Automatyzacja i szok przyszlosci 4

Automatyzacja i szok przyszlosci 4

 Urzadzenie mogace stwarzac powazne zagrozenie, jak samochody autonomiczne, musza miec redudantne systemy sterowania odporne na uszkodzenia i bledy dzialania. Systemy takie sa od dekad powszechnie stosowane w lotnictwie cywilnym i wojskowym (a takze w marynarce i czesciowo w przemysle ) i nie ma potrzeby prowadzenia prac poszukiwawczych w tej materi. Sa dojrzale i sprawdzone rozwiazania.
Nawet jesli program autonomicznego samochodu bedzie w sytuacji zagrozenia bezpieczenstwa, zdrowia i zycia podejmowal decyzje jak zminimalizowac szkody w nieuniknionym wypadku to poki co nie ma pomyslow na intencjonalne autonomiczne podejmowanie decyzji w sprawach dotyczących życia, śmierci, ranienia i leczenia ludzi czy pozbawienia ich wolnosci.
Ale to sie moze zmienic.Wyobrazmy sobie ze momentalnie maszynowo rozpoznawane sa twarze i sylwetki przechodniow w tlumie z wysokorozdzielczych kamer. Po rozpoznaniu poszukiwanego , niebezpiecznego terrorysty czy przestepcy, program sam momentalnie podejmuje decyzje o uzyciu jednego ze sterowanych taserow sprytnie (nikt niczego nie podejrzewa) zamontowanych przy chodnikach. W zaleznosci od prawopodobienstwa, wiarygodnosci rozpoznania i mozliwosci pomylki mozna tez strzelic terroryscie-przestepcy w twarz z pistoletu gazowego czy innego i wezwac wszelkie sluzby na miejsce podajac im on-line obraz uciekajacego przestepcy sledzonego przez kamery i drona i jego wspolrzedne. Mozna zastosowac blokujace bramki przy wejsciach do Metra czy instytucji publicznych i tam chwytac terrorystow. Przy probie ucieczki z bramki moga byc zatrzasniete drzwi wejsciowe obiektu uniemozliajac ucieczke.
Algorytm zadecyduje czy jednak nie lepiej bedzie bez halasu jak kilometr dalej lub pod mieszkaniem zbira beda czekac na niego tajniacy ktorzy go aresztuja.
Tu algorytm - program zadecyduje o niegroznym zranieniu czlowieka ( jednak czasem to sie skonczy smiercia ) taserem czy pistoletem gazowym czy chwilowym pozbawieniu go wolnosci w bramce.
Niedawno FBI podalo, że dzięki systemom maszynowego rozpoznawania twarzy udało się aresztować niebezpiecznego zbiega, który od 14 lat ukrywał się w Nepalu pod fałszywym nazwiskiem.

Postęp technologiczny i techniczny od kilkudziesieciu lat wyraznie spowolnil ale teraz popularyzuje sie technologia informacyjna zastepujac czlowieka w coraz wiekszej ilosci kwalifikowanych zadan. Co to wlasciwie da w rozwoju cywilizacji ?
Jak dotychczas wszystkie projekty badawcze w dziedzinie sztucznej inteligencji ( AI - Artificial Inteligence ) zakonczyly sie fiaskiem. Budowa samouczących się maszyn, zdolnych do wychodzenia w swojej aktywności poza to, co zostało zapisane w ich programie stworzonym przez czlowieka jak dotychczas nie dala nic. Najlepsze algorytmy jak dotychczas tworzy czlowiek. Zreszta samoswiadomosc "inteligentnym" ( tylko realizujacym program stworzony przez czlowieka ) maszynom nie jest do niczego potrzebna.
Natomiast powszechne zastosowanie tych algorytmow stworzonych przez czlowieka zmieni swiat !
System usług eksperckich Watson firmy IBM nie ma cech AI. Jest to tylko sprytny system kwalifikacji i manipulacji symbolami, bez rozumienia ich znaczenia.
IBM widzi system Watson w takich dziedzinach jak diagnostyka medyczna, analiza finansowa i prawna, a nawet przygotowywanie zlozonych ekspertyz.

Nie nalezy sie spodziewac rewolucyjnego (ewolucyjnego jak najbardziej) wzrostu wydajnosci pracy maszym uzywanych od lat w automatycznych liniach produkcyjnych.
Maszyny do obrobki metali od lat maja praktycznie stala i wysoka wydajnosc. Tak samo wtryskarki do produkcji detali z tworzyw sztucznych
Natomiast dalszej automatyzacji ulegnie finalny montaz urzadzen wypierajac ze stanowisk pracy nisko-kwalifikowanych ludzi. W czesci koncernow swiatowych finalny montaz jest w jednej fabryce (na przyklad w Japoni gdzie praca jest droga ) zautomatyzowany a w innej (w kraju taniej sily roboczej) prowadzony recznie . Montaz automatyczny jest staranniejszy a urzadzenia zlozone przez maszyny mniej awaryjne
Nie nalezy sie spodziewac rewolucji w dziedzinie masowego, przemyslowego przetwarzania zywnosci. Ogromna wydajnosc lini rozlewniczych napoi od lat sie nie zmienia. Trudno powiedziec jak wzrosnie wydajnosc przemysłu farmaceutycznego opartego na biotechnologii. Od lat nie ma zadnych istotnie nowych lekarstw. Sa natomiast preparaty okreslane zartobliwym haslem "me too" - ze sa niby innowacyjne.
Jaki wplyw na losy spoleczenstw i swiata bedzie miala kombinacja nanotechnologi i automatyzacji trudno powiedziec.

Z racji ogromnej popularnosci telefonow komorkowych i smartfonow a takze radiowych modemow internetowych sprawy radiowego przesylania danych wydaja sie trywialne choc takimi nie sa. Polska jest wylacznie konsumentem tej zaawansowanej technologi i jest bardzo malo prawdopodobne aby dolaczyla do wyscigu technologicznego. Wsrod swiatowych liderow technologi sa rowniez potezne koncerny chinskie. To skutek zdeterminowanej i madrej polityki chinskiego rzadu. Dzieki tej polityce przy okazji Chiny maja wlasna zaawansowana lacznosc militarna co wprawia w irytacje Stany Zjednoczone.
Import elektronicznych cacek a takze import sprzetu infrastruktury lacznosci kosztuje Polske miliardy dolarow rocznie. Od nas biedakow pieniazki odplywaja a przeplywaja do juz bogatych technologicznych producentow. My biedniejemy a oni sie bogaca a co gorsza caly czas rosnie luka naukowo-technologiczna miedzy zapozniona coraz bardziej Polska a idacymi do przodu liderami.
Ogromna jest wspolczesna pojemnosc laczy swiatlowodowych i to przez nie przeplywaja dane na srednie, duze i wielkie odleglosci. Laczosc radiowa jest najczesciej lacznoscia ostatnich kilometrow. Mikrofalowe linie radiowe rowniez bywaja popularne na niektorych mniej zaludnionych obszarach.
Brak samodzielnosci naukowo - technologicznej oznacza ze musmy horendalnie przeplacac za w sumie proste militarne urzadzenia komunikacyjne.
Technologie informacyjne i komunikacyjne, byly podstawowym elementem napędowym gospodarki światowej w ciągu ostatnich 30 lat. Widac z tego jak bardzo peryferyjna i zacofana jest Polska gospodarka.

Dzieki lacznosci mamy dane on-line ale trzeba je jeszcze umiejetnie przetworzyc i wyciagnac wnioski. Do "inteligentnego" rozwiazywania problemow potrzebne sa algorytmy. Dane splywajace od sensorow umieszczonych w drogach i przy drogach (w Kanadzie rozpoznawany jest z kamer numer rejestracyjny samochodu wjezdzajacego na platna autostrade , jakosc tego rozpoznania jest dosc watpliwa i czeste sa bledy ) wykorzystywane sa do sterowania ruchem ulicznym w wielkich aglomeracjach. Dotychczas waskim gardlem byla inteligencja czlowieka - operatora ktory patrzac na obraz sytuacji na monitorze decydowal o kierowaniu ruchem. Zdarzyl sie wypadek i droga 123 w jedna strone jest nieprzejezdna. Trzeba wyznaczyc trasy alternatywne. Algorytm moze to zrobic szybciej i lepiej niz czlowiek ! Algorytm obserwujac narastanie korkow drogowych dopasuje optymalny schemat sekwencji swiatel kierujacych ruchem na skrzyzowaniach.

Zadna nowoscia jest automatyzacja spekulacji gieldowej. Od pionierskich poczynan w tej mierze mija juz 40 lat. Zdolnosc oceny algorytmow jest niezla. Gdyby tylko jeden gracz dysponiowal wyjatkowym algorytmem bylby na mocno uprzywilejowanej pozycji. Rzecz w tym ze algorytmy sa rozpowszechnione a hardware do High Freguency Trading jest obecnie dosc tani. Transakcje dokonane za pomocą systemów HFT stanowiły w 2012 roku około połowy całkowitego obrotu na amerykańskiej giełdzie. Czesc algorytmow HFT momentalnie reagują jedynie na ruchy rynkowe ( bez dokonywania skomplikowanej analizy ) w czasie rzeczywistym i dziala stadnie !
Blyskawiczna rywalizacja między grupami systemów HFT prowadzi do spekulacji giełdowych przypominających niekontrolowana reakcję łańcuchową Krytycy programów HFT twierdzą, że algorytmy sieją zamęt na rynkach i zabieraja gieldzie jej pozyteczne funkcje inwestorskie czyniac z niej szulernie.

Problem rozkroju polega na umieszczanie mniejszych obiektów geometrycznych (najczescie roznych ale nie zawsze ) wewnątrz większych obszarów o również ograniczonych rozmiarach.
Mniejsze elementy moga miec ksztalty regularne lub nieregularne i tak jest czesciej. Obszary rowniez moga byc regularne lub nieregularne.
Problemy rozkroju dwuwymiarowego istnieja w przemyśle stoczniowym, papierniczym, drzewnym, tekstylnym, obuwniczym, elektronicznym, telekomunikacji, architekturze, geodezji, logistyce, alokacji pamieci komputerow, równoważeniu obciążeń linii produkcyjnych.
W przemysle stoczniowym z arkusza grubej blachy (ksztalt regularny) trzeba wyciac rozne elementy. Nalezy jest tak usytuowac na arkuszu blachy aby zmarnowac jak najmniej blachy.
W przemysle obuwniczym na placie naturalnej skory ( ksztalt nieregularny zalezny od rozmairu zwierzecia i wad skory ) nalezy rozmiescic elementy produkowanego obuwia aby zmarnowac jak najmniej skory. I tak dalej.
Dawniej projektant uzywajac programu CAD tak zmienial polozenie elementow na ekranie monitora na arkuszu aby uzyskac optymalny rozkroj. Jeszcze dawniej musial korzystac z papieru i olowka. Obecnie "inteligentny" program momentalnie (czasem to potrwa ) sam znajdzie "optymalny" rozkroj.
Problem rozkroju byl czesto waskim gardlem wymagajacym pracy czlowieka w calym cyklu projektowo - produkcyjnym.
Zadaniem zblizonym do rozkroju jest ustalenie planu lekcji w szkole tak aby uczniowie i nauczyciele mieli jak najmniej okienek. Zaleznie od okolicznosci optymalny moze byc brak okienek dla uczniow czy w sytuacji gdy mocno sa obciazeni nauczyciele, brak okienek nauczycieli.

Problemy rozkroju sa NP-trudne to znaczy ich zlozonosc obliczeniowa przy zastosowaniu poszukiwania wyczerpujacego (czyli brute force czyli naga sila ) rosna conajmniej eksponencjalnie i scisle rozwiazanie zadania o juz srednim rozmiarze jest niemozliwe z uwagi na wymagany absurdalny czas wykonania algorytmu. Dla wiekszosci probemow NP- trudnych nie ma scislych, wydajnych metod rozwiazania gwarantujacych otrzymanie optymalnego rozwiazania. Stosuje sie metody heurystyczne, ktore nie gwarantuja jednak znalezienia rozwiazania optymalnego. Jednak nawet rozwiazanie sub - optymalne moze byc satysfakcjonujace.
Juz problem pakowania bedacy problemem jednowymiarowego rozkroju jest NP-trudny. Heurystyczne metody pakowania on-line First Fit , Next Fit, Best Fit daja calkiem dobre rezultaty dla duzej ilosci malych elementow zwlaszcza w sytuacji gdy duze elementy do zapakowania w komorkach wystepuja przed malymi elementami.
W wersji off-line dane elementow do zapakowania nalezy wpierw posortowac i na nich uruchomic wymienione wczesniej procedury otrzymujac algorytmy - First Fit Decreasing i Best Fit Decreasing

Edytorami graficznymi mozna od trzech dekad rysowac schematy urzadzen elektronicznych a nastepnie projektowac sciezki polaczeniowe plytek drukowanych PCB. Niezaleznie od tego ile gadgetow i wodotryskow maja te programy edytorow to projektant po niedlugim czasie z rozpacza stwierdzal ze inteligentna czesc pracy musi wykonac sam i program w ogole mu nie pomaga ! Mogl co prawda uzyc opcji automatycznego prowadzenia sciezek i nastepnie projekt poprawiac tydzien podczas gdy recznie sciezki poprowadzilby w jeden dzien. Automatyczne rozmieszczenie elementow budzilo jedynie smiech i politowanie. Ale czasy sie zmieniaja. Rowiazanie problemu rozkroju ( optymalne jest rozmieszczenie elementow na PCB dajace dobre wykorzystanie powierzchni PCB i krotkie sciezki , z uwzglednienm roznych dodatkowych preferencji i kryteriow ) umozliwia sensowne automatyczne rozmieszczenie elementow i poprowadzenie sciezek.
To krok w kierunku projektowania maszyn przez maszyny.

W procesie produkcji uzywana jest inteligencja czlowieka oraz jego miesnie czyli ekwiwalent servomechanizmow.
Mlody reporter BBC Adam Littler zatrudnił się jako tymczasowy pracownik w magazynie firmy Amazon w Swansea. Do pracy zabrał ze sobą ukrytą kamerę, którą rejestrował pracę na kolejnych zmianach. Do jego obowiązków należało zbieranie z terenu magazynu przedmiotów zamówionych przez klientów. "Jesteśmy jak maszyny, jak roboty – opisywał warunki pracy" reporter w wyemitowanym przez BBC materiale: http://www.bbc.co.uk/news/business-25034598
Wedle słów reportera najgorsze było “odczłowieczenie” procesu pracy w magazynie: Optymalizujący jego trasę skaner informował go na bieżąco o kolejnym zleceniu, podawał liczbę sekund, jakie ma na dotarcie do towaru oraz odliczał pozostały czas. Kiedy reporter się nie wyrabiał lub popełniał błąd, skaner wydawał ostrzegawczy dźwięk. Standardowy czas między realizacją kolejnych zamówień wynosi ok. 33 sekund.
Skaner, który miał przy sobie Littler, przesyłał informacje o wynikach jego pracy bezpośrednio do jego przełożonych. Jeśli zbyt wolno przyjmował kolejne przedmioty, grożono mu postępowaniem dyscyplinarnym. A wszystko to za relatywnie niską płacę: 6,50 funta za godzinę (w 2011 średnia stawka w Wielkiej Brytanii wynosiła 13,60 funta). Jeden z pracowników, z którym rozmawiali dziennikarze BBC mówił wprost, że warunki w magazynie przypominają “obóz pracy”.
Tani czlowiek okazuje sie jeszcze obecnie tanszy w ekploatacji niz zautomatyzowany magazym. Ale to sie niedlugo zmieni.
W Nieimczech zauatomatyzowane, przemyslowe magazyny wysokiego skladowania sa dosc popularne.

Na typowy servomechanizm elektryczny sklada sie silnik elektryczny najczesciej z zabudowanym optycznym encoderem kwadraturowym polozenia walu silnika oraz inverter zasilajacy silnik. Silnik elektryczny jest od 100 lat masowym wyrobem standardowym. Drozsze niz super-masowe silniki asynchroniczne sa "wyczynowe" silniki z magnesami stalymi zwlaszcza te o duzej indukcji. Produkcja silnikow jest u liderow technologi zautomatyzowana od 50 lat ! Ceny wspolpracujacych encoderow optycznych spadaja z roku na rok. W inverterze najkosztowniejszy jest trojfazowy mostek mocy tranzystorow IGBT lub Mosfetow (ceny rowniez spadaja ) i specjalizowany procesor sygnalowy DSP lub szybki specjalizowany mikrokontroller. Obecnie potezne koncerny przescigaja sie w ofertach procesorow do inverterow bazujacych na wspolczesnie dominujacej architektirze ARM Ceny ich dramatycznie spadly !
Dostepne sa servomechanizmy gdzie inverter jest scalony z silnikiem.
Servomechanizmy sa najwazniejszymi elementami kazdego robota przemyslowego i kazdej maszyny CNC. Dochodza jeszcze przekladnie, podstawa i ramie - to bez problemu masowo wykonuja firmy chinskie poki co bazujac za importowanych servomechanizmach. Ale rzad chinski postanowil ze chinskie firmy zaczna produkowac masowe i wyrafinowane servomechanizmy ! Robotem steruje typowy, wydajny komputerek przemyslowy PC funkcjonalnie identyczny do zwyklego komputera PC. Producent robota nie musi biedzic sie (jak dawniej) z projektowaniem i produkcja komputera. Komputer robota komunikuje sie z komputerami lini produkcyjnej Ethernetem a z servomechanizmami wykonawczymi interfacem CAN czy innym. Ewentualnie przemyslowy monitor LCD z klawiatura rowniez jest ogolnie dostepny i tani.
Nowoczesniejszy robot bedzie mial kamere i system rozpoznawania obrazow - rowniez one sa coraz tansze i dostepne.
Invertery sredniej i duzej mocy do zasilania silnikow sa powszechnie stosowane w samochodach elektryczncyh i hybrydowych. Invertery malej mocy sa coraz szerzej stosowane w drozszych pralkach i lodowkach. Energoelektronika jest obecnie produkowana masowo i osiagnela poziom dojrzalosci.
Niskie ceny wydajnych mikrontrollerow sprawiaja ze nawet zwykly, odrobine zmodyfikowany solenoid ( normalnie zalaczany ON-OFF) moze byc liniowym servomechanizmem sterowanym sygnalem PWM. Mikrokontroller bez problemu moze mierzyc i wyliczyc indukcyjnosc solenoidu a tym samym jego polozenie i sterowac nim na zadanie. Moze ocenic sile z jaka dziala solenoid.

Pewne jest ze zastosowania robotów wyjda daleko poza taśmy montażowe fabryk. "Inteligentne" maszyny bedą towarzyszyć nam w wielu aspektów życia codziennego. Moga przywitac nas w hotelu !