Программирование станков: основы, самоучитель по методам ручного программирования

Содержание

Языки для программирования обработки

С момента появления первых станков с ЧПУ до внедрения новейших обрабатывающих центров появились различные языки для программирования обработки. Сегодня программирование в G- и М-кодах является наиболее популярным. Язык G- и М-кодов основывается на положениях Международной организации по стандартизации (ISO) и Ассоциации электронной промышленности (EIA). Официально этот язык считается стандартом для американских и европейских производителей оборудования с ЧПУ, и иногда его называют «ИСО 7 бит». Однако производители систем ЧПУ хоть и придерживаются этих стандартов для описания основных функций, но допускают вольности и отступления от правил, когда речь заходит о каких-либо специальных возможностях своих систем.

Системы ЧПУ Fanuc (Япония) были одними из первых, адаптированных под работу с G- и М-кодами ISO и использующими этот стандарт наиболее полно.

В настоящее время стойки Fanuc являются очень популярными и наиболее распространенными как за рубежом, так и в России. Поэтому в этой книге основой для описания программирования в G- и М-кодах будет именно стиль СЧПУ Fanuc.

Стойки ЧПУ других известных производителей, например Heidenhain и Sinumerik (Siemens), также имеют возможности по работе с G- и М-кодами, однако некоторые коды все же могут отличаться. Но не стоит этого пугаться. Нет никакой необходимости знать все коды всех систем ЧПУ. Достаточно знать набор основных G- и М-кодов, а о возникшей разнице в программировании специфических функций можно узнать из документации к конкретной системе. Освоив стиль программирования Fanuc, скорее всего, вы сможете работать на любом другом оборудовании с ЧПУ.

Некоторые производители систем ЧПУ предлагают диалоговый язык программирования. Этот язык упрощает общение с системой, особенно для новых операторов, так как основой для него служат англоязычные предложения, сокращения, вопросы и графические элементы, которые вводятся оператором станка в интерактивном режиме.

Методы программирования

Существуют три метода программирования обработки для станков с ЧПУ:

ручное программирование;
программирование на пульте УЧПУ;
программирование при помощи CAD/САМ-системы.

Прочитав предыдущие главы, вы, наверное, заметили, что ручное программирование является довольно утомительным занятием. Однако все технологи-программисты должны иметь хорошее представление о технике ручного программирования независимо от того, как на самом деле они работают. Это как начальные классы в школе, обучение в которых дает нам базу для последующего образования. В нашей стране существует еще немало предприятий, на которых используется метод ручного программирования.

Действительно, если завод имеет несколько станков с ЧПУ, а изготавливаемые детали просты, то грамотный программист способен довольно успешно работать и без средств автоматизации собственного труда.

Метод программирования на пульте УЧПУ приобрел особую популярность лишь в последние годы. Это связано с техническим развитием систем ЧПУ, улучшением их интерфейса и возможностей. В этом случае программы создаются и вводятся прямо на стойке ЧПУ с использованием клавиатуры и дисплея. Современные системы ЧПУ действительно позволяют работать очень эффективно. Например, оператор станка может произвести верификацию УП или выбрать требуемый постоянный цикл при помощи специальных пиктограмм и вставить его в код УП. Некоторые системы ЧПУ предлагают диалоговый язык программирования, который значительно упрощает процесс создания УП, делает «общение» с ЧПУ удобным для оператора.

Третий метод – программирование при помощи CAD/САМ-системы – позволяет «поднять» процесс написания программ обработки на более высокий уровень. Работая с CAD/САМ-системой, технолог-программист избавляет себя от трудоемких математических расчетов и получает инструменты, значительно повышающие скорость написания УП.

Программирование станков с ЧПУ: суть, способы, написание программ

Вопрос-Ответ

Программирование станков с ЧПУ на современном этапе развития машиностроения и электроники. Плюсы работы в САМ системах, ход написания программ, вопросы оптимизации.

Прогресс микроэлектроники параллельно с повышением требований к качеству обработки, гибкости перенастройки производства вытесняют станки с ручным управлением в сферу ремонта, малого бизнеса и хобби. Программирование станков с ЧПУ – важнейшая часть технологического обеспечения на современных предприятиях.

Программирование заключается в задании взаимосвязанной последовательности команд, представляющих закодированный алгоритм движения рабочих органов, режущего инструмента и заготовки. Наиболее распространенным международным стандартизированным буквенно-цифровым кодом остается ISO 7 bit. Передовые СЧПУ поддерживают как стандартный код, так и фирменные диалоговые языки.

Способы программирования

Процесс программирования можно выполнять:

Вручную. Технолог составляет программу на удалённом ПК в текстовом редакторе. Затем переносит её в память СЧПУ посредством USB-накопителя, оптического диска, дискеты или через интерфейсные порты, соединенные с ПК кабелем.
На пульте (стойке) УЧПУ. Команды вводятся с клавиатуры и отображаются на экране. Набор пиктограмм соответствует перечню постоянных циклов, которые можно назначить, сокращая объем записи. Ряд систем (Fanuc система, HEIDENHAIN) поддерживают диалоговый интуитивный интерфейс, где оператор путем последовательного выбора формирует программу обработки.
Автоматизировано в интегрированных CAD/CAM/CAE системах. Передовой способ, требующий внедрения единой электронной системы на всех этапах производственного цикла.

Первый способ может применяться для программирования простых токарных работ, обработки групп отверстий, фрезерования по двум координатам без обработки профильных кривых. Затраты времени велики, ошибки выявляются на станке.

Программирование с пульта позволяет выполнять всё вышеперечисленное, а при диалоговом языке ввода и более сложные переходы 2,5 и 3-х координатной обработки. Оптимальный вариант для корректировки существующих или создания программ групповой обработки по «шаблону».

Работа в CAM системах, например: MasterCAM, SprutCam, ADEM предполагает получение эскиза, модели из CAD, диалоговый выбор станка, пределов перемещений, приспособлений, инструментов (РИ), режимов, переходов и стратегии обработки, задания корректоров. На основании указанного постпроцессор преобразует траекторию движения РИ в управляющую программу (УП). Виртуальную отработку можно просмотреть на мониторе, исключая явные ошибки (зарезы, неснятый припуск, соударения с оснасткой), оптимизируя траекторию.

Порядок написания программ

Написание программ ЧПУ состоит из последовательности действия, одинаковых для любого способа, выполняемых технологом или автоматически. На подготовительном этапе выполняют:

Задание параметров заготовки. В САМ системах: габариты, материал, твердость.
Задание системы координат и нулевых точек.
Выбор обрабатываемых поверхностей, расчет числа проходов для снимаемого припуска и глубины резания (в САМ предлагаются варианты разбивки).

Выбор РИ.
Задание режимов резания: подачи, скорости (числа оборотов) и скоростей ускоренных ходов. САМ системы реализуют автоматический подбор оптимальных, в дальнейшем записываемых в кадрах посредством функций F, S.

В САМ программах выбирают станок, СЧПУ.

На основном этапе рассчитывается траектория движения центра инструмента, управляющая программа описывает рабочие и холостые перемещения этой точки. При ручном способе технолог рассчитывает координаты всех опорных точек обрабатываемого контура, в которых изменяется направление обхода. Перемещение РИ описывает последовательность кадров, содержащих подготовительную функцию G, устанавливающую вид движения и размерные слова (Х,Y, Z, A, B, C, прочие), задающие перемещения по координатам.

В САМ расчет траектории и формирование программы происходит автоматически.

Далее добавляют вспомогательные функции М, определяющие: остановы, пуски, окончание фрагментов или всей УП. Посредством функций D, H, DR вводят значение корректоров на диаметр, длину, радиус скругления РИ.

Рациональное программирование

Уменьшает число кадров применение подпрограмм, описывающих постоянную последовательность операций или повторяющуюся многократно часть УП. Подпрограммы вызывают из основной командой P. Частным случаем подпрограмм являются стандартные циклы обработки: резьбы, винтовых канавок, пазов, групп отверстий и другие.

Программирование станков с ЧПУ

Для правильной эксплуатации станков с числовым программным управлением (СЧПУ), с тем, чтобы ими в полной мере реализовывались заложенные в них функциональные возможности, необходимо создание специальных управляющих программ (УП). При создании таких программ используется язык программирования, известный среди специалистов как язык ISO 7 бит или язык G и M кодов. Различают три основных метода создания программ обработки для

СЧПУ: метод ручного программирования, метод программирования непосредственно на стойке ЧПУ и метод программирования с использованием CAM-систем.

Следует сразу же подчеркнуть, что любой из перечисленных способов обладает своей нишей применительно к характеру и специфике производства. А потому ни один из них не может быть использован в качестве панацеи на все случаи жизни: в каждом случае должен существовать индивидуальный подход к выбору наиболее рационального для данных конкретных условий метода программирования.

Метод ручного программирования

При ручном написании УП для станка с ЧПУ целесообразнее всего использовать персональный компьютер с установленным в его операционной системе текстовым редактором. Метод неавтоматизированного программирования строится на записи посредством клавиатуры ПК (либо, если в условиях производства наличие ПК не предусмотрено, то просто на листе бумаги) необходимых данных в виде G и M кодов и координат перемещения обрабатывающего инструмента.

Ручной способ программирования – занятие весьма кропотливое и утомительное. Однако любой из программистов-технологов обязан хорошо понимать технику ручного программирования вне зависимости от того, использует ли он ее в реальной действительности. Применяется ручной способ программирования главным образом в случае обработки несложных деталей либо по причине отсутствия необходимых средств разработки.

В настоящее время пока еще существует много производственных предприятий, где для станков с ЧПУ используется лишь ручное программирование. В самом деле: если в производственном процессе задействовано небольшое количество станков с программным управлением, а обрабатываемые детали отличаются предельной простотой, то опытный программист-технолог с хорошим знанием техники ручного программирования по производительности труда превзойдет технолога-программиста, предпочитающего использование САМ-системы. Еще один пример: свои станки компания использует для обработки небольшого номенклатурного ряда деталей. После того, как процесс обработки таких деталей будет запрограммирован, программу когда-либо вряд ли изменят, во всяком случае, в ближайшем будущем она будет оставаться все той же. Разумеется, в подобных условиях ручное программирование для ЧПУ окажется наиболее эффективным с экономической точки зрения.

Отметим, что даже в случае использования CAM-системы как основного инструмента программирования весьма часто возникает необходимость в ручной коррекции УП по причине выявления ошибок на стадии верификации. Потребность в ручной коррекции управляющих программ всегда возникает и в ходе их первых тестовых прогонов непосредственно на станке.

Способ программирования на пульте стойки СЧПУ

Современные станки с ЧПУ, как правило, обеспечены возможностью создания рабочих управляющих программ непосредственно на пульте, оснащенном клавиатурой и дисплеем. Для программирования на пульте может быть использован как диалоговый режим, так и ввод G и M кодов. При этом уже созданную программу можно протестировать, используя графическую имитацию обработки на дисплее СЧПУ управления.

Способ программирования с применением CAD/САМ

САМ – система, осуществляющая в автоматическом режиме расчёт траектории перемещения обрабатывающего инструмента и применяемая при составлении программ для станков с ЧПУ в случае обработки деталей сложных форм при необходимости использования множества различных операций и режимов обработки.

CAD – система автоматизированного проектирования, обеспечивающая возможность моделирования изделий и минимизирующая затраты времени при выполнении конструкторской документации.

Разработка управляющих программ с применением CAD/САМ систем существенно упрощает и ускоряет процесс программирования. При использовании в работе CAD/CAM системы программист-технолог избавлен от необходимости выполнять трудоемкие математические расчеты и получает инструментарий, способный значительно ускорить процесс создания УП.

Программирование станков с ЧПУ

Успешное высокоточное производство сегодня невозможно представить без использования станков с числовым программным управлением (ЧПУ, английский эквивалент CNC – от computer numerical control). Использование ЧПУ выгодно не только при массовом, но и при мелкосерийном, и даже штучном производстве – поскольку позволяет получить требуемое с первого раза, с гарантированным качеством исполнения. Ключевую роль здесь играет программирование станков с ЧПУ, так как сам по себе станок пока что “не умеет” читать/воспринимать чертежи, пусть даже они и существуют в электронном виде.

В чем сложности и особенности программирования? Разумеется, можно попытаться освоить, например, самостоятельное программирование ЧПУ SIEMENS с помощью фирменного программного симулятора – но сколько на это уйдёт времени? Более того, пока что ни один симулятор не воспроизводит полностью все физические “тонкие места”, имеющие место при работе конкретного инструмента с вполне определённым сырьём (металлом или сплавом). Обычно программисты-новички в таких случаях учатся “методом экспериментального тыка”, набираясь практического опыта и волей-неволей ломая инструмент/оборудование.

В этом смысле программирование ЧПУ FANUC, программирование ЧПУ GSK мало чем отличается от работы с ЧПУ SIEMENS или друг от друга: пишущий рабочую программу должен иметь чёткое практическое представление о том, чего делать не надо и как обходить/использовать “фирменные фишки” конкретной модели оборудования. Что же делать, если оборудование есть, задача под него – тоже есть, а вот подготовленных кадров с соответствующим уровнем квалификации рядом не просматривается? Разумный выход из ситуации только один: хотя бы на некоторое время нанять настоящего профессионала для быстрого решения задачи. Ну а поскольку программа для ЧПУ – продукт в определённом смысле нематериальный, искомый профессионал может быть “нанят” удалённо, на очень ограниченное время или вообще для конкретной “одноразовой” работы.

Что мы предлагаем и каковы наши преимущества? При таком подходе особенно важно быть полностью уверенным в уровне квалификации и наличии специальных навыков у того, к кому обращаешься – и наша компания здесь безусловно имеет преимущество перед прочими. Мы давно работаем со всеми вышеперечисленными системами и их производителями (желающие могут ознакомиться со списком наших официальных партнёров на сайте): поставляем, осуществляем пусконаладку, ремонтируем и модернизируем весь спектр оборудования.

Соответственно, у нас накоплен значительный практический опыт и имеется большая библиотека готовых программ, с помощью которой можно создать кастомизированный рабочий программный продукт в сжатые сроки.

Узнать подробнее

С уважением, коллектив компании.

Услуги для программирования станков с ЧПУ

Техническая поддержка

Техническая поддержка позволяет специалисту закрепить и улучшить свои навыки работы с CAM-системой за счет постоянной консультации со специалистами ГК «ПЛМ Урал». Инженеры технической поддержки отвечают на все вопросы, которые появляются у пользователя во время работы с программой и помогают преодолевать возникающие сложности.

Техническая поддержка также включает в себя обновление программного продукта.

Настройка постпроцессоров

Основная функция постпроцессора – трансляция кодов CAM-системы в код управляющей программы (код ЧПУ). Постпроцессор настраивается для заданной стойки ЧПУ (Siemens, Heidenhein, Fanuc, MACH и т. д.) и учитывает особенности кинематики станка (количество осей, геометрическое расположение рабочей зоны), а также учитывает дополнительные опции стойки ЧПУ (функция контроля координат, опция 3D коррекции, функционал по выполнению измерений на станке и т.д.). Таким образом, постпроцессор является уникальным программным продуктом для каждого станка.

Специалисты ГК «ПЛМ Урал» выполняют настройку и отладку постпроцессоров для всех типов металлообрабатывающих станков – токарных, токарно-фрезерных (в том числе многоканальных*), фрезерных (3-х, 4-х, 5-ти осевые), электроэрозионных.

Специалисты ПЛМ Урал имеют уникальный опыт по настройке и внедрению в производство постпроцессоров с поддержкой функций обмера (для системы PowerINSPECT OMV).

На любой постпроцессор ГК «ПЛМ Урал» распространяет гарантию, в рамках которой специалисты компании выполняют техническую поддержку.

Настройка и наладка постпроцессоров проводится для CAM-системы NX CAM и Delcam (PowerMILL, FeatureCAM, PowerInspect OMV, PartMaker).

*Многоканальный станок – станок с несколькими рабочими органами (например, две револьверные головы)

Обучение работе с CAM-системой

CAM-система – комплексный программный продукт для подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ. Однако, в независимости от степени автоматизации CAM-системы, пользователь должен уметь настраивать и управлять CAM-системой, чтобы в результате получить наиболее эффективную траекторию движения инструмента.

Обучение эффективной работе в среде CAM – одна из приоритетных задач ГК «ПЛМ Урал». Грамотное обучение позволит пользователю в дальнейшем максимально эффективно использовать металлообрабатывающее оборудование.

Для обучения предлагаются базовые и специализированные курсы. Базовые курсы помогут освоить основные принципы работы в CAM-системе при подготовке управляющих программ трех-осевой обработки, токарной обработки и электроэрозионной обработки. В рамках расширенного курса пользователь приобретет навыки работы с CAM-системой по пятикоординатной позиционной и непрерывной обработке, а также по токарно-фрезерной и многоканальной обработке.

Специалисты компании также оказывают консультационные услуги по работе в среде CAM.

Услуги по внедрению обработки

Когда металлообрабатывающее оборудование приобретается для производства конкретного изделия (типового, группового или для целого класса изделий, н-р, для корпусных деталей), появляется задача подготовки и внедрения обработки на новом оборудовании.

ГК «ПЛМ Урал» предоставляет комплекс услуг по внедрению обработки на оборудовании клиента, в том числе, по разработке проектного технологического процесса механической обработки изделия, подготовке проекта механической обработки изделия в CAM-системе, разработке постпроцессора для станка, на котором предусмотрена обработка по технологическому процессу, подбор режущего инструмента, режимов резания, тестирование станка для определения быстродействия стойки, опытное определение режимов высокоэффективной обработки (обработки с высокими скоростями резани / с высокими рабочими подачами), а также внедрение управляющих программ обработки на станке.

Настройка драйвера станка для системы NX CAM

Драйвера станка – это модуль для проверки и имитации обработки по готовому ISO-коду. Такой драйвер позволяет пользователю просмотреть, проверить и оценить работу станка и надежность готовой управляющей программы.

Специалисты ГК «ПЛМ Урал» выполняют работы по настройке драйвера станка для различного типа оборудования (фрезерные станки, токарные станки, токарно-фрезерные, в том числе, многоканальные станки), которые включат в себя создание кинематической 3D-модели станка и настройку драйвера CSE для заданной пары станок-стойка ЧПУ. Каждый драйвер CSE учитывает геометрические возможности станка и опции, доступные для стойки ЧПУ.

Разработка драйвера роботизированной ячейки

Драйвер необходим для расчета движения оборудвания и является обязательным компонентом поставки решения для роботизированной обработки.
Драйвер роботизированной ячейки включает в себя кинематическую модель ячейки, в том числе, модель робота, рабочих устройств, рабочих станций, внешних позиционеров, объектов окружения. В состав драйвера также входят файлы конфигураций, описывающие исходные настройки ячейки – нулевое положение робота, положение точки TCP, правила по приоритетам осей и прочее.
Каждый драйвер ячейки уникален и учитывает геометрические особенности оборудования.

Программирование станков с ЧПУ – Центр дополнительного образования

Знания:
▪ Стандарты ЕСКД и ЕСТД;
▪ Основные свойства конструкционных и инструментальных материалов;
▪ Основные методы обработки металлов;
▪ Виды деталей и их поверхностей;
▪ Виды режущего инструмента и область их применения;
▪ Классификацию и обозначения металлообрабатывающих станков;
▪ Назначение, область применения, устройство, принципы работы, наладку и
технологические возможности металлообрабатывающих станков с ЧПУ;
▪ Технологический процесс обработки деталей на станках с ЧПУ;
▪ Способы базирования заготовок на станках;
▪ Системы программного управления станками;
▪ Методику разработки и внедрения управляющих программ для обработки простых деталей в автоматизированном производстве;
▪ Конструкцию приспособлений для станков с ЧПУ и обрабатывающих центров;
▪ Основные принципы наладки оборудования, приспособлений, обрабатывающего инструмента;
▪ Правила техники безопасности при работе на станках с ЧПУ;
▪ Правила управления обслуживаемым оборудованием.

Умения:
▪ Соблюдать правила охраны труда;
▪ Читать конструкторскую и техническую документацию;
▪ Определять режимы резания по справочнику и по паспорту станка;
▪ Составлять технологический процесс обработки детали и изделий на станках с ЧПУ;
▪ Выводить управляющую программу, заносить УП в память системы ЧПУ станка;
▪ Производить корректировку и доработку УП на рабочем месте;
▪ Управлять процессом обработки детали с пульта управления на станках с ЧПУ;
▪ Выполнять обслуживание и наладку станков с ЧПУ для механической подачи заготовок на рабочее место;
▪ Устранять нарушения, связанные с настройкой оборудования, приспособления и инструмен-та;
▪ Выбирать средства измерения и проводить контроль качества обработанной детали в соот-ветствии с требованиями технической документации.

Владение:
▪ методами программного управления ЧПУ станками.
▪ методами обработки деталей на станках с ЧПУ различного вида и типа

Машинное программирование

: что впереди?

Представьте себе программу, которая создает собственное программное обеспечение. В этом суть машинного программирования. Как и другие области искусственного интеллекта, машинное программирование существует с 1950-х годов, но сейчас оно находится на переломном этапе.

Машинное программирование потенциально может переопределить многие отрасли, включая разработку программного обеспечения, автономные транспортные средства или финансовые услуги, по словам Джастина Готчлиха, руководителя отдела исследований в области машинного программирования в Intel Labs.Эта недавно созданная исследовательская группа в Intel фокусируется на перспективах машинного программирования, которое представляет собой сочетание машинного обучения, формальных методов, языков программирования, компиляторов и компьютерных систем.

В разговоре с Knowledge @ Wharton во время визита в Пенн Готчлих обсуждает, почему, по его мнению, исторический способ программирования ошибочен, что движет ростом машинного программирования, какое влияние оно может иметь и другие связанные с этим вопросы. Он был основным докладчиком на PRECISE Industry Day 2019, организованном центром PRECISE при Penn Engineering.

Ниже приводится отредактированная стенограмма разговора.

Knowledge @ Wharton: Учитывая ажиотаж вокруг ИИ, многие люди знакомы с машинным обучением. Однако большинство из нас не понимает, что означает «машинное программирование». Не могли бы вы объяснить разницу между ними?

Justin Gottschlich: На самом высоком уровне машинное обучение можно рассматривать как подмножество искусственного интеллекта. Существует множество различных методов машинного обучения.Одна из самых известных в настоящее время называется «глубокие нейронные сети». Это во многом способствовало огромному прогрессу, который мы наблюдаем за последнее десятилетие. Машинное программирование – это автоматизация разработки и сопровождения программного обеспечения. Вы можете думать о машинном обучении как о подмножестве машинного программирования. Но помимо использования методов машинного обучения, которые являются приблизительными типами решений, в машинном программировании мы также используем другие вещи, такие как формальные методы синтеза программ, которые обеспечивают математические гарантии для обеспечения точного поведения программного обеспечения.Вы можете думать об этих двух точках как о спектре. У вас есть приблизительные решения на одном конце и точные решения на другом конце, а между ними есть сочетание нескольких различных способов их комбинирования. Каждая из этих вещей является частью более широкого ландшафта машинного программирования.

Knowledge @ Wharton: Значит, машинное программирование – это когда вы создаете программное обеспечение, которое может создавать больше программ?

Gottschlich: Справа.

Knowledge @ Wharton: Как это могло произойти? Не могли бы вы привести пример?

Gottschlich: Основная идея машинного программирования – создание программного обеспечения, которое создает собственное программное обеспечение. Недавно мы создали систему, использующую генетические алгоритмы, которая позволяет вам брать определенные примеры ввода / вывода, а затем, прогоняя их через ряд итераций – мы называем их «эволюциями» в пространстве генетических алгоритмов – она автоматически синтезирует программу, которая будет соответствовать ввод и вывод. Вы делаете это на этапе обучения. Затем он берет новые примеры ввода / вывода, которых он никогда раньше не видел, и генерирует новые типы программ.

«Основная идея машинного программирования – создание программного обеспечения, которое создает собственное программное обеспечение.”

Knowledge @ Wharton: Какие отрасли, по вашему мнению, будут больше всего затронуты машинным программированием и в течение какого периода времени?

Gottschlich: На самом высоком уровне можно было представить, что любая из отраслей, которые в основном основаны на программном обеспечении, получит от этого огромную выгоду. Ранее в этом году (в 2019 году) был проведен опрос, который показал, что у нас открыто около полумиллиона вакансий компьютерных ученых.Это программные позиции, которые нам необходимо заполнить. Но мы готовим только около 10% программистов с академической подготовкой для выполнения этих ролей. То, что мы имеем в индустрии программного обеспечения, по сути, является узким местом предложения. Если мы сможем автоматизировать некоторые из простых задач – чтение файла, анализ данных, тестирование разработки программного обеспечения – это значительно ускорит темпы разработки программного обеспечения. Так что это, вероятно, первая область, на которую может повлиять машинное программирование.

Другая область, на которую, я думаю, сильно повлияет, – это автономные системы.Основным компонентом этих систем является программное обеспечение. Например, большая часть того, что удерживает нас от перехода на уровень автономии 4 или 5 – это точка, в которой автомобиль может по существу справиться со всеми нюансами поведения за рулем – большим узким местом является реализация и алгоритмы машинного обучения. системы. Если мы сможем построить их автоматически, эти автономные системы также будут ускоряться в своем развитии.

Knowledge @ Wharton: Говоря об автомобильной промышленности, как вы думаете, какое влияние машинное программирование окажет на движение к автономности?

Gottschlich: Как я уже упоминал ранее, мы недавно создали систему, которая использует генетический алгоритм для автоматического создания программ.Одна из частей генетического алгоритма – это «функция приспособленности». Вы можете думать об этом как о способе оценки точности программ или результатов, которые дает генетический алгоритм. Таким образом, генетический алгоритм дает результат, а функция приспособленности говорит: «Вы получили четверку». Или: «Вы получите пятерку». Исторически фитнес-функции писали люди – специалисты в области машинного обучения. Но часто мы обнаруживаем, что сложность проблемы, которую вы пытаетесь решить, напрямую связана со сложностью функции фитнеса. Так зачем вам писать фитнес-функцию? Почему бы просто не решить проблему самостоятельно? Мы рассмотрели это и нашли способ с помощью машинного обучения автоматически создавать фитнес-функцию без участия человека.

Возвращаясь к вашему вопросу, одна из вещей, которая сдерживает нас в пространстве автономных транспортных средств, – это развитие систем машинного обучения. Исторически сложилось так, что достижения в области машинного обучения были достигнуты благодаря людям, создавшим их.Но если мы будем использовать машинное программирование, как в случае с решением на основе генетического алгоритма, машина сможет изобрести свои собственные системы машинного обучения, которые затем ускорят развитие этих автономных систем.

Knowledge @ Wharton: Каковы последствия этого? Одной из причин, сдерживающих использование автономных систем или автономных транспортных средств, является то, что система может быть не в состоянии принять определенное решение достаточно быстро и, следовательно, может в конечном итоге ударить кого-то или что-то. Так что нам, вероятно, потребуется программное обеспечение, которое может предсказать, что вот-вот произойдет, до того, как это произойдет на самом деле.Это одна из проблем?

«На самом высоком уровне можно представить, что любая из отраслей, которые в основном основаны на программном обеспечении, получит от этого огромную выгоду».

Gottschlich: Совершенно верно. В 2018 году у нас была статья NeurIPS (NeurIPS – одна из ведущих исследовательских конференций в области машинного обучения), в которой мы пытались решить эту проблему. То, что вы здесь описываете, – это область обнаружения аномалий. В пространстве автономных транспортных средств, когда мы думаем об этих различных вариантах поведения, мы думаем: «Это аномалия.В частности, это аномалия временного ряда. Например, вы пытаетесь предотвратить столкновение автомобиля с другим автомобилем или пешехода. Слишком поздно обнаруживать это, если событие уже произошло. Чтобы решить эту проблему, мы воссоздали математическую основу для обнаружения аномалий, особенно для временных рядов. Мы надеемся, что сообщество примет новую математическую основу, которую мы создали, и применит ее для детекторов аномалий временных рядов.

Knowledge @ Wharton: И машинное программирование во всем этом помогает?

Gottschlich: Совершенно верно.В контексте автономных транспортных средств вы могли бы использовать эту математическую основу для лучшего прогнозирования этих аномалий, но когда вы думаете о машинном программировании или программировании в целом, многие из проблем, которые мы наблюдаем с программным обеспечением, связаны с ошибками правильности, ошибками безопасности, нарушениями конфиденциальности. . Все они в некотором смысле являются временными рядами по своей природе. Программа – это последовательность инструкций, одна за другой. Итак, если вы возьмете эту математическую основу, вы также сможете применить ее в области машинного программирования, что мы и делаем.

Knowledge @ Wharton: Машинное программирование, как и многие другие области искусственного интеллекта, существует с 1950-х годов. Почему сейчас возник такой внезапный интерес к машинному программированию? Почему он набирает обороты? И почему Intel заинтересована в этом?

Gottschlich: Если мы посмотрим, почему он набирает обороты сегодня, я бы сказал, что в основном есть две причины. Во-первых, мы находимся на переломном этапе. Вторая причина заключается в том, что я и мои коллеги из Intel Labs и Массачусетского технологического института сделали важное наблюдение о том, как думать о будущем машинного программирования.

Что касается точки перегиба, я считаю, что ее создали три вещи. Во-первых, мы добились огромных успехов в алгоритмах машинного обучения и формальных методах. То, чего не существовало, скажем, 12 месяцев назад, теперь имеет фундаментальное значение для развития машинного программирования.

Во-вторых, сегодня мы достигли огромных успехов в вычислительной технике. Как отмечают недавние лауреаты премии Тьюринга Дэйв Паттерсон и Джон Хеннесси, мы живем в том, что они называют «золотым веком вычислительной техники». Они называют их «предметно-ориентированными архитектурами». В течение долгого времени это был просто ЦП (центральный процессор), но теперь, основываясь на достижениях в области машинного обучения и других областях, у нас есть ускорители, специфичные для этих областей, и поэтому это создает огромную возможность для ускорения эти машинное обучение и формальные методы, которые раньше были невозможны.

Третья часть – это обилие больших и плотных данных. Например, есть репозиторий под названием GitHub, где люди хранят свое программное обеспечение.В 2008 году я думаю, что у него было около 33 000 репозиториев. В 2019 году, когда я посмотрел на это ранее этим летом, я думаю, что это число было более 200 миллионов. Это колоссальный рост. Это почти четырехкратный рост за десятилетие. Данные управляют многими системами машинного обучения. Таким образом, это, по сути, создало средство передвижения, на котором мы можем начать исследовать это пространство.

Возвращаясь к наблюдению, сделанному мной и моими коллегами из Intel Labs и Массачусетского технологического института, по сути, мы чувствуем, что то, как мы исторически занимались программированием, ошибочно. По сути, есть размытие намерений программиста в отношении этих алгоритмов и этих деталей системного уровня. По мере продвижения вперед мы хотим, чтобы программист просто указал свое намерение. Поэтому, если вы хотите создать программу, которая сообщит вам, где находится ближайший Starbucks, вы просто скажете: «Компьютер, создайте программу, которая всегда будет уведомлять меня, когда я нахожусь рядом с Starbucks». Затем компьютер обрабатывает детали алгоритмов, которые необходимо реализовать. Он понимает, как перевести это на работу с оборудованием вашего мобильного телефона или в центре обработки данных.Итак, это две составляющие, которые, как мы думаем, создают возможность для огромного роста машинного программирования.

«По сути, мы чувствуем, что исторически сложившееся программирование ошибочно».

Intel, очевидно, очень заинтересована в аппаратных достижениях. Я работаю в Intel около десяти лет, и одно изменение, которое я заметил, захватывающее, заключается в том, что раньше Intel была просто производителем процессоров, но теперь неоднородный аппаратный ландшафт, который есть у Intel, огромен. У нас есть нейросетевые процессоры. У нас есть нейроморфные процессоры. У нас есть графические процессоры (графический процессор). У нас есть множество ускорителей. У нас есть ПЛИС (программируемая вентильная матрица) и множество процессоров. Однако проблема заключается в программировании этих вещей. У нас может быть все это потрясающее оборудование, но как мы можем ожидать, что средний разработчик запрограммирует их? Вот почему машинное программирование важно для Intel. Intel понимает, что с этим новым неоднородным аппаратным ландшафтом, необходимым для развития всех технологий, которые мы наблюдаем, нам нужен способ, достаточно простой для среднего программиста, чтобы использовать это огромное количество разнородных вычислений.

Knowledge @ Wharton: Вы написали статью под названием Три столпа машинного программирования . Не могли бы вы поделиться некоторыми мыслями об этом?

Gottschlich: В 2017 году некоторые из нас из Intel Labs объединились с несколькими людьми из Массачусетского технологического института, и у нас возникло следующее видение: «Что, если бы мы занимались« машинным программированием »? Как будет выглядеть пейзаж? » Основная причина этого заключалась в том, что, когда люди начинали изучать машинное программирование, они были дезорганизованы. В мышлении не было никакой структуры.

Три столпа машинного программирования , по сути, представляет собой дорожную карту того, как мы хотим выразить и исследовать пространство исследований. Три столпа – это намерение, изобретение и приспособление.

Столп намерения – это то, что будет делать программист. Я не называю этих людей программистами. Я называю их «создателями программного обеспечения». Наше видение голубого неба состоит в том, что эти люди не напишут ни единой строчки кода. Они будут выражать свои намерения с помощью естественного языка, жестов и визуальных диаграмм – так, как им лучше всего.Столп изобретений возьмет намерение программиста или создателя программного обеспечения и переведет его в программное обеспечение. Это алгоритмы, структуры данных и так далее. Как только это будет установлено, работа будет передана столбу адаптации. Компонент адаптации возьмет этот код и выяснит: «Хорошо, как выглядит экосистема программного и аппаратного обеспечения для этой конкретной программы? Как нам нужно расширить его, чтобы он работал эффективно, безопасно, правильно – а в контексте машинного обучения – точно? »

Knowledge @ Wharton: Помимо Intel, некоторые другие компании также работают над машинным программированием. Есть ли фирмы, с которыми вы сотрудничаете, о работе которых вы могли бы рассказать?

Gottschlich: У нас много сотрудников как в промышленности, так и в академических кругах. В число наших отраслевых партнеров входят Microsoft и Facebook. В Microsoft Сумит Гулвани, которого многие считают одним из основоположников формального синтеза программ, разработал внутри Excel систему, которая автоматически определяет намерения пользователя. Они называют это FlashFill. Это конкретный пример, реальное свидетельство того, что машинное программирование – это не просто исследовательская игрушка; вы можете встроить это в настоящие продукты.Microsoft глубоко заинтересована в этом.

«… Хотя мы думаем, что машинное программирование – это очень долгий путь, есть вещи, которые мы можем сделать сегодня в промышленности, которые могут быть чрезвычайно ценными».

Facebook проделывает огромную работу в этой области. Недавно они опубликовали статью о системе под названием Aroma. Это работает по той же схеме, что и три столпа. Он в основном сосредоточен на попытке помочь с намерением. Допустим, программист намеревается написать код, но не знает, как именно его написать.Система Aroma возьмет немного этого кода и проведет анализ очень большой базы данных. Затем он спросит пользователя: «Это то, что вы имели в виду?» Это что-то вроде приблизительного решения для машинного обучения без участия человека. Это хорошее раннее свидетельство того, что, хотя мы думаем, что машинное программирование – это очень долгий путь, есть вещи, которые мы можем сделать сегодня в промышленности, которые могут быть чрезвычайно ценными.

Knowledge @ Wharton: Какие страны, по вашему мнению, добились впечатляющих успехов в области машинного программирования? В области искусственного интеллекта Китай развивается семимильными шагами.Не могли бы вы рассказать о том, что происходит в других частях мира, и на что вы обращаете внимание?

Gottschlich: Китай делает потрясающие вещи. Он имеет очень сильную государственную инфраструктурную поддержку ИИ. Я считаю, что у США тоже есть это, но, возможно, не на таком уровне, как у Китая. Как стране, нам, вероятно, нужно быть более агрессивными и прогрессивными в этом отношении. В Европе наблюдается большая вовлеченность и прогресс.У них есть очень сильные лидеры в области машинного обучения в академических кругах, а также видение через их правительственную инфраструктуру.

Knowledge @ Wharton: Какие европейские страны, по вашему мнению, делают наиболее интересную работу?

Gottschlich: Германия делает потрясающие вещи. Отчасти это связано с тем, что они глубоко увлекались автомобилями. Естественная эволюция – это автономные транспортные средства, а побочный продукт – глубокая вовлеченность в ИИ и машинное обучение.Еще одно сильное присутствие в Европе – это Швейцария, особенно то, что выходит из ETH-Zurich. Они не только обеспечивают выдающиеся результаты в области искусственного интеллекта и машинного обучения, но и исследуют важные идеи в области машинного программирования.

Knowledge @ Wharton: Какие инновации в машинном программировании вы считаете наиболее многообещающими? Как вы думаете, где в ближайшем будущем произойдут следующие прорывы?

Gottschlich: Есть много низко висящих фруктов, в которых мы можем продвигаться и создавать такие вещи, как Aroma или FlashFill, которые очень полезны.Но есть некоторые ключевые проблемы – по крайней мере, с людьми, с которыми я общаюсь в таких местах, как Стэнфорд, Массачусетский технологический институт, Google и Intel Labs, – на которые у нас нет ответа. Первый – это структурное представление намерения. Часто, когда мы пишем код, намерения программиста распределяются по всему коду. Мы хотим понять, как правильно представить намерения пользователя. У нас этого нет. Исторически мы добились большого прогресса в таких вещах, как компиляторы и инструменты статического анализа, которые создают различные виды графических или древовидных структур.Но когда мы пытались применить их в сфере машинного программирования, они не совсем подходили. Мы можем вставить квадратный стержень в круглое отверстие, но он не подходит.

«Одно из обещаний машинного программирования – и мы видим первые доказательства этого – заключается в том, что код, который мы можем сгенерировать с помощью этих автоматизированных методов, будет иметь сверхчеловеческую производительность, правильность и безопасность».

В Intel мы думаем о том, что мы называем «абстрактным семантическим графом».«Идея состоит в том, что эта структура – что бы это ни было, чего мы не совсем понимаем – будет своего рода графическим представлением семантики – по сути, намерения – того, чего хочет пользователь. Я считаю, что как только мы выясним, как построить этот абстрактный семантический граф, в области машинного программирования произойдет огромный всплеск роста. Над этим работает много людей. Я работаю с коллегами как в промышленности, так и в академических кругах – ребятами из Пенсильвании, Беркли, Массачусетского технологического института. Мы все глубоко об этом думаем.Надеюсь, мы скоро сможем разобраться с этим абстрактным семантическим графом. Пока мы этого не сделаем, мы будем работать с не очень идеальными решениями и постараемся продвигаться вперед.

Knowledge @ Wharton: Если вы разберетесь, каковы могут быть некоторые последствия?

Gottschlich: Программы, которые мы сможем создать, вероятно, будут на порядки более сложными, чем те, которые мы можем создать сегодня. Например, в области формального синтеза программ или приближенных решений для машинного программирования мы можем быть ограничены, скажем, программами, содержащими до сотни инструкций или меньше.Если мы выясним, как построить этот абстрактный семантический граф, я верю, что мы перейдем от сотен к тысячам – потенциально миллионам – строк кода. Последствия огромны.

Knowledge @ Wharton: Всякий раз, когда появляется какая-либо новая технология, особенно искусственный интеллект или машинное обучение, или, как вы описали, машинное программирование, очень часто технологам приходится оправдывать эти инвестиции перед финансовым директором или генеральным директором с точки зрения рентабельности инвестиций или насколько это соответствует бизнес-стратегии. Какие показатели вы думаете с точки зрения измерения рентабельности инвестиций в машинное программирование?

Gottschlich: Как руководитель исследовательской группы по машинному программированию в Intel, моя работа состоит в том, чтобы не только работать над исследованиями, но и обосновывать их ценность для бизнеса. Intel очень заинтересована в производительности. Но нас интересует не только производительность оборудования. Мы также заинтересованы в производительности программного обеспечения. Программист, пишущий медленный код, может обвинить процессор Intel в медленном, даже если проблема не в процессоре; на самом деле это программное обеспечение.Одно из обещаний машинного программирования – и мы видим первые доказательства этого – заключается в том, что код, который мы можем сгенерировать с помощью этих автоматизированных методов, будет сверхчеловеческим по производительности, правильности, безопасности и так далее.

Одним из конкретных примеров этого является система Halide, которую построили мои коллеги. В их число входят Эндрю Адамс, Джонатан Раган-Келли, Кайвон Фатахалаян – это люди из Массачусетского технологического института, Стэнфорда и Facebook. (Адамс перешел из Facebook в Adobe Research в июне 2019 года.Halide – это язык программирования, который отделяет намерение программиста от планирования этого намерения. В своей статье, опубликованной в июне этого года, они впервые показали, что ведущие мировые эксперты по этому языку программирования не могут конкурировать с машиной. Машина создает код, который регулярно становится более эффективным – и я просто предполагаю здесь – по крайней мере, на 50%. Это может быть на 100% быстрее. Впервые за десятилетие, когда они работали в Halide, им удалось добиться этого.Это дает нам обещание, что если мы сможем сделать это в Halide, возможно, мы сможем обобщить это и начать повышать эффективность кода повсюду. Это важно для Intel, потому что мы хотим, чтобы все программы работали максимально эффективно. Мы не хотим, чтобы люди ошибочно полагали, что наше оборудование работает медленно, когда проблема в другом.

Knowledge @ Wharton: По мере внедрения систем искусственного интеллекта влияние на рабочие места может быть значительным. Например, есть опасения, что водители грузовиков могут потерять работу, если автономные транспортные средства начнут перевозить товары по шоссе.Как вы думаете, существует ли риск того, что, если машинное программирование станет популярным, то же самое может случиться с профессиями программиста? Это то, что должно волновать компьютерную индустрию?

«Благодаря машинному программированию мы создадим много рабочих мест. Возможно, миллионы или сотни миллионов рабочих мест ».

Gottschlich: Это вопрос, который мне задают довольно часто. Я честно считаю, что произойдет обратное. С помощью машинного программирования мы создадим множество рабочих мест, возможно, миллионы или сотни миллионов рабочих мест.Аргументация проста. Население нашей планеты исчисляется миллиардами, но пул программистов составляет очень небольшой процент. Я думаю, что это примерно 1% населения мира. С помощью машинного программирования мы пытаемся дать возможность всему населению мира создавать программное обеспечение.

Например, моя мама – невероятный предприниматель. Она создала несколько предприятий и у нее фантастические успехи, но она не программист. Для нее закрыт весь мир программного обеспечения.Я вижу кого-то вроде нее, который безумно креативен, у нее есть несколько потрясающих идей, но из-за того, что программное обеспечение закрыто, эти идеи не могут быть реализованы. Надеюсь, что с машинным программированием, с той преднамеренностью, которую мы обсуждали ранее, это создаст десятки и сотни миллионов рабочих мест. Это также сохранит программистов, которых мы наняли сегодня, потому что есть работа над созданием этих очень сложных систем. По мере того, как мы расширяем интенциональность, мы будем требовать от этих людей – мы называем их в Intel «ниндзя» – гарантировать, что все подсистемы, входящие в эти три столпа, развиваются надлежащим образом.

Knowledge @ Wharton: Энди Гроув, бывший генеральный директор Intel, однажды сказал, что для каждой метрики должна быть другая парная метрика, которая устраняет неблагоприятные последствия первой. Если подумать о некоторых показателях, которые вы бы использовали для измерения успеха или рентабельности инвестиций в машинное программирование, каковы могут быть некоторые из неблагоприятных последствий машинного программирования? Какие показатели вы бы использовали, чтобы гарантировать, что ситуация не выйдет из-под контроля?

Gottschlich: Я большой поклонник Энди Гроува.Замечательно работать в компании с таким сильным наследием лидерства. Возвращаясь к вашему вопросу о неблагоприятных последствиях – мы говорим об этом в нашей статье о трех основных направлениях. Это одна из причин, по которой мы написали эту статью.

Например, один из моих коллег, Элвин Чунг, профессор Беркли, выполняет эту работу, которая называется «подтвержденный подъем». По сути, здесь используются формальные методы синтеза программ, позволяющие перенести код с одного языка программирования на другой.Это очень полезно для устаревших систем, которые невозможно обслуживать из-за отсутствия программистов. Мы можем вывести этот код и перевести его на новый язык, где у нас много программистов. Однако одна из вещей, которые мы заметили, заключается в том, что есть потенциальный побочный продукт этого подъема, который может уменьшить преднамеренность. Мы бы сказали, что его работа в основном относится к столпу «изобретения», а затем к столпу «адаптации». В зависимости от того, как этот код трансформируется, преднамеренность этого кода может быть уменьшена.Например, такие вещи, как имена переменных, имена функций – вещи, которые важны для программистов – могут неправильно отображаться в новой структуре. По мере того, как мы добиваемся прогресса в машинном программировании, мы попросили сообщество думать в контексте трех столпов и попытаться понять, не наносите ли вы непреднамеренно вред другому столпу. И если да, поясните это, чтобы мы понимали, что это еще одна вещь, которую нам сейчас нужно продвигать.

Knowledge @ Wharton: Не могли бы вы рассказать, какую работу вы планируете выполнять здесь, в Пенсильвании, и в PRECISE (Penn Research in Embedded Computing and Integrated Systems Engineering)?

Gottschlich: Многие лидеры в области информатики, формальных методов, машинного обучения являются частью PRECISE Center.Недавно я принял приглашение возглавить группу технической индустрии PRECISE и выступить в качестве исполнительного директора по искусственному интеллекту. Моя роль в PRECISE и в Penn двояка. Первый – с ТОЧНОСТЬЮ. У них очень сильный технический консорциум сотрудников отрасли. Я хотел бы убедиться, что все промышленные партнеры работают взаимодополняюще, что мы понимаем, в чем заключаются основные проблемы, и что мы не работаем таким образом, чтобы усилия дублировались и дублировались.Это одна часть.

Другая часть, которая важна для меня, заключается в том, что сейчас у нас не хватает инженеров и исследователей по машинному программированию. Несмотря на то, что эта область существует с 1950-х годов, она изо всех сил пыталась добраться до того уровня, который есть сегодня. Мы работаем с Пенном и другими академическими институтами, чтобы начать вносить изменения в учебный план и знакомить с ним наших студентов и аспирантов. А затем генерировать новые ведущие умы через доктора философии. программы, которые будут стимулировать исследования, проводимые как в академических, так и в промышленных лабораториях.

автоматизация | Технология, типы, рост, история и примеры

Автоматизация , применение машин к задачам, которые когда-то выполнялись людьми, или, все чаще, к задачам, которые в противном случае были бы невозможны. Хотя термин «механизация» часто используется для обозначения простой замены человеческого труда машинами, автоматизация обычно подразумевает интеграцию машин в самоуправляемую систему. Автоматизация произвела революцию в тех областях, в которых она была внедрена, и едва ли есть какой-либо аспект современной жизни, на который она не повлияла бы.

Британская викторина

Гаджеты и технологии: факт или вымысел?

Виртуальная реальность используется только в игрушках? Использовались ли когда-нибудь роботы в бою? В этой викторине вы узнаете о гаджетах и технологиях – от компьютерных клавиатур до флэш-памяти.

Термин «автоматизация» появился в автомобильной промышленности примерно в 1946 году для описания все более широкого использования автоматических устройств и средств управления на механизированных производственных линиях.Происхождение слова приписывается Д.С. Хардеру, в то время руководителю инженерного отдела Ford Motor Company. Этот термин широко используется в производственном контексте, но он также применяется за пределами производства в связи с множеством систем, в которых существует значительная замена человеческих усилий и интеллекта механическими, электрическими или компьютеризированными действиями.

В общем случае автоматизация может быть определена как технология, связанная с выполнением процесса с помощью запрограммированных команд в сочетании с автоматическим управлением с обратной связью для обеспечения надлежащего выполнения инструкций.Полученная система способна работать без вмешательства человека. Развитие этой технологии становится все более зависимым от использования компьютеров и компьютерных технологий. Следовательно, автоматизированные системы становятся все более изощренными и сложными. Продвинутые системы представляют собой уровень возможностей и производительности, которые во многих отношениях превосходят возможности людей выполнять те же действия.

Технология автоматизации достигла такой степени, что на ее основе развился ряд других технологий, получивших признание и собственный статус.Робототехника – одна из таких технологий; это специализированная отрасль автоматизации, в которой автоматизированная машина обладает определенными антропоморфными или человекоподобными характеристиками. Самая типичная человекоподобная характеристика современного промышленного робота – это его механическая рука с приводом. Рука робота может быть запрограммирована на выполнение последовательности движений для выполнения полезных задач, таких как загрузка и разгрузка деталей на производственной машине или выполнение последовательности точечной сварки на деталях из листового металла кузова автомобиля во время сборки.Как видно из этих примеров, промышленные роботы обычно используются для замены рабочих на фабриках.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

В этой статье рассматриваются основы автоматизации, включая ее историческое развитие, принципы и теорию работы, приложения на производстве и в некоторых сферах услуг и отраслей, важных в повседневной жизни, а также влияние на человека и общество в целом.В статье также рассматривается развитие и технология робототехники как важная тема автоматизации. По связанным темам см. Информатика и обработка информации.

Историческое развитие автоматизации

Технология автоматизации возникла из смежной области механизации, которая зародилась в период промышленной революции. Механизация означает замену силы человека (или животных) механической силой в той или иной форме. Движущей силой механизации была склонность человечества создавать инструменты и механические устройства.Здесь описаны некоторые важные исторические достижения в области механизации и автоматизации, ведущие к современным автоматизированным системам.

Ранние разработки

Первые орудия из камня представляли попытки доисторического человека направить свою физическую силу под контроль человеческого разума. Несомненно, тысячи лет потребовались для разработки простых механических устройств и машин, таких как колесо, рычаг и шкив, с помощью которых можно было увеличить силу человеческих мышц.Следующим шагом была разработка механических машин, для работы которых не требовалась человеческая сила. Примеры этих машин включают водяные колеса, ветряные мельницы и простые паровые устройства. Более 2000 лет назад китайцы разработали трип-молоты, приводимые в движение проточной водой и водяными колесами. Ранние греки экспериментировали с простыми реактивными двигателями, работающими от пара. Механические часы, представляющие собой довольно сложную сборку с собственным встроенным источником питания (гирькой), были разработаны около 1335 года в Европе.Ветряные мельницы с механизмами автоматического поворота парусов были разработаны в средние века в Европе и на Ближнем Востоке. Паровая машина стала крупным достижением в развитии механических машин и положила начало промышленной революции. За два столетия, прошедшие с момента появления парового двигателя Ватта, были разработаны двигатели и механизмы, которые получают энергию из пара, электричества, химических, механических и ядерных источников.

Каждая новая разработка в истории механических машин привносила повышенные требования к устройствам управления, чтобы использовать мощность машины. Самые ранние паровые машины требовали, чтобы человек открывал и закрывал клапаны, сначала для впуска пара в поршневую камеру, а затем для его выпуска. Позже был разработан золотниковый механизм для автоматического выполнения этих функций. Тогда единственной потребностью человека-оператора было регулирование количества пара, регулирующего скорость и мощность двигателя. Эта потребность в человеческом внимании при работе паровой машины была устранена с помощью регулятора летающего шара. Это устройство, изобретенное Джеймсом Ваттом в Англии, представляло собой утяжеленный шар на шарнирном рычаге, механически соединенный с выходным валом двигателя.Когда скорость вращения вала увеличивалась, центробежная сила заставляла взвешенный шар перемещаться наружу. Это движение управляло клапаном, который уменьшал количество пара, подаваемого в двигатель, тем самым замедляя двигатель. Регулятор с летающим шаром остается элегантным ранним примером системы управления с отрицательной обратной связью, в которой увеличивающийся выход системы используется для уменьшения активности системы.

Отрицательная обратная связь широко используется как средство автоматического управления для достижения постоянного рабочего уровня для системы.Типичным примером системы управления с обратной связью является термостат, используемый в современных зданиях для регулирования температуры в помещении. В этом устройстве снижение температуры в помещении приводит к замыканию электрического переключателя, таким образом, включается нагревательный элемент. При повышении температуры в помещении переключатель размыкается и подача тепла отключается. Термостат можно настроить на включение нагревательного элемента при любой конкретной уставке.

Еще одним важным достижением в истории автоматизации стал жаккардовый ткацкий станок (см. Фотографию), который продемонстрировал концепцию программируемого станка.Около 1801 года французский изобретатель Жозеф-Мари Жаккар изобрел автоматический ткацкий станок, способный создавать сложные узоры на текстиле, управляя движениями множества челноков из нитей разного цвета. Выбор различных рисунков определялся программой, содержащейся в стальных картах, в которых были пробиты отверстия. Эти карты были предками бумажных карт и лент, которые управляют современными автоматами. Концепция программирования машины получила дальнейшее развитие в конце XIX века, когда Чарльз Бэббидж, английский математик, предложил сложную механическую «аналитическую машину», которая могла бы выполнять арифметические операции и обработку данных.Хотя Бэббидж так и не смог его завершить, это устройство было предшественником современного цифрового компьютера. См. Компьютеры.

Жаккардовый ткацкий станок
Жаккардовый ткацкий станок, гравировка, 1874 г. В верхней части машины находится стопка перфокарт, которые будут подаваться в ткацкий станок для управления ткацким рисунком. Этот метод автоматической выдачи машинных инструкций использовался компьютерами еще в 20 веке.
Архив Беттмана
Что такое компьютерное программирование | Станьте программистом
Компьютеры могут делать удивительные вещи: от простых ноутбуков, способных выполнять простые функции обработки текстов и электронных таблиц, до невероятно сложных суперкомпьютеров, выполняющих миллионы финансовых транзакций в день и контролирующих инфраструктуру, которая делает возможной современную жизнь. Но ни один компьютер ничего не может сделать, пока компьютерный программист не прикажет ему вести себя определенным образом. Вот что такое компьютерное программирование.
По сути, компьютерное программирование – это не более чем набор инструкций, облегчающих выполнение определенных действий. Исходя из требований или целей этих инструкций, компьютерное программирование может быть таким же простым, как сложение двух чисел. Это также может быть так сложно, как считывание данных с датчиков температуры для настройки термостата, сортировка данных для составления сложного расписания или критических отчетов или проведение игроков через многослойные миры и задачи в играх.
Шерил Фредерик , старший помощник декана программ STEM в Университете Южного Нью-Гэмпшира (SNHU), сказала, что компьютерное программирование – это совместный процесс, в котором множество программистов участвуют в разработке программного обеспечения. Некоторые из этих разработок могут длиться десятилетия. Например, программное обеспечение, такое как Microsoft Word, выпущенное в 1983 году, программисты настраивали и улучшали в течение многих лет.
«Есть надежда, что компьютерная программа станет настолько широко распространенной системой, что ей потребуется долгосрочная поддержка, особенно для расширения ее текущей функциональности», – сказал Фредерик.«Термины компьютерное программное обеспечение и компьютерное программирование используются как синонимы, за исключением того, что программное обеспечение может стать довольно большим».
Чем занимается программист?

Компьютерные программисты создают инструкции для компьютера путем написания и тестирования кода, который позволяет приложениям и программам работать успешно. Компьютерные программисты используют специализированные языки для связи с компьютерами, приложениями и другими системами, чтобы заставить компьютеры и компьютерные сети выполнять набор конкретных задач. По данным ComputerScience.org, такие языки, как C ++, Java, Python и другие, позволяют программистам – часто в тесном сотрудничестве с разработчиками программного обеспечения и инженерами создавать программы, которые позволяют «искать, просматривать страницы и делать селфи».
Существует множество языков программирования, но некоторые из них стали самыми популярными. Отраслевой блог The Crazy Programmer недавно составил список 10 лучших языков программирования, используемых в 2018 году, на основе опроса 100000 программистов. В их числе:
JavaScript
SQL
Ява
Питон
C #
PHP
C ++
С
TypeScript
Рубин
Некоторые из общих задач, которые компьютерный программист должен выполнить, были скомпилированы O * Net онлайн и включают:
Тестирование работоспособности программного обеспечения.
Устранение проблем с программным обеспечением компьютера.
Изменение программ для повышения производительности.
Написание компьютерного программного кода.
Сотрудничество с другими для решения проблем, связанных с информационными технологиями.
Как стать программистом
Многие программисты начинают как энтузиасты-самоучки. Доктор Эд Лавьери , начинал как геймер-самоучка и прослужил 25 лет на флоте, прежде чем стать штатным учителем.Как координатор технических программ по программированию и разработке игр, он сказал: «Компьютерное программирование становится увлекательным занятием, когда у вас есть базовые знания».
«Но вы не можете полагаться на информацию, которую вы узнали, – сказал Лавьери. «Степень – это показатель прошлых знаний. Навыки, сертификаты, степени, электронное портфолио – все это поможет вам встать на ноги, но если вы хотите быть одним из разработчиков Windows 11, вам нужно получить широкий опыт и воспользоваться преимуществами возможности по мере их появления. ”
Фредерик согласился. Прежде чем обратиться к образованию, она работала в Министерстве обороны, а также в финансовом и телекоммуникационном секторах. «Требуется много упорства, и этого недостаточно, чтобы получить ученую степень; вам нужен опыт работы », – сказала она. «Мы даем студентам основу – на основе структур данных, алгоритмов, математики и логической инженерии – но вы должны уметь планировать, писать, проектировать, тестировать и управлять программным обеспечением. Вы должны знать как минимум два-три языка программирования, включая знание JAVA и C ++.”
Однако, помимо обучения в классе и на основе опыта, программисты должны понимать, что при написании программы она никогда не срабатывает с первого раза. «Это поле требует терпения, а также умения выявлять и устранять ошибки. Вы должны быть обучающимся, быть самодисциплинированным, иметь мотивацию учиться самостоятельно, уметь проводить мозговой штурм с другими и иметь много практических занятий », – сказал Фредерик. «Вы должны быть практиком и приспосабливаться к тому, что сейчас в тренде».
«Программирование игр – многомиллиардная индустрия, требующая гораздо большего, чем графика и звук, – это одно из самых сложных программ», – сказал Лавьери.«Но в любой отрасли, без исключения, нужны программисты, от здравоохранения и недвижимости до банковского дела, путешествий и любого другого сектора».
Во время работы над получением степени информатики студентам предлагается создать портфолио своих программных работ. «Хотя это портфолио не оценивается, студенты могут поделиться им с потенциальными работодателями в качестве доказательства навыков программирования», – сказал Фредерик. «Вся программа на получение степени дает студентам широкие возможности и навыки в традиционных и современных технологиях, включая такие специальности, как вычислительная графика, тестирование программного обеспечения и написание кода для часто используемых программ, а также более глубокие и специфические навыки. ”
Сертификаты высшего уровня в области компьютерного программирования
По данным Бюро статистики труда США, для большинства должностей в области компьютерного программирования требуется как минимум степень бакалавра. Также доступно множество программ повышения квалификации. В дополнение к этим академическим возможностям доступны десятки профессиональных и некоммерческих профессиональных сертификатов. BLS отмечает, что существуют сертификаты для определенных языков программирования и что некоторые работодатели могут потребовать от программистов пройти сертификацию по продуктам, которые использует компания.
Некоторые из доступных профессиональных сертификатов включают:
CISCO – Certified Network Associate, Certified Network Profession Routing and Switching, Certified Network Associate Security Credential
Microsoft – Certified Solution Developer for Web Applications, Certified Solutions Associate Windows Server
Профессиональные ассоциации – Сертификация помощника по разработке программного обеспечения, Comptia’s Security +, Comptia’s A + Certification, Comptia’s Linux +
Некоммерческая организация – Сертифицированный специалист по безопасности информационных систем, Сертифицированный менеджер по информационной безопасности, Сертифицированный специалист по безопасности жизненного цикла программного обеспечения
Обучение программной инженерии
Кертис Джордж, руководитель факультета информационных технологий в SNHU, ранее работал в НАСА, Национальном управлении океанических и атмосферных исследований (NOAA) и другими лидерами высоких технологий и принимал участие в разработке университетской учебной программы по информатике.
«На моей работе я обучил множество младших инженеров-программистов, и я поддерживал их, показывал им части кода, и, давая им практический опыт, они в конечном итоге поправились», – сказал Джордж. «Базовые знания программирования, включая работу с другими (в) командах, – хорошая отправная точка для любой работы».
При получении степени по информатике с акцентом на программную инженерию важно учиться в среде совместной работы, будь то лично или виртуально, поскольку этот опыт будет отражать то, что ожидается на рабочем месте.Джордж отметил, что студенты изучают компьютерное программирование и создают программное обеспечение в онлайн-лабораториях, которые предоставляют возможности для независимой работы наряду с коллективным сотрудничеством.
Дейл Стокдык – маркетолог, увлеченный высшим образованием в сфере STEM. Следуйте за ним в Twitter @dalestokdyk или подключитесь к LinkedIn.
Изучите программирование с помощью онлайн-курсов и уроков
Обзор
Что такое компьютерное программирование?
Компьютерное программирование – это процесс написания инструкций, которые выполняются компьютерами. Инструкции, также известные как код, написаны на языке программирования, который компьютер может понять и использовать для выполнения задачи или решения проблемы.
Базовое компьютерное программирование включает в себя анализ проблемы и разработку логической последовательности инструкций для ее решения. Пути к решению могут быть многочисленны, и программист стремится спроектировать и запрограммировать то, что является наиболее эффективным. Среди задач программиста – понимание требований, определение правильного языка программирования для использования, проектирование или создание архитектуры решения, кодирование, тестирование, отладка и написание документации, чтобы другие программисты могли легко понять решение.
Компьютерное программирование лежит в основе информатики. Это часть реализации разработки программного обеспечения, разработки приложений и разработки программного обеспечения, преобразование идей и теорий в реальные, работающие решения.
Изучите основы программирования для начинающих с онлайн-курсами и классами
edX предлагает множество классов, предназначенных для начинающих и начинающих программистов. Эти вводные классы предоставляют пошаговое руководство по программированию на вашем любимом языке.Гарвардский курс CS50 «Введение в компьютерные науки», курс начального уровня, учит, как мыслить алгоритмически и эффективно решать проблемы. Темы включают основные концепции абстракции, алгоритмов, операционных систем, структур данных, инкапсуляции, управления ресурсами, безопасности, разработки программного обеспечения и веб-разработки с использованием таких языков, как C, Python, SQL и JavaScript, а также CSS и HTML. Наборы задач вдохновлены реальными областями биологии, криптографии, финансов, криминалистики и игр.
Научитесь программировать с помощью онлайн-курсов по компьютерному программированию
Информатика – самый популярный предмет на edX, и есть отличные курсы программирования от ведущих университетов и институтов, включая Гарвард, Массачусетский технологический институт, Microsoft и W3C, которые помогут вам начать работу. Начните с вводного курса по информатике, такого как популярный Гарвардский CS50 или Введение в информатику и программирование Массачусетского технологического института с использованием Python, чтобы изучить ключевые концепции и основы. IITBombay также предлагает самостоятельные курсы для начинающих по программированию, включая основы программирования и объектно-ориентированное программирование, которые сосредоточены на логическом мышлении и передовых методах программирования.Онлайн-сертификаты доступны для всех курсов, а некоторые, такие как Программирование для всех: Введение в программирование Университета штата Аризона, дают возможность подать заявку на получение кредита в колледже.
Затем погрузитесь в разные языки программирования. Доступны учебные пособия и курсы по программированию, чтобы познакомить вас с программированием на Java, JavaScript, Python, HTML, R, C ++ и многих других. Откройте для себя сходство между разными языками и поймите, какой язык подходит для конкретной задачи.
Хотите пойти дальше? Зарегистрируйтесь в предварительной программе MicroMasters, чтобы расширить свои знания и опыт. Доступны онлайн-компьютерные курсы по разработке и тестированию программного обеспечения и обеспечивают повышение квалификации, предназначенное для быстрого старта получения степени компьютерного программирования или магистра в этой области.
Работа в области компьютерного программирования
Квалифицированный и опытный программист может составить собственный билет. Есть тысячи открытых вакансий в программировании и смежных областях.Например, поиск доступных вакансий для Java-программистов на сайте Indeed.com на момент написания этой статьи дал более десяти тысяч результатов. И это только в США. Люди, желающие войти в мир компьютерного программирования, могут выбрать специализацию на любом количестве популярных языков программирования и найти множество возможностей для начального уровня. Начните работу в качестве младшего программиста на выбранном вами языке и получите опыт и навыки, чтобы подняться по карьерной лестнице до инженера-программиста или даже директора по технологиям.
Сделайте карьеру программиста
Пройдите курс для начинающих по информатике или изучите любое количество языков программирования и посмотрите, подходит ли вам эта увлекательная и востребованная область. Теперь доступны вводные курсы для самостоятельного изучения, которые помогут вам научиться программировать на разных языках. Зарегистрируйтесь и начните учиться сегодня.
Если вы хотите ускорить свою карьеру, получить степень или чему-то научиться по личным причинам, у edX есть курсы для вас.
Программист | Информатика.org
Программисты предоставляют ценные услуги в различных секторах экономики, создавая код для программного обеспечения, компьютерных приложений и программ. Эти профессионалы работают в сфере информационных технологий, академических кругов, государственных служб и медицины, имея дополнительные возможности карьерного роста в качестве независимых сотрудников и работников по контракту.
Требования к должностям в области компьютерного программирования различаются, но с высшим образованием и квалификацией профессионалы в области программирования увеличивают свой потенциал заработка и возможности карьерного роста.Чтобы расширить свои перспективы, программисты могут общаться через профессиональные и карьерные ресурсы. Компьютерные программисты также должны учитывать, как местоположение влияет на их варианты работы.
Чем занимается программист?
Компьютерные программисты пишут и тестируют код, который позволяет компьютерным приложениям и программам работать. Они могут переводить проекты разработчиков программного обеспечения и инженеров в работоспособный код. Они также могут обновлять или расширять код существующих программ или тестировать программы на предмет ошибок, находя и исправляя ошибочные строки кода.
По данным Бюро статистики труда США (BLS), занятость компьютерных программистов в США сократится на 7% в период с 2018 по 2028 год, в основном из-за наличия удаленных сотрудников из стран с более низкой заработной платой.
Тем не менее, программисты, имеющие как минимум степень бакалавра и владеющие новейшими инструментами программирования, должны продолжать претендовать на прибыльные должности в отрасли. BLS сообщает, что в 2018 году компьютерные программисты получали среднюю зарплату около 82280 долларов США, что намного выше средней заработной платы по стране. 10% самых высокооплачиваемых работников, как правило, с наибольшим образованием и опытом, в том же году заработали более 134 630 долларов.
Ключевые профессиональные навыки
Компьютерные программисты развивают твердые навыки, чтобы преуспеть на своей должности. Языки программирования являются необходимыми навыками для компьютерных программистов, и им полезно знать несколько языков. Языки различаются по использованию и применимости, и с повышением уровня владения ими программисты расширяют свои карьерные перспективы.
Linux: Linux – это бесплатная операционная система с открытым исходным кодом.Первоначально разработанная для персональных компьютеров, Linux теперь работает на большем количестве платформ, чем любая другая система. Компьютерные программисты, имеющие опыт работы с Linux, получают конкурентное преимущество перед другими кандидатами.
Java: Java – это универсальный язык компьютерного программирования, обладающий функцией «написать один раз, запустить где угодно». Это означает, что код, написанный на Java, может работать на любом устройстве, оснащенном виртуальной машиной Java. Широкое распространение языка Java делает его важной компетенцией для программистов.
JavaScript: Наряду с HTML и CSS, JavaScript является одной из трех основных технологий Интернета. Почти все веб-сайты используют JavaScript для обеспечения интерактивности, и все основные веб-браузеры включают движок JavaScript. Программисты, работающие над веб-приложениями, должны хорошо разбираться в JavaScript.
C ++: Впервые появившись в 1985 году, C ++ помог заложить основу для последующих языков, таких как C #, D и Java. Многие программисты используют C ++ при разработке программной инфраструктуры и приложений с ограниченными ресурсами, таких как настольные приложения или серверы электронной коммерции.Эксперты рекомендуют студентам, изучающим программирование, изучать C ++ как один из первых языков.
ASP. NET: Созданный Microsoft, ASP.NET поддерживает разработку динамических веб-страниц или страниц, которые отображают различное содержимое каждый раз, когда пользователь просматривает их. ASP.NET позволяет программистам также создавать другие динамические веб-приложения и веб-службы. Большинство современных программистов изучают новый вариант ASP.NET, известный как ASP.NET Core.
C #: C #, произносится как C-sharp, является универсальным языком программирования с несколькими парадигмами.Выпущенный в 2000 году, C # предлагает исключительную гибкость, позволяя программистам создавать динамические веб-страницы, приложения, инструменты разработки и компиляторы. Известный как современный, простой и мощный, C # представляет собой один из основных языков, которые компьютерные программисты должны знать, чтобы претендовать на большинство должностей в своей области.
SQL: SQL, или язык структурированных запросов, управляет данными в системе управления реляционными базами данных. Первоначально разработанный в 1974 году, SQL до сих пор используется в таких приложениях, как Microsoft Access.Хотя компьютерные программисты могут извлечь выгоду из понимания и использования SQL, язык в основном предназначен для программистов, специализирующихся на проектировании баз данных и управлении ими.
HTML: HTML, или язык гипертекстовой разметки, является одним из наиболее распространенных языков в веб-дизайне. Интернет-браузеры получают HTML-документы с сервера и превращают их в мультимедийные веб-страницы. Учитывая универсальность HTML, компьютерные программисты должны стремиться выучить язык еще до того, как начать обучение по программе бакалавриата по информатике.
PHP: PHP, язык сценариев на стороне сервера, позволяет создавать веб-сайты, интрасети, интернет-приложения и социальные сети. Часто встроенные в HTML-код и реализованные с использованием языка программирования C, немногие программисты работают исключительно с PHP. Тем не менее, его повсеместное распространение делает его бесценным второстепенным языком для профессионалов в области программирования.
Visual Basic: Языки программирования, управляемые событиями, такие как VB, позволяют программам реагировать на действия пользователя, выходные сигналы датчиков или внешние сообщения.В 2008 году Microsoft прекратила поддержку VB, хотя некоторые разработчики программного обеспечения все еще используют его. Хотя это может быть полезно в некоторых средах, начинающим программистам следует отдавать предпочтение изучению других языков, а не VB.
Дополнительные языки, расширяющие навыки программирования, включают Swift, Rust и Ruby. Swift, язык программирования для macOS, iOS, watchOS и связанных сервисов, позволяет программистам создавать двоичные фреймворки и совместно использовать их при разработке безопасного и мощного кода.
Rust предлагает быстрый язык с эффективным использованием памяти в качестве альтернативы C ++. Ruby – безопасный, простой язык программирования с открытым исходным кодом. Программисты, заинтересованные в изучении языков программирования, могут найти дополнительную информацию здесь.
Ключевые «мягкие» навыки
«Мягкие» навыки часто возникают естественным образом, позволяя программистам эффективно и действенно общаться с коллегами и решать проблемы. Компьютерные программисты извлекают выгоду из письменных и устных коммуникативных навыков, творческих способностей и любопытства, а также способности работать как независимо, так и в команде.
Навыки общения: Компьютерные программисты должны уметь объяснять сложные технические концепции своим коллегам и менее информированным специалистам в этой области.
Многозадачность: Программисты часто работают над несколькими задачами одновременно или над частями большого проекта. Программисты должны организовывать свои приоритеты, решать проблемы по мере их возникновения и одновременно выполнять несколько задач.
Организационные навыки: Организационные навыки включают способность сосредотачиваться, направлять умственную и физическую энергию на задачу и эффективно управлять временем и пространством.
Внимание к деталям: Внимание к деталям способствует эффективности, качеству и профессионализму.Компьютерные программисты работают с кодом, языками программирования и программными операциями.
Ежедневные задачи
Обязанности компьютерных программистов обеспечивают эффективное и эффективное функционирование программного обеспечения и операционной системы. Компьютерные программисты ежедневно выполняют множество задач. Многие работают с языками программирования, написанием и редактированием кода. Компьютерные программисты также проводят тесты системы, программного обеспечения и структуры, исправляя ошибки и устраняя проблемы по мере их возникновения.Дополнительные обязанности по компьютерному программированию включают обновление систем, наблюдение за техническим персоналом и подготовку отчетов для менеджеров и руководителей.
Лучшие онлайн-программы
Изучите программы, которые вам интересны, с высокими стандартами качества и гибкостью, необходимыми для вывода вашей карьеры на новый уровень.
Часто задаваемые вопросы
Может ли кто-нибудь быть программистом?
Люди могут стать компьютерными программистами без формального образования, но работодатели предпочитают программистов со степенью младшего специалиста или бакалавра в области компьютерных наук, информационных технологий или смежных областях.
Трудно ли стать программистом?
Чтобы стать программистом, нужны целеустремленность и целеустремленность. Студенты могут получить ученую степень в области информатики, информации, технологий, математики или аналогичной дисциплины, чтобы начать работу.
Сколько времени нужно, чтобы стать программистом?
Чтобы стать программистом, необходимо получить степень бакалавра или специалиста за 2–4 года.Студенты могут воспользоваться программами сертификатов или дипломов или найти варианты ускоренного обучения.
В чем разница между программистом и разработчиком программного обеспечения?
Компьютерные программисты пишут код, используя определенные языки программирования. Программисты понимают алгоритмы и следуют спецификациям при создании кода. Разработчики программного обеспечения планируют и создают программные системы с учетом различных требований и бюджетных соображений.
Чем занимаются программисты начального уровня?
Программисты начального уровня пишут код и программы с использованием таких языков, как C ++ и Java. Они также обновляют, исправляют и расширяют существующие программы.
Информация о зарплате программиста
Согласно BLS, программисты получают среднюю годовую зарплату чуть менее 83 000 долларов.Поставщики услуг по проектированию компьютерных систем нанимают большинство программистов в США, предлагая зарплату более 89 500 долларов. Издатели программного обеспечения и компании, предоставляющие услуги по обработке данных, также предоставляют высокооплачиваемые возможности профессиональным программистам.
В Калифорнии и Техасе, где работает больше всего компьютерных разработчиков в стране, расположены два мегаполиса с самым высоким уровнем занятости в этой области (Лос-Анджелес и Даллас-Форт-Уэрт). Компьютерные программисты, заинтересованные в должностях в менее городских районах, могли бы рассмотреть неметропольные части северного Нью-Мексико, Аляски и северной Западной Вирджинии.
Компьютерные программисты увеличивают свой потенциал заработка по мере приобретения опыта в этой области. Согласно PayScale, программисты с 5-9-летним опытом работы зарабатывают примерно на 18 000 долларов в год больше, чем их коллеги начального уровня.
Средняя зарплата программистов по уровню должности
Начальный уровень (0-12 месяцев) 51 236 долларов США
Ранняя карьера (1-4 года) 56 175 долларов США
Средняя карьера Годы) 69 578 долларов США
Опытные (10-19 лет) 77 697 долларов США
Источник: PayScale
Как стать программистом
Чтобы получить ученую степень, чтобы стать компьютерным программистом
степень в области компьютерных наук, информационных технологий, математики или смежных дисциплин.Многие работодатели нанимают компьютерных программистов начального уровня со степенью младшего специалиста, но они часто предпочитают кандидатов со степенью бакалавра. В некоторых случаях программистам может потребоваться степень магистра.
Получение степени бакалавра по компьютерной тематике может занять 2-4 года. Ассоциированные степени объединяют базовое общее образование и компьютерные курсы, в то время как программы бакалавриата охватывают передовые знания и навыки за счет дополнительных курсов по программированию, математике и инженерии.Чтобы получить степень магистра компьютерного программирования, учащимся требуется степень бакалавра в смежной области.
Получение степени младшего специалиста
Степень младшего специалиста по информатике включает примерно 60 кредитных часов курсовых работ, которые учащиеся выполняют за два года. Студенты заканчивают общеобразовательные классы наряду с базовыми курсами компьютерного программирования, дизайна программного обеспечения и языков программирования. Дополнительные варианты получения степени для начинающих программистов включают компьютерные информационные системы, информационные технологии и технологические исследования.
Карьера для выпускников младших курсов по программированию
Получение степени бакалавра
Степень бакалавра в области информатики, информационных технологий и смежных дисциплин обычно включает 120 кредитных часов курсовой работы. Студенты получают степень бакалавра за четыре года, а получение степени младшего специалиста занимает гораздо меньше времени. Учебные планы бакалавриата включают в себя ряд занятий по языкам, программам и приложениям наряду с курсами математики и инженерии.
Карьера для выпускников бакалавриата по программированию
Получение степени магистра
Чтобы получить степень магистра информатики, людям нужна степень бакалавра в соответствующей дисциплине. В магистерских программах часто подчеркиваются конкретные аспекты компьютерной инженерии, бизнеса или технологий, что позволяет студентам получить опыт в той части области, которая приносит им личную и профессиональную пользу. Степень магистра может длиться 1-3 года, в зависимости от того, завершают ли учащиеся курсовую работу по ускоренному, неполному или дневному графику.
Карьера для выпускников магистратуры по программированию
Получение докторской степени
Докторантура в области компьютерных наук ведет к карьере в академических кругах и на руководящих должностях в корпоративной среде. Чтобы поступить в докторантуру, студентам требуется как минимум степень бакалавра, но обычно степень магистра в смежной области. Курсовая работа в докторских программах, связанных с компьютером, развивает технические знания, исследовательские компетенции и навыки управления проектами. Докторантура по информатике различается по длине, часто в зависимости от требований исследования и диссертации.
Карьера для выпускников докторантуры в области компьютерного программирования

Разработчик программного обеспечения
Разработчики программного обеспечения исследуют, планируют, разрабатывают и тестируют программное обеспечение системного уровня для медицинских, промышленных, военных и сопоставимых вычислительных приложений. Они устанавливают и анализируют требования к программному обеспечению, применяя информатику, инженерию и математические принципы и методы.
Средняя годовая зарплата: 105 590 долларов США.

Получите опыт
Обладая опытом, профессионалы в области компьютерного программирования накапливают передовые знания и навыки, чтобы продвигаться в этой области и повышать свой потенциал заработка. Дипломы в области компьютерных наук и информационных технологий могут включать в себя возможность для студентов пройти стажировку и получить ценные технические знания. Позиции начального уровня предоставляют программистам основу для продвижения на должности среднего уровня за 1-4 года.
Компьютерные программисты также могут пройти учебные курсы по программированию, получить отраслевую сертификацию, присоединиться к другим программистам в онлайн-сетях и участвовать в независимых упражнениях, чтобы получить опыт. Проактивно изучая языки программирования, такие как Python, Ruby и Perl, и углубляя понимание сложных концепций программирования, компьютерные программисты позиционируют себя для продвижения в этой области.
Заработок с квалификацией
Помимо академической степени и практического опыта, программисты имеют возможность получить квалификацию в области языков программирования, безопасности информационных технологий и специализированных аспектов компьютерного программирования в целом.Не для всех вакансий требуются отраслевые сертификаты, но они значительно повышают карьерный рост и потенциал заработка.
Сертификационные программы часто включают занятия, учебные материалы и экзамены, которые предоставляются управляющим органом. Эти учетные данные не бесплатны, но в конечном итоге их стоимость окупается.
Компьютерное общество IEEE, входящее в состав Института инженеров по электротехнике и электронике, предлагает профессиональные сертификаты для компьютерных программистов. Профессионалы могут получить эти сертификаты при тестировании на проникновение, судебно-медицинском расследовании и этическом взломе в Международном совете консультантов по электронной торговле или EC-Council, ведущей профессиональной организации среди профессионалов в области информационных технологий и электронного бизнеса.
Типы карьеры в компьютерном программировании
Программисты могут работать в качестве специалистов службы поддержки, инженеров по программному обеспечению, системных аналитиков и сетевых архитекторов, все из которых зависят от образования и опыта. Ассоциированные степени позволяют программистам занимать должности веб-разработчиков, а степень бакалавра позволяет им работать системными менеджерами и администраторами.
Степень магистра в компьютерных дисциплинах позволяет профессионалам работать исследователями информационных технологий, а докторская степень в этой области позволяет им работать в академических, деловых, правительственных и других секторах на руководящем уровне.
Компьютерные программисты, по данным BLS, получают среднюю годовую зарплату, превышающую 84 000 долларов. Шкала заработной платы различается в зависимости от местоположения, должности и образования, но повышенный опыт и повышенная квалификация обычно повышают потенциал заработка.
Где я могу работать программистом?
Возможности трудоустройства для компьютерных программистов существуют вне зависимости от секторов экономики и географических границ. Этих профессионалов работают в крупных организациях и компаниях, а также в небольших стартапах. Компьютерные программисты также могут работать в качестве независимых фрилансеров, принимая работу по мере ее поступления.
Филиалы
Больше всего вакансий в Калифорнии, Техасе и Нью-Йорке. Крупные мегаполисы в каждом из этих трех штатов предоставляют программистам возможность работать в технологическом, деловом и государственном секторах.
Вашингтон является самым высокооплачиваемым регионом для компьютерных программистов, занимая четвертое место в рейтинге самых высокооплачиваемых мегаполисов для программистов в районе Сиэтл-Такома. Округ Колумбия с обширными технологиями и возможностями карьерного роста в правительстве предлагает дополнительные высокооплачиваемые возможности карьерного роста.
5 Новый Йорк
Штаты с наивысшим уровнем занятости программистов (приложения) Количество занятых программистов (приложений)
Калифорния 29,740
Техас
15,380
Иллинойс 11350
Флорида 10,390
Настройки
Компании и организации, предлагающие услуги по проектированию компьютерных систем и издательству программного обеспечения, используют наибольшее количество компьютерных программ в Соединенных Штатах .За пределами технологического сектора компьютерные программисты работают в сфере бизнеса и управления для компаний и предприятий, правительств штатов и в образовательных учреждениях.
Однако наиболее высокооплачиваемые должности компьютерных программистов существуют в малых и крупных организациях, занимающихся организацией поездок и бронированием, производством и финансовыми услугами.
Работа фрилансером
Программисты-фрилансеры обладают гибкостью и возможностью выбора в отношении работы, задач и обязанностей.Программисты, обладающие специальными навыками, могут продавать свои услуги корпорациям, предприятиям и организациям, соблюдая график, который наилучшим образом соответствует их потребностям. Работа фрилансером также может позволить работать удаленно, в зависимости от должности.
С другой стороны, внештатная работа непредсказуема и обычно исключает медицинское страхование и другие льготы. Такие службы, как Upwork и Fiverr, связывают внештатных компьютерных специалистов с потенциальными работодателями, расширяя их возможности трудоустройства.
Профессиональный прожектор
Сунил Коулги
Сунил Коулги – основатель стартапа и программист с 13-летним опытом работы в индустрии программного обеспечения.Он работает в сфере видео и создал Outklip, который помогает людям создавать быстрые, отточенные видеоуроки и демонстрации для YouTube. До Outklip Коулги семь лет работал разработчиком программного обеспечения в National Instruments, крупной технологической компании, расположенной в Остине, штат Техас.
Он работал над различными видами программного обеспечения, включая системное программное обеспечение, веб-разработку, разработку мобильных приложений и создание сетей, на различных языках программирования, от C / C ++ до Javascript. Ковлги имеет степень магистра компьютерной инженерии в Университете штата Остин, а также степень бакалавра в области электротехники.
Почему вы решили заняться компьютерным программированием?
Я познакомился с компьютерным программированием в шестом классе в 1990-х годах. Класс был основан на языке программирования Logo, на котором вы пишете команды для рисования на экране компьютера.Мне нравилось программировать в Logo, потому что я мог создать любую фигуру или фигуру из своего воображения. Для финального проекта я создал инопланетного робота, и хотя учитель попросил только программу, я также представил короткий рассказ об инопланетном роботе. Учитель дал мне хорошую оценку по компьютерной программе и дал мне бонусные баллы за рассказ. Из того первоначального опыта я понял, что программирование – это увлекательное занятие и отличный способ выразить свое воображение.
Позже я посещал уроки программирования в средней школе и колледже, но еще не думал о карьере программиста.Во время работы над проектом на последнем курсе колледжа я понял, что мне нравится программировать и я хорошо в этом разбираюсь. Этот проект отличался тем, что он был полностью самостоятельным – я придумал проектное предложение и сам написал 1000-1500 строк кода, и проект работал довольно хорошо. Проект состоял в эмуляции программного протокола CAN, который используется для связи между устройствами в автомобилях.
Например, ваш автомобиль издает звуковой сигнал, когда дверь открыта, потому что датчик в двери отправляет сообщение CAN на компьютер автомобиля.После проекта я был уверен, что хочу работать программистом, и с тех пор этим и занимаюсь.
С какими самыми большими проблемами вы столкнулись, работая в компьютерном программировании?
Самые большие проблемы, с которыми я столкнулся, связаны со сложными кодовыми базами, написанными в соавторстве со многими программистами. Примером сложной кодовой базы может быть программный код для браузера Chrome, состоящий из сотен тысяч, если не миллионов строк кода.
Работая со сложным программным обеспечением, вы редко когда-либо пишете код с нуля. Даже когда компания решает создать совершенно новый продукт, вы начинаете с повторного использования существующего программного кода и изменения кода в соответствии с требованиями продукта. Чтобы изменить код, вам сначала нужно его понять.
Когда дело доходит до понимания существующей кодовой базы, возникают две проблемы. Первая проблема заключается в том, что люди, пишущие программное обеспечение, сосредоточены на том, чтобы продукт работал, в то время как о том, чтобы сделать код понятным, обычно думают позже.Но со временем, и программное обеспечение повторно используется другими людьми, не знакомыми с кодом, понятность кода начинает иметь значение. Если код трудно понять, программисты, плохо знакомые с кодом, могут в конечном итоге внести ошибки. Неспособность правильно понять код перед его повторным использованием является одной из наиболее распространенных причин ошибок программного обеспечения.
При работе со сложной базой кода вам необходима документация, описывающая архитектуру кода и принцип работы кода. В большинстве случаев проблема заключается в том, что документация либо устарела, поскольку не обновлялась по мере обновления кода программного обеспечения, либо не содержит всей информации.Отсутствие хорошей документации снижает вашу способность правильно понимать и использовать код.
Какие аспекты наиболее полезны?
Когда я вижу, что мои программные продукты помогают кому-то добиться успеха в том, что они делают, это самое приятное чувство. Пользователи снимают видео, используя мое программное обеспечение, чтобы обучать других криптовалюте, испанскому языку и навыкам решения математических задач, среди прочего, и эти видео достигли десятков тысяч подписчиков.Это здорово – помогать пользователям доставлять отличный видеоконтент своей аудитории.
Было ли сложно найти работу в поле?
Когда я закончил колледж в 2000-х, у меня было много вакансий в области программного обеспечения, и это все еще актуально даже сегодня. Но было немного сложно найти работу в конкретной нише, которую я предпочитал, которая была связана с написанием программного обеспечения для драйверов устройств (программного обеспечения, которое взаимодействует с электронным оборудованием).
Мне посчастливилось наткнуться на рекламу компании Kyocera Wireless, которая занималась разработкой программного обеспечения для мобильных телефонов, и я нашел там работу.
Как выглядела ваша карьера после получения степени?
Моя первая работа в области программного обеспечения была в Kyocera Wireless в качестве программиста начального уровня, где я писал программное обеспечение на языке C для мобильных телефонов. Это было до того, как iPhone появился на рынке.Я проработал там два года, а затем взял перерыв, чтобы получить степень магистра компьютерной инженерии в Техасском университете в Остине.
После получения степени магистра я семь лет проработал программистом в National Instruments в Остине. Там я работал над программным обеспечением драйверов устройств на C ++ для микропроцессоров и печатных плат. Самая лучшая часть работы в National Instruments была в компании действительно умных программистов, у которых я многому научился. Эта среда помогла мне развить навыки и уверенность, чтобы делать более амбициозные дела, например, создавать стартап по разработке программного обеспечения.
Последние четыре года я работаю над стартапами в видео пространстве. Я создавал приложения для Android, веб-приложения и серверное программное обеспечение на Java и Javascript. Сегодня у меня есть программный продукт под названием Outklip, который используют более 2000 человек (и их число растет) для создания обучающих программ, демонстраций и игровых видеороликов для YouTube.
Как вы организуете, планируете и расставляете приоритеты в своей работе?
Кодирование очень похоже на игру.Вы заранее планируете, затем пишете код и видите результаты. Затем спланируйте еще что-нибудь, напишите еще код и так далее. Это постепенный процесс, в котором вам нужно пройти уровень, чтобы перейти на следующий уровень, и здесь нет чит-кодов. Вы должны разрабатывать код поэтапно, иначе он не будет работать правильно.
Прежде чем писать какой-либо код, я прорабатываю все на бумаге или доске. Запись помогает прояснить мои мысли. Именно на бумаге я придумываю план того, чего хочу достичь.
Я рисую диаграммы для представления данных, последовательностей выполнения кода и архитектуры кода. Как только я понял, как я собираюсь решать проблему, я начинаю кодировать самые простые части. Я пишу минимум кода, чтобы получить ощутимый результат – например, базовую веб-страницу, которую я могу видеть и с которой я могу взаимодействовать, – а затем повторяю циклы плана и кода до завершения.
Совет новичкам в профессии?
Программирование – это навык, который вы приобретаете на практике.Работаем над проектами. Это лучший способ учиться. Учебники полезны после того, как вы уже немного поработали кодированием; они лучше всего подходят для улучшения вашего понимания и улучшения ваших знаний о программировании.
Чтобы улучшить свои навыки, поищите в Интернете примеры кода, настройте их и бегите, чтобы увидеть результаты. Продолжайте изменять код, пока не получите желаемых результатов. Если вы повторите этот цикл, начиная с примеров и заканчивая чем-то классным, вы на пути к тому, чтобы стать очень эффективным программистом.
Непрерывное образование для компьютерных программистов
Программистам необходимо быть в курсе тенденций программирования и технологических инноваций. Для программистов нет лицензий, но сертификаты, подобные тем, которые предлагает Совет ЕС, истекают через три года. Программисты должны пройти повторную аттестацию, участвуя в программе повышения квалификации организации.
Программисты могут продолжить образование и профессиональное развитие в колледжах и университетах, профессиональных организациях и ассоциациях.CompTIA, ведущая организация для профессионалов в области информационных технологий, предлагает программу непрерывного образования, а также различные варианты сертификации и обучения.
Перспективные программисты могут получить представление о поле и требованиях к должностям, связанным с компьютерами, через такие веб-сайты, как TechBeacon, подкасты, такие как Core Intuition, и сетевые сайты, такие как Stack Overflow. Хакатоны, подобные тому, который ежегодно проводится Major League Hacking, предлагают программистам еще больше возможностей продемонстрировать, отточить и улучшить свои знания и навыки.
Как мне найти работу в компьютерном программировании?
Будущие программисты могут найти работу во время стажировок и других мероприятий, проводимых во время обучения. Карьерные услуги в университетских городках и колледжах также помогают с трудоустройством. Кампусы могут спонсировать ярмарки вакансий и напрямую знакомить студентов с работодателями.
Профессиональные организации также часто предоставляют центры карьеры и списки вакансий для начинающих и практикующих программистов.Сетевые возможности дают компьютерным программистам прямой доступ к потенциальным вакансиям. Ежегодные конференции и онлайн-общение связывают компьютерных программистов с потенциальными работодателями. На конференциях крупные компании и агентства также могут проводить собеседования и предоставлять участникам информацию о вакансиях и приемах на работу.
Профессиональные ресурсы для программистов
Программисты могут получить доступ к множеству ресурсов в Интернете, многие из которых получены через профессиональные ассоциации и организации.Членство в группе, связанной с компьютерным программированием, создает сети из студентов-единомышленников, практиков и ученых в этой области, что позволяет сотрудничать и общаться.
Публикации, информационно-пропагандистские инициативы, списки вакансий и программы непрерывного образования также предоставляют членам доступ к самой последней информации в этой области. Точно так же членство в профессиональной ассоциации или организации также увеличивает резюме кандидатов, подтверждая их способности и присутствие в более широком сообществе компьютерных программистов.

Ассоциация вычислительной техники ACM объединяет профессионалов в области вычислительной техники, преподавателей и ученых со всего мира, продвигая лидерство и высокие стандарты в этой области. ACM является аффилированным лицом со студенческими и профессиональными отделениями, предлагая возможности для обучения, учебный центр, обновления государственной политики и ресурсы для публикаций. Члены ACM получают доступ к центру карьеры и трудоустройства, одной из 37 специализированных групп организации, а также к практическим возможностям волонтерства.

IEEE Computer Society Посвященное предоставлению информации и вдохновению в области компьютерных наук и инженерии, IEEE Computer Society имеет обширную цифровую библиотеку. Он также предоставляет образовательные программы и предлагает новости и обновления исследований в публикациях. Преподаватели, практики, студенты и отраслевые члены компьютерного сообщества IEEE имеют доступ к карьерным ресурсам и признанию, профессиональным сетевым возможностям и форумам для сотрудничества и инноваций.

Ассоциация женщин в вычислительной технике AWC, основанный в 1978 году, продвигает роль женщин в компьютерных профессиях. AWC с отделениями по всей стране и индивидуальным членством придерживается этического кодекса, выдвинутого Институтом сертификации компьютерных профессионалов. Члены получают ресурсы для профессионального общения, непрерывного образования и наставничества.

Ассоциация компьютерных исследований CRA, в состав которой входят более 200 вычислительных исследовательских организаций, работает с более широким исследовательским сообществом, чтобы способствовать изменениям и инновациям в этой области и в обществе в целом.CRA расширяет возможности компьютерных исследований в промышленности, правительстве и образовании, предоставляя обновленные данные и политику, информацию об исследовательских инициативах, конференциях и семинарах, а также ресурсы для карьерного роста.

Международная ассоциация веб-профессионалов IWA устанавливает стандарты образования и сертификации для веб-профессионалов в 100 отделениях, представляющих более 300 000 человек по всему миру. Программы сертификации включают в себя дизайнера сайта, администрирование сервера и специализацию базы данных.IWA также предоставляет отраслевые обновления для веб-профессионалов.

От кодирования к глубокому обучению Паоло Перротта
От кодирования к глубокому обучению
Паоло Перротта
Вы решили заняться машинным обучением – потому что вы работаете охота, запуск нового проекта или просто подумайте, что беспилотные автомобили здорово. Но с чего начать? Испугаться легко, даже если разработчик программного обеспечения. Хорошая новость в том, что это не обязательно жесткий.Освойте машинное обучение, создавая код по одной строке за раз, начиная с от простых обучающих программ до настоящей системы глубокого обучения. Решайте сложные темы, разбивая их так, чтобы их было легче понять и укрепить уверенность в себе, пачкая руки.
Напечатано в полном цвете.
Смотрите видео
Удалите мрак машинного обучения, начав с нуля и вплоть до глубокого обучения. Машинное обучение может быть пугающе, поскольку в нем используются математика и алгоритмы, которые программисты не встречаются в своей обычной работе.Взять в руки подход, написав код Python самостоятельно, без каких-либо библиотек для скрыть, что происходит на самом деле. Итерируйте свой дизайн и добавляйте слои сложности по мере продвижения.
Создайте приложение для распознавания изображений с нуля с контролируемым обучение. Предскажите будущее с помощью линейной регрессии. Погрузитесь в градиент descent, фундаментальный алгоритм, который управляет большей частью машинного обучения. Создавайте перцептроны для классификации данных. Создавайте нейронные сети для решения более сложные и сложные наборы данных.Тренируйте и улучшайте те сети с обратным распространением и пакетной обработкой. Сложите нейронные сети, устраните переоснащение и добавьте свертку, чтобы преобразовать нейронные сеть в настоящую систему глубокого обучения.
Начните с самого начала и кодируйте свой путь к мастерству машинного обучения.
Что вам нужно
Примеры в этой книге написаны на Python, но не беспокойтесь, если вы не знаете этого языка: вы получите весь Python, который вам нужен, очень быстро. Кроме того, вам понадобится только компьютер, а умеющий кодировать мозг.
ресурсов
Выпуски:
P2.0 31.03.2021
P1.0 24.03.2020
B14.0 2020/03/09
B13.0 30.01.2020
Как это черт возьми Возможный?
От нуля до распознавания изображений
Как работает машинное обучение
Ваша первая программа обучения
Знакомство с проблемой
Кодирование линейной регрессии
Добавление смещения
Что вы только что узнали
Практическое занятие: настройка скорости обучения
Прогулка по градиенту
Наш алгоритм не помогает
Градиентный спуск
Что вы только что узнали
Практика: перестрелка на базовом лагере
Гиперпространство!
Добавление дополнительных размеров
Матрица Math
Обновление учащегося
До свидания, уклон
Заключительный тест-драйв
Что вы только что узнали
Практикум: полевой статистик
Различительная машина
Когда линейная регрессия не работает
Вторжение сигмоидов
Классификация в действии
Что вы только что узнали
Практика: важные решения
Getting Real выдержка
Сначала данные
Наша собственная библиотека MNIST
Настоящая вещь
Что вы только что узнали
Руки на: хитрые цифры
Последний вызов
Going Multiclass
Момент истины
Что вы только что узнали
Hands On: Сапер
Персептрон
Войдите в персептрон
Сборка персептронов
Где не работают персептроны
Повесть о персептронах
Нейронные сети
Проектирование сети
Сборка нейронной сети из персептронов
Вход в Softmax
Вот план
Что вы только что узнали
Руки: сетевые приключения
Построение сети
Кодирование прямого распространения
Кросс-энтропия
Что вы только что узнали
Практика: тестирование путешествия во времени
Обучение сети
Дело для обратного распространения
От цепного правила к обратному распространению
Применение обратного распространения ошибки
Инициализация весов
Готовая сеть
Что вы только что узнали
Руки вперед: неправильное начало
Как работают классификаторы
Трассировка границы
Преодолевая границы
Что вы только что узнали
Практика: данные из ада
Batchin ’Up
Обучение, визуализация
Партия за серией
Общие сведения о партиях
Что вы только что узнали
Hands On: самая маленькая партия
Дзен испытаний
Угроза переобучения
Загадка тестирования
Что вы только что узнали
Практическое занятие: размышления о тестировании
Давайте займемся разработкой
Подготовка данных
Настройка гиперпараметров
Последний тест
Практика: достижение 99%
То, что вы только что узнали… и дорога вперед
Глубокое обучение
Более глубокая сеть
Набор данных ехидны
Построение нейронной сети с помощью Keras
Глубоко
Что вы только что узнали
Руки на: детская площадка Керас
Победа над переоснащением
Объяснение переобучения
Регламентация модели
Набор инструментов для регуляризации
Что вы только что узнали
Практика: все просто
Укрощение глубоких сетей
Общие сведения о функциях активации
По ту сторону сигмовидной железы
Добавьте больше хитростей в вашу сумку
Что вы только что узнали
Руки вперед: вызов 10 эпох
Beyond Vanilla Networks
Набор данных CIFAR-10
Строительные блоки CNN
Выполнение сверток
Что вы только что узнали
Практическое занятие: изобилие гиперпараметров
В глубину
Рост глубокого обучения
Неоправданная эффективность
Где сейчас?
Ваше путешествие начинается
Автор
Паоло Перротта – путешествующий наставник по программному обеспечению.Он написал «Метапрограммирование на Ruby» для прагматичных программистов. популярный тренинг «Как работает Git» для Pluralsight. Он много говорит – на конференций и, по словам его друзей и семьи, в значительной степени где-нибудь еще.
Программирование HMI – Что такое HMI, программное обеспечение и системы HMI
Функциональность HMI | Основные и дополнительные функции

Самый простой HMI позволяет оператору видеть текущий статус конкретного процесса. Представьте на секунду, что у вас есть шлифовальный станок, который можно запускать и останавливать нажатием любой кнопки.Можно создать HMI, чтобы дать визуальную индикацию текущего состояния машины: остановлен или работает . Однако ПЛК может получить гораздо больше информации от этой машины, в зависимости от потребностей операции. Следовательно, HMI может использоваться для передачи этой информации оператору и позволяет ему принимать более обоснованные решения в отношении процесса.
Представьте себе, что один и тот же шлифовальный станок способен производить отказы. Он может остановиться из-за недостаточного обслуживания (низкий уровень масла), непредвиденной поломки (застревание на входе) или ошибки оператора (открыта защитная дверца).Каждое из этих состояний неисправности отображается светодиодом непосредственно на электрической панели. Поскольку у нас есть эта информация, мы можем добавить ее в HMI, чтобы предоставить оператору более детализированный механизм обратной связи, который устранит неотъемлемую ошибку.
Теперь представьте, что машина имеет множество функций, которые может настраивать оператор. Это может включать настроек скорости, температуры, темпа и т.д. . Раньше каждую из этих настроек регулировали с помощью ряда потенциометров.Теперь большинство из них можно изменить прямо с HMI. Мы хотим вкратце отметить, что хорошая практика проектирования HMI диктует, что определенные функции HMI могут быть ограничены для разных пользователей. Например, оператор должен иметь возможность запускать, останавливать и выбирать скорость машины. У них не должно быть возможности изменять настройки в зависимости от температуры, которая может повлиять на конечный продукт. Эта настройка может быть разрешена только руководителю или персоналу инженерного уровня. Подробнее об этом позже.
Наконец, человеко-машинный интерфейс может включать расширенные функции процесса, такие как управление партиями , управление рецептами, состояние линии и многое другое. .
-> Учебное пособие по ПЛК и HMI по лестничной логике резервуара
По мере того, как HMI становились все более мощными, они начали переходить от управления отдельной машиной к схемам управления в масштабах всего предприятия, которые иногда называют диспетчерским управлением и сбором данных или SCADA системы. Есть серая линия, на которой HMI будет считаться системой SCADA, но для вашего понимания, а HMI будет управлять одной производственной линией.Напротив, система SCADA будет контролировать всю территорию или весь завод.
HMI System Efficiency

HMI Дизайн легко понять, но сложно освоить. Хорошо спроектированный HMI позволил бы пользователю этой области иметь доступ к нужной информации и управлению без необходимости перепрыгивать через множество препятствий.
Другими словами, дизайн должен включать элементы, которые необходимы оператору, и исключать те, которые не нужны. Более того, когда дело доходит до компоновки каждого типа экрана, эффективность выражается в лучших практиках проектирования HMI.
На этапе разработки HMI и программирования HMI проекта системной интеграции вы должны учитывать следующие важные аспекты проектирования:
Имеются ли кнопки подходящего размера?
Можно ли получить доступ к каждому экрану без лишних циклов навигации?
Можно ли запускать и останавливать процесс с любого соответствующего экрана?
Можете ли вы изменить рецепт, который в данный момент не запущен?
Дизайн HMI | Просто и интуитивно понятно

Сложность создания действительно продвинутого HMI состоит в том, чтобы поставить себя на место человека, использующего ваши экраны.
Опытный программист HMI примет во внимание ограниченные знания оператора, когда дело касается систем, управляющих различными машинами, создаст удобное меню навигации и позволит пользователю быстро переходить к критическим элементам.
Кроме того, последовательность операций в системе останется согласованной и сохранит подробные детали, которые позволят пользователю с легкостью изучить работу с HMI. Наконец, дизайн системы должен имитировать реальную систему в достаточной степени, чтобы пользователю было удобно пользоваться интерфейсом без необходимости доступа к дополнительной информации.Это может включать соответствующие названия машин на полу, значки, которые легко понять, и символы, которые точно представляют активы завода.
Программное обеспечение HMI | FactoryTalk View Studio

В мире систем управления Allen Bradley FactoryTalk View Studio – это среда разработки программного обеспечения для человеко-машинного интерфейса. Вы можете думать об этом программном обеспечении как о HMI-эквиваленте RSLogix или Studio 5000. FactoryTalk View Studio поставляется в нескольких вариантах пакетов HMI Development, включает в себя множество инструментов и может поддерживать программирование HMI сайтов различного масштаба и потребностей.
FactoryTalk View Studio Machine Edition [ME]

Версия FactoryTalk Studio Machine Edition – это наиболее широко используемый вариант программного обеспечения. Он используется для программирования автономных терминалов HMI серии PanelView и PanelView Plus. Мы обсудим оборудование немного дальше в этом руководстве. Программное обеспечение Machine Edition будет развернуто на терминалах, которые будут взаимодействовать только с ПЛК на полу и работать без необходимости в дополнительном оборудовании.
FactoryTalk View Studio ME обычно развертывается на небольших предприятиях или на отдельном оборудовании, таком как упаковщик ящиков, паллетоукладчик и т. Д. Производители оригинального оборудования (OEM) обычно разрабатывают приложение, которое будет управлять их машиной без необходимости связываться с каким-либо оборудованием, внешним по отношению к их системе. Версия программного обеспечения ME – отличный выбор.
FactoryTalk View Studio Site Edition [SE]

Версия Site Edition FTView Studio используется для развертывания распределенных приложений, которые обычно контролируют весь объект .Однако в пакете программного обеспечения HMI Site Edition пользователю предлагаются три различные версии.
Первый вариант – это создать автономный клиент, который будет работать на ПК с Windows
Второй вариант – создать распределенную сетевую архитектуру, которая будет извлекать данные из серверного приложения и распространять их среди клиентов. производственный цех.
Третий вариант включает в себя схему сети, которая будет содержать несколько экранов HMI, которые будут объединены в сеть для обеспечения лучшего взаимодействия с операторами в зале.
FactoryTalk View Site Edition обычно используется на более чем крупных объектах, способных поддерживать высокодоступную сетевую инфраструктуру . Этот программный пакет может собирать данные с нескольких ПЛК, линий и машин. Он имеет функции резервирования, автоматически заменяет вышедшие из строя серверы и распределяет экраны HMI по всему помещению в соответствии с настройками инженеров-проектировщиков.
Как выбрать между FTView ME и SE для нового проекта

Часто задаваемый вопрос, который мы получаем и который должен разъяснить нашим клиентам, желающим развернуть решения HMI, связан с FactoryTalk View ME по сравнению с SE.Суть в том, что у ME низкие первоначальные вложения, но стоимость каждого терминала выше. С другой стороны, SE имеет высокие фиксированные начальные затраты на сервер и лицензии для развертывания, но он значительно дешевле, чем альтернатива ME.
Основываясь на ценах на терминалы, мы используем практическое правило: если вы хотите развернуть менее 10 терминалов, это будет стоить меньше для ME; в противном случае SE – экономичное решение.
При этом на процесс выбора могут влиять и другие факторы.Например, многие из наших клиентов после развертывания будут использовать сервер для других функций. Они также сократят время ремонта терминала SE и смогут развернуть дополнительные HMI намного быстрее, чем могли бы в противном случае.
-> Прочтите наше полное руководство по выбору идеального программного обеспечения для ваших нужд
Аппаратное обеспечение HMI | Выбор терминалов HMI

Приложения, созданные для терминалов HMI, потребуют различного оборудования в зависимости от их природы.Исходя из нашего опыта, HMI обычно развертываются на одном из трех типов оборудования:
Решение HMI на базе ПК – персональный компьютер промышленного уровня реализован с Windows или промышленным вариантом операционной системы, таким как Windows IoT или Ядро Linux.
Выделенное решение HMI – каждый поставщик (например, Allen Bradley, Siemens, Automation Direct) имеет специальное разрешение, на котором предварительно установлено программное обеспечение HMI. Эти терминалы могут запускать только программное обеспечение, разработанное с помощью инструментов соответствующих поставщиков.Например, терминал PanelView Plus будет запускать только приложение, созданное в FactoryTalk View Studio ME.
Распределенное решение HMI – аналогично выделенной версии, каждый поставщик должен указывать оборудование, которое способно запускать их распределенную версию инструментов. Примером этого может быть ThinManager от Аллена Брэдли. Это распределенное решение будет определять спецификации оборудования, необходимого для его работы.
Терминалы PanelView и PanelView Plus

Автономные линии экранов HMI Allen Bradley – это терминалы PanelView и PanelView Plus.Эти HMI-терминалы прочны, способны работать без перебоев и предварительно загружены программным обеспечением, необходимым для запуска приложений FactoryTalk View Studio ME из коробки. Как упоминалось выше, автономный терминал – это самый быстрый путь к выводу терминала HMI на производственный участок, поскольку он предварительно настроен с правильным программным обеспечением. Однако недостатком такой возможности является стоимость терминала. Вообще говоря, автономный терминал будет стоить значительно дороже, чем распределенный клиент.
Панели от Allen Bradley выпускаются в нескольких вариантах. В зависимости от потребностей объекта инженеры могут выбрать плату с внешними кнопками, монохромную или RGB-цветную гамму, разную ширину, различные программные пакеты, позволяющие подключать один или несколько ПЛК, и многое другое.
Начало работы в программировании и разработке HMI
По мере того, как программисты ПЛК приобретают опыт программирования контроллера, им, естественно, требуется интерфейс, который имитировал бы определенные элементы.В этом разделе мы обсудим типичный путь обучения тому, как начать разработку HMI, а также порекомендуем несколько терминалов начального уровня, которые следует рассмотреть для использования с их ПЛК.
FactoryTalk View Studio ME Edition

Как обсуждалось выше, FactoryTalk View Studio Machine Edition широко используется на многих заводах в Северной Америке. Это решение позволяет пользователю создавать приложения, которые будут развернуты на автономных терминалах PanelView и PanelView Plus.Кроме того, FactoryTalk View Studio позволяет пользователю моделировать все приложение с помощью программного обеспечения для разработки и экспериментировать с различными конфигурациями, прежде чем загружать его в терминал. По этим причинам является рекомендуемым путем к изучению разработки HMI .
Во-первых, установите программное обеспечение и сначала ознакомьтесь с основными инструментами для рисования . Эти инструменты похожи на то, что вы видите в программах для визуального дизайна, таких как Microsoft Paint, но создают другой способ взаимодействия с элементами.
Во-вторых, создает базовые структуры ввода и вывода, связанные с процессом на основе ПЛК. Проект для начинающих может заключаться в создании простой системы уличного освещения, которая позволила бы пользователю начать процесс и отображать соответствующий уличный фонарь в зависимости от направления дороги.
В-третьих, как только вы освоитесь с этим, мы рекомендуем изучить промежуточные функции терминала HMI. В реальном приложении пользователь должен разработать систему навигации, способ ввода экранов на основе нажатия кнопок и / или значков, способ отображения общих неисправностей системы и многое другое. .
Расширенные функции автономного терминала HMI могут включать в себя сигналы тревоги, сообщаемые системой, систему безопасности , основанную на разрешениях для пользователей, серию элементов, которые скрыты от оператора, но доступны для группы обслуживания, и т. Д. .
Овладение программированием HMI потребует от вас развития навыков проектирования в дополнение к техническим. Профессиональные разработчики HMI будут создавать приятные для глаз макеты, отражающие состояние системы.
Например, это может означать разницу между вводом числового значения уровня в резервуаре и отображением фактического уровня на шкале наполнения.

Начальный уровень (0-12 месяцев)	51 236 долларов США
Ранняя карьера (1-4 года)	56 175 долларов США
Средняя карьера Годы)	69 578 долларов США
Опытные (10-19 лет)	77 697 долларов США

Штаты с наивысшим уровнем занятости программистов (приложения)	Количество занятых программистов (приложений)
Калифорния	29,740
Техас

15,380
Иллинойс	11350
Флорида	10,390