Optymalizacja w sterowaniu i podejmowaniu decyzji

Magdalena Sylwia Żurawska, Teresa Zielińska

Skrypt poświęcony jest szeroko pojętym zagadnieniom optymalizacji, których znajomość jest niezbędna w praktyce inżynierskiej. Pierwszą część poświęcono sterowaniu optymalnemu dynamicznych układów sterowania. Omówiono zasadę minimum Pontriagina i pokazano jej uzasadnienie z wykorzystaniem rachunku wariacyjnego. Wykazano równoważność zasad Pontriagina i Hamiltona-Jakobiego-Bellmana. Omówiono warunki optymalności dla zadań z czasem swobodnym i zadań z zadanym czasem. Podano przykłady zadań z ich rozwiązaniami i zamieszczono przykłady do samodzielnego rozwiązania. Opisano też metodę rozwiązywania zadań optymalizacji obiektów liniowych z kwadratowym wskaźnikiem jakości. W zakresie sterowania optymalizującego wskaźniki jakości niniejszy skrypt ma na uwadze głównie wielowymiarowe i liniowe układy sterowania o statycznych (stałych, niezależnych od czasu) macierzach stanu, wejść i wyjść, a także macierzach bezpośredniej transmisji sterowań. Odpowiednie ukształtowanie sterowań pozwala uzyskać spełnienie przyjętego kryterium optymalności. Sterowanie optymalne można realizować tylko w takich układach, na których zachowanie jesteśmy w stanie wpływać, a więc w układach stabilnych i sterowalnych. Na poziomie wykonawczym pożądane sterowania można zrealizować tylko wtedy, gdy odpowiednio dobrane regulatory zapewniają dobrą dokładność odtwarzania wartości zadanych. W praktyce często stosowane są liniowe regulatory PID ze względu na ich prostotę realizacji i stosunkowo dobrą jakość regulacji. W opracowaniu przedstawiono eksperymentalną metodę doboru nastaw regulatora PID, mając na uwadze sterowanie powszechnie stosowanymi silnikami elektrycznymi. Powtórzenie wybranych zagadnień z podstaw sterowania, łącznie z zagadnieniami stabilności i metodą doboru nastaw regulatora podane są w początkowej części pracy. Definicja stabilności w sensie Lapunowa i metody Lapunowa badania stabilności dotyczą zarówno układów liniowych, jak i nieliniowych. W nawiązaniu do wyznaczania sterowań optymalnych przedstawiona jest metoda programowania dynamicznego wywodząca się z zasady optymalności Bellmana. Podana jest także, wywodząca się z programowania dynamicznego, metoda wyznaczania optymalnych dróg w grafach i metoda optymalizacji dyskretnej dla dyskretnych zadań sterowania, łącznie z przykładami obliczeniowymi. Końcowa część skryptu poświęcona jest zagadnieniom podejmowania decyzji optymalnych w warunkach niepewności. Przedstawiono szereg metod dotyczących wyboru postępowania. Podstawy teoretyczne ilustrowane są licznymi przykładami. Przekazane w tej części wiadomości są przydane zarówno do prowadzenia samodzielnej działalności zarządzającej, jak też mogą być wykorzystywane w planowaniu działań różnych urządzeń, np. robotów.

Projektowanie innowacyjnych rozwiązań we współpracy z klientami

Małgorzata Krwawicz, Mariusz Kostrzewski

Autorzy postawili tezę wskazującą na to, że współtworzenie rozwiązań z klientami może przyczynić się do uzyskania rozwiązań, które lepiej spełnią oczekiwania ich użytkowników, a tym samym przyczynią się do wzrostu poziomu ich satysfakcji. Zawarty w podręczniku opis metod, technik i narzędzi przybliża od strony teoretycznej i praktycznej poszczególne etapy współdziałania z klientami i użytkownikami. Wspomniane metody, techniki i narzędzia warto traktować jako wzajemnie dopełniające się. Uzyskany efekt synergii skutkuje wypracowaniem spójnej idei, pomysłu, wreszcie produktu. Podręcznik ten jest predestynowany osobom, których wolą jest dbałość o własny warsztat metodyczny - zarówno pracownikom dydaktycznym, badawczo-dydaktycznym, jak i studentom oraz doktorantom chętnym do samodzielnej rozbudowy gamy umiejętności, jakie mogą zostać "odkryte" podczas zastosowania danych metod, technik i narzędzi. Zawartość podręcznika może zainteresować osoby, które skłonne są zwrócić się w kierunku projektowania partycypacyjnego, a także te, które dbają o najwyższą jakość edukacji przy jednoczesnym angażowaniu form kształcenia urozmaicających i czyniących zajęcia, szkolenia i warsztaty jeszcze bardziej atrakcyjnymi, nastawionymi na pogłębioną współpracę. Zamiarem autorów jest zachęta do dbałości o rozwój wedle koncepcji T-shaped. Jest to metafora używana do opisania zdolności osób (pionowy odcinek lite ry T symbolizuje ugruntowaną wiedzę specjalistyczną w danej dziedzinie lub dziedzinach, podczas gdy poziomy odcinek litery T obrazuje wiedzę ogólną, przekrojową, zdolność do wykorzystania wiedzy kryjącej się obszarach specjalizacji innych niż własne/-a, umiejętność efektywnej komunikacji np. z ekspertami z innych dziedzin i dzielenia się wiedzą oraz umiejętności negocjacyjne). Korzystanie z podręcznika ułatwia struktura jego poszczególnych rozdziałów, która obejmuje określenie celu metody, przedstawienie instrukcji jej stosowania, zaprezentowanie przykładowego wykorzystania metody, zdefiniowanie polecenia wykonania ćwiczenia, wskazanie zakresu zastosowania metody (w ujęciu podmiotowym, przedmiotowym, określenie rodzaju celu i horyzontu czasu), podanie metod alternatywnych i zbliżonych wobec przedstawianej w danym rozdziale oraz zawiera źródła odnoszące się do treści danego rozdziału. Taka struktura rozdziałów zdecydowanie wyróżnia opracowanie na tle innych dostępnych, gwarantując przejrzystość podręcznika, a tym samym ułatwia korzystanie z metod.

Modelowanie numeryczne wybranych zagadnień natryskiwania cieplnego

Tomasz Chmielewski

Metody natryskiwania termicznego są jednymi z najbardziej uniwersalnych technik nanoszenia materiałów powłokowych na materiał podłoża. Umożliwiają one wytwarzanie warstw metalicznych, ceramicznych, jak i kompozytowych, zarówno na podłożach metalicznych, jak i ceramicznych. Niekorzystny stan naprężeń własnych zarówno w powłoce, jak też na granicy powłoki i podłoża, może mieć decydujący wpływ na trwałość eksploatacyjną wytwarzanych powłok i warstw. Ocena stanu naprężeń w natryskiwanych powłokach i wytwarzanych warstwach prowadzona jest metodami analitycznymi, eksperymentalnymi oraz z wykorzystaniem analiz numerycznych. W monografii omówiono założenia do budowy modelu komputerowego układu powłoka metalowa-podłoże ceramiczne pod kątem analizy naprężeń powstałych w procesie natryskiwania termicznego powłok. Na ich podstawie zbudowano model komputerowy (oparty na metodzie elementów skończonych) w celu analizy i prognozowania naprężeń w otrzymywanych powłokach. Zamieszczono także wyniki wpływu prędkości uderzenia cząstki oraz rodzaju materiału powłokowego (Cu, Ti) i podłoża (ceramika Al2O3, żelazo) na deformację cząstki, rozkład pola temperatury oraz pola naprężeń w analizie obejmującej fazę tworzenia się powłoki. Określono wpływ ilości zastosowanych podwarstw, z których składa się powłoka, na wielkość i rozkład naprężeń własnych w powłoce po jej utworzeniu i ochłodzeniu do temperatury otoczenia. Zbudowane modele komputerowe weryfikowano poprzez pomiary wygięcia próbek po procesie natryskiwania termicznego oraz analityczne obliczenia naprężeń w powłokach na podstawie ich krzywizny wygięcia.

Informatyka a filozofia. Od informatyki i jej zastosowań do światopoglądu informatycznego

Paweł Stacewicz

Monografia jest efektem filozoficznych rozważań jej autorów dotyczących informatyki i jej zastosowań w różnych dziedzinach (m.in. w biologii, kosmologii, lingwistyce i sztucznej inteligencji). Pojęciem, które scala poszczególne rozdziały jest światopogląd informatyczny. Oznacza ono nową, prefilozoficzną wizję świata. Wizję, która polega na opisie otaczających nas zjawisk w kategoriach informatycznych (np. algorytm, struktura danych, automat). Mimo informatyczno-filozoficznego podejścia praca ma charakter interdyscyplinarny.

Model prawny udziału organizacji społecznych w ochronie środowiska

Monika Zakrzewska

W opracowaniu zostało zaprezentowane nowe podejście do udziału społeczeństwa w ochronie środowiska, które można scharakteryzować jako odejście od modelu konfrontacji, i przejście do modelu kooperacji organizacji społecznych i organów administracji publicznej w dziedzinie ochrony środowiska. Główną tezą pracy jest wykazanie, że obowiązujące rozwiązania w zakresie udziału organizacji społecznych w ochronie środowiska nie są skonstruowane prawidłowo.   W celu skonstruowania nowego modelu prawnego udziału organizacji społecznych w ochronie środowiska w pracy poddano analizie przede wszystkim materiał normatywny, orzecznictwo oraz piśmiennictwo z prawa ochrony środowiska, a także opracowania z prawa administracyjnego, w zakresie niezbędnym dla prowadzonych rozważań. W odniesieniu do problematyki organizacji społecznych, w pracy znalazły się także pozaprawne aspekty funkcjonowania tych organizacji oraz piśmiennictwo związane z tą tematyką.

Podstawy konstrukcji maszyn. Zbiór zadań. Elementy podatne. Sprzęgła i hamulce. Przekładnie zębate

Tadeusz Szopa

Celem autora prezentowanego zbioru zadań jest wskazanie studentom możliwości zastosowania w praktyce zasad i procedur prowadzenia podstawowych obliczeń inżynerskich wspomagających projektowanie urządzeń mechanicznych oraz typowych modeli obliczeniowych, charakterystycznych dla wybranych zespołów mechanicznych i ich elementów. Pod względem merytorycznym układ zbioru zadań jest w dużej mierze zgodny z układem skryptów teoretycznych tego samego autora, wydawanych pod wspólnym tytułem Podstawy konstrukcji maszyn. Prezentowane opracowanie stanowi drugą część zbioru zadań i zawiera przykłady oraz zadania nawiązujące do obliczeń towarzyszących projektowaniu różnego rodzaju elementów podatnych oraz sprzęgieł, hamulców i przekładni zębatych traktowanych jako części większych całości, czyli układów przenoszenia napędu i innych urządzeń mechanicznych. W opracowaniu dużo miejsca poświęcono zagadnieniom modelowania i podejmowania decyzji dotyczących stopnia zaawansowania modeli, doboru wartości współczynników bezpieczeństwa itp. Na przykładach pokazano sposób uwzględniania czynnika losowego, w tym niezawodności, często pomijanego w innych krajowych publikacjach dydaktycznych. Uwzględnienie tego czynnika zazwyczaj zmniejsza stopień niepewnoći obliczeń.   Przedstawione przykłady są bogato ilustrowane rysunkami (w tym rysunkami technicznymi), schematami i wykresami, co ułatwia zrozumienie stosowanych metod obliczeń.

Sztuczna inteligencja dla inżynierów. Metody ogólne

Mieczysław Muraszkiewicz, Robert Nowak

Autorami poszczególnych rozdziałów są wykładowcy Wydziału Elektroniki i Technik Informacyjnych Politechniki Warszawskiej, którzy aktywnie biorą udział w rozwoju sztucznej inteligencji. W rozdziale pierwszym znajdują się informacje o historii, charakterze i zastosowaniach sztucznej inteligencji. Rozdział drugi traktuje o podstawowym nie tylko dla sztucznej inteligencji zagadnieniu przeszukiwania przestrzeni stanów w poszukiwaniu rozwiązań zadanego problemu. Towarzyszy temu omówienie metod optymalizacji, które wskazują najlepsze rozwiązanie z punktu widzenia przyjętego kryterium. Tematem kolejnego rozdziału jest uczenie maszynowe. Rozdział czwarty został poświęcony archi-tekturom sztucznych sieci neuronowych, w tym sieciom głębokim. W rozdziale piątym znajduje się prezentacja i dyskusja dotycząca wzajemnych związków etyki i sztucznej inteligencji, ze szczególnym naciskiem na konieczność przedstawiania wyników działania systemów SI w sposób zrozumiały dla człowieka. Każdy rozdział jest opatrzony notą bibliograficzną, która podaje pozycje rozszerzające omówiony materiał. Książka może służyć jako podręcznik i wsparcie dydaktyczne wykładów z zakresu SI, a czytelnik powinien wiedzieć, jak dane są reprezentowane w postaci cyfrowej, umie czytać pseudokod i potrafi programować strukturalnie. Przedstawione metody autorzy wyjaśniają w sposób intuicyjny, ale dbają też o precyzję, wykorzystują przykłady i podają algorytmy. Kontynuacją książki jest tom prezentujący metody sztucznej inteligencji dla różnych grup zastosowań, m.in. analizy danych strukturalnych (tabelarycznych), analizy tekstów w języku naturalnym, analizy sekwencji biologicznych, widzenia maszynowego, przetwarzania mowy oraz bezpieczeństwa systemów SI.

Podstawy pomiarów

Jacek Dusza, Paweł Gąsior, Grzegorz Tarapata

Podręcznik został opracowany jako podstawowa pomoc dydaktyczna do przedmiotów "Podstawy pomiarów" i "Metrologia" wykładanych na Wydziale Elektroniki i Technik Informacyjnych Politechniki Warszawskiej. Ponieważ celem wykładu i laboratorium z tych przedmiotów jest nauczenie studentów technik eksperymentu oraz zasad funkcjonowania podstawowej aparatury pomiarowej, zdecydowano się na położenie nacisku na umiejętności zaplanowania eksperymentu, właściwy dobór aparatury pomiarowej, analizę niepewności pomiarowych oraz na krytyczne podejście do przeprowadzonego doświadczenia i uzyskanych wyników. Zwrócono także uwagę na różnice występujące między analogowymi i cyfrowymi metodami pomiarowymi. Ponieważ aktualnie przedmioty "Podstawy pomiarów" i "Metrologia" są prowadzone na pierwszym lub drugim semestrze studiów, co powoduje, że studenci nie posiadają jeszcze wystarczającej wiedzy z teorii obwodów, matematyki czy układów elektronicznych, w podręczniku wprowadzano i szczegółowo wyjaśniano nowe dla nich pojęcia i zasady działania nieznanej aparatury. Przedstawione treści dotyczą głównie wiedzy poruszanej na wykładzie.