Esame Tecnologia dei Processi Produttivi, riassunto

Capitolo 1: Tecnologia

La parola tecnologia deriva dal vocabolo greco Téchne che, letteralmente, significa arte, mestiere, capacità pratica. La tecnologia potrebbe essere definita qualcosa di intermedio tra scienza e tecnica: per tecnica si intende l'insieme delle regole da seguire nel praticare un'arte, un mestiere, mentre per tecnologia viene intesa quella parte della scienza che si occupa dei procedimenti tecnici e dei macchinari attraverso i quali le materie prime si trasformano in prodotti finiti.

Pertanto, i termini tecnica e tecnologia indicano l'insieme delle regole di un processo produttivo e la trattazione di tali regole. Tra la scienza e la tecnologia vi è un collegamento immediato poiché la ricerca scientifica modifica il sapere, e l'innovazione tecnologica introduce cambiamenti nelle regole di un processo produttivo.

Le scoperte scientifiche e l'applicazione dei principi scientifici hanno fortemente sviluppato la tecnologia dando luogo alla nascita di numerose industrie e confermando il principio secondo il quale è la scienza a generare la tecnologia; così alla fine del 600, varie scoperte di laboratorio diedero inizio all'industria chimica; all'inizio dell'800 la scoperta delle leggi sull'elettricità diedero vita a numerose applicazioni in telegrafia, illuminazione elettrica e galvanostegia ecc.

Ma anche la scienza riceve contributi dalla tecnologia; la ricerca in fisica dipende sempre più dai progressi della tecnologia. Si può quindi affermare che i confini tra sviluppo tecnologico e scientifico sono sempre più labili.

Evoluzione della tecnologia

Dalla macchina a vapore all'intelligenza artificiale, vale a dire gli ultimi duecento anni, la tecnologia è cresciuta nei Paesi industrializzati secondo un modello di sviluppo definito "tecnologia dura" caratterizzato da: alta sofisticazione, elevata necessità energetica e di capitali, ridotta richiesta di manodopera, scarsa attenzione verso i problemi ambientali.

I limiti di questo modello si rivelarono quando si cercò di trasferirlo nei Paesi in via di sviluppo (PVS), perché richiedeva forti capitali di investimento (scarsi nei PVS), ridotta manodopera (abbondante nei PVS) molte materie prime (spesso di importazione); ciò creò effetti negativi sulle economie locali.

Così, in contrapposizione alla tecnologia dura, nacque la "tecnologia soffice", cioè una tecnologia più semplice e a buon mercato in modo da poter essere condivisa da tutti, e non solo dai paesi industrializzati. Tra i modelli di tecnologia soffice ricordiamo quello delle tecnologie intermedie, valido soprattutto per i PVS, caratterizzate da semplicità di produzione, di utilizzo e manutenzione, che avrebbero dovuto consentire ai PVS autonomia tecnica e finanziaria; ciò non avvenne perché realmente vennero esportate nei PVS tecnologie ormai sorpassate.

Si fece strada così, il concetto di "tecnologie appropriate", cioè articolate in modo tale da tenere conto delle opportunità e dei bisogni delle varie realtà locali; si pose l'obiettivo di tecnologie che sfruttassero risorse locali (possibilmente rinnovabili), a spreco ridotto o nullo, e il recupero e riutilizzo di materiali usati (materie prime secondarie).

Ma anche il concetto di tecnologie appropriate è rimasto più sulla carta che nella pratica effettiva, pertanto le attuali tecnologie sono da considerarsi convenzionali con incorporati i principi delle nuove tecnologie (elettronica, informatica, automatica, ingegneria genetica, telecomunicazioni), con lo scopo di assicurare una efficace risposta al mercato e di tenere in considerazione la sicurezza, la salute dell'uomo e la qualità dell'ambiente.

Le nuove tecnologie coinvolgono tutti i settori (agricoltura, industria e servizi), e tutte le aree geografiche; hanno permesso lo sviluppo di importanti settori High-tech, ossia di settori a elevato contenuto elettronico e frutto di forti investimenti in ricerca e sviluppo.

Tra le nuove tecnologie è necessario ricordare le tecnologie intelligenti in grado di intervenire in via autonoma e diretta di fronte ai problemi, adeguandosi alle esigenze e riconoscendo l'iter da seguire al perseguimento dell'obiettivo prefissato. Esempi di tecnologie intelligenti sono:

• Computer di quinta generazione;
• Robot in grado di vedere, distinguere, scegliere;
• Sensori meccanici, termici, elettrici, ottici, acustici, ecc;
• Sistemi chimici, sistemi biologici, sistemi informatici.

Le tecnologie dell'attuale rivoluzione

Allo sviluppo delle attuali tecnologie hanno contribuito le scienze chimiche, fisiche, matematiche e biologiche.

La chimica ha concorso a migliorare la qualità della vita migliorando i processi per ottenere cibi più sani, farmaci più efficaci; negli ultimi tempi ha dovuto affrontare gravi problemi legati alla salvaguardia dell'ambiente e all'esaurimento delle risorse naturali.

La fisica, che si avvale della matematica, è la scienza per eccellenza ed ha l'obiettivo di descrivere e comprendere la materia e le forze a cui è sottoposta. Tra le tante scoperte della fisica molto significativa è quella del laser (dispositivo che genera un sottile fascio di luce) che si colloca nel settore dell'interazione della luce (radiazione elettromagnetica) con la materia (atomi e molecole). Tra gli studi della fisica ricordiamo quelli sui plasmi.

Per quanto riguarda la matematica, le nuove conoscenze dell'algebra e della geometria, consentono di risolvere, con nuovi metodi, problemi nuovi.

Negli ultimi decenni in biologia le conoscenze si sono fortemente ampliate grazie all'utilizzo di strumenti sofisticati e perfezionati; ciò ha permesso la comprensione dell'organizzazione molecolare, del funzionamento delle cellule, dei tessuti, degli organismi, degli esseri viventi. Fondamentale è stata la scoperta della struttura a doppia elica del DNA nel 1953.

Elettronica

L'elettronica è la scienza che si occupa dello studio teorico e delle applicazioni dei fenomeni che interessano l'elettrone (è la più piccola carica elettrica possibile). Le tecniche elettroniche trovano impiego nel campo delle comunicazioni e, più generalmente, nell'elaborazione e trasmissione dell'informazione.

Le principali realizzazioni dell'elettronica sono rappresentate da circuiti elettronici costituiti da componenti collegati tra di loro per mezzo di tracciati conduttivi attraverso cui circolano correnti elettriche. L'elettronica si divide in due grandi settori:

• L'elettronica analogica che si occupa di segnali analogici, voci, suoni, intensità luminose ecc., che variano nel tempo in modo continuo;
• L'elettronica digitale che si occupa di segnali elettrici che possono assumere soltanto alcuni valori di tensione.

Lo straordinario sviluppo dell'elettronica è dovuto all'impiego del silicio come materia prima, per la costruzione dei circuiti integrati ricavati da un'unica piastrina (chip) di materiale semiconduttore, il silicio appunto. Un circuito integrato, anche chiamato microchip o semplicemente chip, è un circuito elettronico miniaturizzato in modo tale da presentarsi come singolo componente elettronico. I circuiti integrati consentono bassi costi ed ingombri molto ridotti: possono essere analogici o digitali: i primi sono in grado di amplificare segnali elettrici, i secondi "lavorano" su segnali numerici (es. memorie e microprocessori).

Si prevede che per i prossimi anni il materiale di base rimarrà il silicio, per cui è da ritenere che non ci saranno mutamenti tecnologici nelle infrastrutture delle industrie, nei servizi e nelle competenze che si sono sviluppate attorno alla tecnologia del silicio.

Scenario e futuro della microelettronica

Dal settore dell'elettronica dipendono nel futuro le telecomunicazioni e i servizi informativi. L'innovazione più rilevante conseguente all'affermazione dei circuiti integrati, è stata la nascita del microprocessore; esso è l'implementazione fisica della CPU più comune, utilizzata dalla quasi totalità dei computer e in altri dispositivi digitali (telefonini cellulari, stampanti, scanner).

Il compito della CPU, l'unità centrale di elaborazione (uno dei principali componenti dei moderni computer), è quello di eseguire le istruzioni di un programma, che deve essere presente in memoria. Può essere considerato il motore dell'elaborazione dei dati. Le aziende che per prime sono riuscite a produrre e a lanciare sul mercato microprocessori più avanzati, hanno man mano aumentato la loro quota di mercato, realizzando nel contempo profitti molto elevati che hanno permesso di sostenere investimenti maggiori per l'innovazione.

L'elevato grado di integrazione richiede infatti impianti sempre più costosi e questa circostanza riduce la concorrenza premiando i vincitori. Attualmente i principali produttori sono due, entrambi statunitensi: AMD e Intel. Per quanto riguarda la domanda di componenti microelettronici, microprocessori in particolare, si ritiene che essa rimarrà alquanto sostenuta sia nel breve che nel medio periodo, anche perché l'utilizzo di queste componenti ha investito molteplici settori come ad esempio elettrodomestici, automobili, macchine utensili, oltre a quei settori in cui il loro utilizzo è consolidato da tempo (automazione, telecomunicazione, elaborazione dati).

Informatica

L'informatica è la disciplina nella quale si affronta lo studio dell'informazione, dalla sua elaborazione alla sua trasmissione. Da un punto di vista tecnico essa va intesa come un insieme di metodologie e di tecnologie che si occupano della rappresentazione di oggetti, fenomeni, processi, mediante dati (numerici, alfabetici); caratteristica fondamentale dell'informatica è quella delle operazioni di calcolo.

Fino a pochi anni fa, il computer era una macchina artificiale, in grado di interpretare alcuni codici e risolvere problemi, solitamente di natura matematica. Con il tempo, i computer sono diventate macchine in grado di effettuare operazioni molto complesse in grado di accumulare informazioni, elaborarle, comunicare, ricordare (l'evoluzione del computer è data proprio dalla sua capacità di accumulo).

Tecnologia dei sistemi di elaborazione

Negli elaboratori elettronici possiamo distinguere tre categorie di elementi indicate in hardware, software e firmware.

L'hardware rappresenta l'insieme fisico della macchina:

• Scheda madre: punto di raccordo di tutte le componenti;
• CPU: cuore del computer, trova alloggio nella scheda madre; è il microprocessore attraverso il quale vengono svolte operazioni di calcolo;
• Scheda audio e scheda video, alloggiate anche esse nella scheda madre, permettono la visualizzazione di immagini e la riproduzione di suoni;
• Memoria RAM: è detta volatile perché le informazioni sono conservate fino a quando la macchina è accesa. Le memorie permanenti sono invece costituite dalle memorie di massa, ossia disco fisso, CD ROM, KEY PEN. Su di essi è possibile memorizzare informazioni da utilizzare successivamente. Il disco fisso consente un accesso più lento alle informazioni; il CD ROM è molto pratico e molto capiente, però una volta inciso non può essere cancellato. Nel mercato sono comparsi nuovi tipi di CD, detti riscrivibili, hanno prezzo più elevato ma sono appunto riscrivibili più volte. Il lettore CD del computer è il dispositivo che permette di leggere i CD. Di recente viene utilizzato più spesso il DVD che ha maggiore capacità di immagazzinare dati. Tutti i dispositivi esterni vengono collegati alla scheda madre con le porte USB. Le KEY PEN sono memorie di massa portatili di dimensioni molto ridotte, che hanno ormai soppiantato tutti gli altri dispositivi;
• Modem, tastiera, scheda di rete, mouse, scanner, sono dispositivi di input perché consentono di inserire informazioni alla macchina;
• Monitor, stampante, sono dispositivi di output sono strumenti che consentono di ottenere informazioni;

Il software rappresenta, invece, l'insieme di programmi e di sistemi operativi che sono necessari al computer per poter funzionare.

Il sistema operativo è quell'insieme di istruzioni che consentono al computer di eseguire i programmi e di far dialogare tra loro tutte le componenti hardware. Il sistema operativo è il primo programma che viene avviato e risiede nel disco fisso; a seguito del suo avvio è possibile eseguire i programmi. Sono sistemi operativi Windows, Linux, Unix.

I programmi applicativi sono quei programmi che gli utenti possono utilizzare per scrivere testi, archiviare dati ecc.; sono programmi applicativi Microsoft Word, Microsoft Excel, Microsoft Power Point.

Il firmware rappresenta l'insieme delle tecniche di microprogrammazione; è un programma integrato direttamente nella scheda madre, con lo scopo avviare il computer e consentirgli di interagire con gli altri componenti. Il più conosciuto è BIOS (basic input-output system).

Generazioni di computer

La prima generazione di elaboratori (anni 50) era caratterizzata dall'impiego di valvole per la realizzazione di circuiti elettronici, dall'uso di schede e della banda perforata per introdurre e memorizzare dati, e dall'impiego di puri linguaggi macchina per la programmazione.

Nella seconda generazione (fine anni 50) vennero sostituite le valvole con i transistor per migliorare la velocità, e vennero utilizzati nastri e dischi per memorizzare dati.

La terza generazione (metà anni 60) era caratterizzata dall'utilizzo di circuiti integrati e grande sviluppo del software; erano più piccoli, più potenti, meno costosi.

La quarta generazione vede l'utilizzo dei microprocessori, che ha permesso la miniaturizzazione dei computer e l'aumento della potenza di calcolo e l'elaborazione e archiviazione dei dati.

Supercomputer

Il supercomputer è uno strumento che consente potenze di calcolo estremamente elevate e superveloci; sono strumenti molto costosi impiegati in Università, Organismi ed Enti di ricerca, per realizzare processi molto complessi come previsioni meteorologiche, analisi molecolari, simulazioni fisiche.

Intelligenza artificiale ed i sistemi aperti

Per intelligenza artificiale si può intendere l'insieme di studi e tecniche che tendono a realizzare una macchina capace di risolvere problemi che rientrano nel dominio dell'intelligenza umana. Nel suo aspetto puramente informatico, essa comprende la teoria e le tecniche per lo sviluppo di algoritmi, che permettono alle macchine di mostrare abilità almeno in specifici domini.

Il primo grande successo degli studi sull'intelligenza artificiale è rappresentato dalla realizzazione dei Sistemi Esperti: esso è un programma, cioè una combinazione di conoscenze e dati, in grado di risolvere problemi in quel dominio, con ragionamenti ed efficienza simili a quella di un operatore umano. Il pregio maggiore dei sistemi aperti è quello di poter tener conto di un numero elevato di variabili, superando di gran lunga la mente umana; il limite è quello che dipendono totalmente dall'uomo per la quantità e qualità di informazioni e conoscenze possedute.

Futuri sviluppi nell'informatica

Nel settore dell'hardware possibili futuri sviluppi possono riguardare eventuali riduzioni delle dimensioni dei componenti e aumento delle capacità di calcolo e di memorizzazione; il primo punto è strettamente collegato alla progressiva diminuzione delle dimensioni dei processori; per quanto riguarda la capacità di calcolo è già ampiamente aumentata, ma si prevedono ulteriori aumenti; per il terzo punto si prevedono sfruttamenti delle memorie ottiche e delle memorie flash.

Si prevede, inoltre, il consolidamento delle architetture parallele e lo sviluppo a livello comune delle architetture client-server. Anche se esistono altre possibilità per aumentare la velocità di elaborazione, si ritiene che solo il parallelismo possa apportare una moltiplicazione della velocità.

In questi ultimi anni si sono susseguite due particolari tipi di architetture:

• Il Grid computing rappresenta un'infrastruttura di calcolo distribuito, utilizzata per l'elaborazione di grandi quantità di dati, mediante l'uso di una vasta quantità di risorse;
• Il Cloud computing si basa sempre sulla condivisione di risorse distribuite in remoto tramite internet.

Il modello client-server, rimane il tradizionale, ed è quello che molte imprese piccole e medie sta adottando: si collegano più computer ad una macchina principale (server) che funge da raccordo e da snodo di tutte le informazioni condivise da tutte le macchine.

Nel software lo sviluppo può riguardare tre settori:

• Open-source cioè la possibilità di utilizzo libero di programmi e sistemi operativi senza dover corrispondere alcun pagamento in denaro; praticamente scaricabili da internet;
• Condivisione delle risorse secondo l'approccio del Web 2.0; ogni computer può fare ricorso a risorse software attraverso la rete; è il caso, per es. di Google Apps;
• Riconoscimento e elaborazione del linguaggio naturale riducendo al minimo l'uso della tastiera (già possibile in alcuni settori).

Realtà virtuale applicazioni

Una delle applicazioni più affascinanti dell'informatica è la realtà virtuale, cioè la possibilità di entrare in un mondo verosimile, ossia un mondo in cui le cose che accadono sono credibili. Le maggiori applicazioni si sono avute nel campo dei simulatori di guida (consente di ricreare tutti i parametri interni ed esterni di un mezzo in movimento e ricostruire incidenti e i loro effetti), nel campo tecnico-scientifico-artistico.