeczywistość wirtualna pozwala interaktywnie oglądać pozorny świat i sterować zawartymi w nim obiektami w trzech wymiarach, w czasie rzeczywistym, przy sześciu stopniach swobody.

Dźwięk jest jednym z najbardziej istotnych czynników pozwalających ożywić wirtualny świat. Dzięki kartom dźwiękowym oferującym dźwięk przestrzenny wrażenia słuchowe mogą być niezwykle realistyczne.

Rzeczywistość wirtualna jest pochodną rzeczywistości fizycznej imituje warunki naturalne do tego stopnia, że pozwala nam dotykać obiekty istniejące w wirtualnym świecie i powodować, że reagują one lub zmieniają się odpowiednio do naszych działań.

Dodatkowe wyposażenie wirtualnej rzeczywistości:

1. myszy przestrzenne sterujące

2. rękawice cybernetyczne

3. hełm wirtualny

4. karta z dźwiękiem przestrzennym

Symulatory wykorzystywane w medycynie mają pomóc lekarzowi:

• w zdobyciu doświadczenia i wytworzeniu prawidłowych nawyków w pracy

• w szybkim podejmowaniu decyzji w trakcie zabiegów

• w zapoznaniu się z użytkowaniem nowej aparatury medycznej

• testowanie narzędzi chirurgicznych

W symulatorach wykorzystujemy:

• multimedia

• wirtualną rzeczywistość

• multimedia i wirtualną rzeczywistość

Multimedia:

• obrazy statyczne

• obrazy ruchome (widok pacjenta)

• język naturalny (komentarze, dialogi)

• synchronizacja (obraz + dźwięk)

• wzorce graficzne i dźwiękowe

Przykłady symulatorów:

• multimedialny symulator pacjenta

• multimedialny symulator wykonywania zabiegów

• symulator badania wytrzymałości na zderzenie samochodu

Automatyzacja systemów pomiarowych

ZAUTOMATYZOWANE SYSTEMY POMIAROWE:

1.ze stałym programem

2.z programem adaptacyjnym

KOMUNIKACJA:

1.Czujniki - komputer (pomiary bliskie, odległe).

2.Komputer - użytkownik.

3.Dystrybucja wyników z komentarzem.

Pomiary - przetwarzanie - komunikacja

System -> użytkownik

Czujnik -> komputer

Użytkownik

PROJEKTOWANIE SYSTEMU POMIAROWEGO MOŻNA SPROWADZIĆ DO NASTĘPUJACYCH DZIAŁAŃ:

1. Zdefiniowanie funkcji i parametrów związanych z badanym obszarem problemów sporządzając pełną listę testowanych parametrów i funkcji.

2. Wstępny wybór konfiguracji cyfrowego systemu pomiarowego i sporządzenie ogólnego schematu blokowego systemu.

3. Określenie metod pomiarowych najwłaściwszych z punktu widzenia automatyzacji procesu pomiarowego oraz przyjętych wymagań na dokładność i szybkość pomiaru.

4. Opracowanie procedur pomiarowych co sprowadza się do przygotowania:

1. schematów blokowych przedstawiających zaangażowanie elementów technicznych systemu w realizację procesu pomiarowego

2. schematów logicznych funkcjonowania systemu

3. schematów proceduralnych testowania systemu

4. wykazów czynności operatora

5. Projektowanie organizacji systemu pomiarowego oraz jego konstrukcji, co sprowadza się do opracowania reguł operacyjnych oprogramowania oraz projektu technicznego konstrukcji systemu.

6. Wybór metod matematycznych do obróbki wyników pomiarów.

7. Zaprojektowanie modelu obróbki wyników pomiarów uwzględniającego:

1. wybór metody w trybie dialogu

2. dokonanie odpowiednich przeliczeń

3. automatyczne opracowanie wniosków

8. Zaprojektowanie multimedialnego modułu komunikacji z użytkownikiem.

9. Opracowanie metody oceny własności funkcjonalnych systemu pomiarowego oraz projekt odpowiedniego układu testów.

10. Opracowanie dokumentacji eksploatacyjnej.

Obiekt (wielkości mierzone)

Czujniki

Komutator

Wzmacniacz

Przetwornik analogowo - cyfrowy

Komputer

---