Цифровизация биотехнологических производств

Закреплена за кафедрой	Кафедра экологии, биохимии и биотехнологии
Направление подготовки	19.04.01. Биотехнология
Профиль	Промышленная микробиология и биотехнологии
Форма обучения	Заочная
Общая трудоемкость	5 ЗЕТ
Учебный план	z19_04_01_Биотехнология_ПроМиБио-2023

Курс	1	Итого
Вид занятий	УП	РПД	УП	РПД
Лекции	8	8	8	8
Практические	6	6	6	6
Сам. работа	162	162	162	162
Часы на контроль	4	4	4	4
Итого	180	180	180	180

1. Цели освоения дисциплины

1.1.	формирование у студентов системы знаний в области основных понятий, категорий и методов современных цифровых технологий

2. Место дисциплины в структуре ООП

Цикл (раздел) ООП: Б1.О.02

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

ОПК-2	Способен использовать специализированное программное обеспечение, базы данных, адаптировать известные программные продукты, элементы искусственного интеллекта для решения задач профессиональной деятельности
ОПК-2.1	Знает специализированное программное обеспечение, базы данных и элементы искусственного интеллекта, используемые в биотехнологии
ОПК-2.2	Умеет использовать специализированное программное обеспечение, базы данных и элементы искусственного интеллекта при решении профессиональных задач
ОПК-2.3	Владеет навыками адаптации программных продуктов к условиям конкретного производства
ОПК-7	Способен представлять результаты профессиональной деятельности на русском и иностранном языках в виде научных докладов, отчетов, обзоров и публикаций с использованием современных информационных технологий
ОПК-7.1	Знает требования к представлению результатов профессиональной деятельности в области биотехнологий
ОПК-7.2	Умеет составлять научные доклады, отчеты, обзоры и готовить научные публикации по биотехнологии с использованием современных информационных технологий
ОПК-7.3	Владеет навыками представления результатов биотехнологических исследований с использованием современных информационных технологий
В результате освоения дисциплины обучающийся должен
3.1.	Знать:
3.1.1.	- основные принципы и методы сбора, отбора и обобщения информации; - методы обработки и интеллектуального анализа крупных массивов данных
3.2.	Уметь:
3.2.1.	- находить и критически анализировать информацию, необходимую для решения задач профессиональной деятельности; – соотносить разнородные явления и систематизирует их в рамках избранных видов профессиональной деятельности; – применять навыки использования современных информационных и коммуникационных технологий и программных средств при решении профессиональных задач
3.3.	Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть):
3.3.1.	- навыками использования современных информационных и коммуникационных технологий и программных средств при решении профессиональных задач; – рассматривать и предлагать возможные варианты решения поставленной задачи, оценивая их достоинства и недостатки

4. Структура и содержание дисциплины

Код занятия	Наименование разделов и тем	Вид занятия	Курс	Часов	Компетенции	Литература
Раздел 1. ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОМЫШЛЕННЫХ РЕВОЛЮЦИЙ.
1.1.	Понятие и характеристика промышленных революций: временные границы, особенности, технологии, результаты	Лекции	1	2	ОПК-7.1, ОПК-7.2, ОПК-7.3, ОПК-2.1, ОПК-2.2, ОПК-2.3	Л1.1, Л1.2, Л2.1
1.2.	Четвертая промышленная революция: характеристика, особенности, преимущества, технологии, результаты	Практические	1	1	ОПК-7.1, ОПК-7.2, ОПК-7.3, ОПК-2.1, ОПК-2.2, ОПК-2.3	Л1.1, Л1.2, Л2.1
1.3.	Понятие и характеристика промышленных революций: временные границы, особенности, технологии, результаты. Четвертая промышленная революция: характеристика, особенности, преимущества, технологии, результаты	Сам. работа	1	34	ОПК-7.1, ОПК-7.2, ОПК-7.3, ОПК-2.1, ОПК-2.2, ОПК-2.3	Л1.1, Л1.2, Л2.1
Раздел 2. ЦИФРОВАЯ ЭКОНОМИКА И ЦИФРОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
2.1.	Цифровая экономика. Понятие. Ключевые компетенции. Преимущества. Принципы. Основные элементы. Основные направления. Примеры цифровой экономики.	Лекции	1	2	ОПК-7.1, ОПК-7.2, ОПК-7.3, ОПК-2.1, ОПК-2.2, ОПК-2.3	Л1.1, Л1.2, Л2.1
2.2.	Цифровые технологии, их отличие от аналоговых технологий, преимущества, использование. Основные проблемы внедрения. Виды цифровых технологий.	Практические	1	2	ОПК-7.1, ОПК-7.2, ОПК-7.3, ОПК-2.1, ОПК-2.2, ОПК-2.3	Л1.1, Л1.2, Л2.1
2.3.	Национальная программа «Цифровая экономика Российской Федерации» - цели, основные направления: Нормативное регулирование цифровой среды, Кадры для цифровой экономики, Информационная инфраструктура, Информационная безопасность, Цифровые технологии, Цифровое государственное управление, Развитие технологий в области искусственного интеллекта	Сам. работа	1	32	ОПК-7.1, ОПК-7.2, ОПК-7.3, ОПК-2.1, ОПК-2.2, ОПК-2.3	Л1.1, Л1.2, Л2.1
Раздел 3. ЦИФРОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ
3.1.	Понятие цифровизации. Концепция цифровизации. Отличие цифровых технологий от информационных. Цифровизации промышленности. Цифровизация производства. Цифровизация процессов. Цифровая трансформация бизнес-процессов. Цель цифровизации процессов в промышленности. Преимущества цифровизации промышленности.	Лекции	1	2	ОПК-7.1, ОПК-7.2, ОПК-7.3, ОПК-2.1, ОПК-2.2, ОПК-2.3	Л1.1, Л1.2, Л2.1
3.2.	Виды цифровых технологий. Использование цифровых технологий. Наиболее востребованные цифровые технологии. Недостатки цифровизации. Проблемы цифровизации промышленности в России. Примеры цифровых технологий. Популярные процессы для цифровизации.	Практические	1	1	ОПК-7.1, ОПК-7.2, ОПК-7.3, ОПК-2.1, ОПК-2.2, ОПК-2.3	Л1.1, Л1.2, Л2.1
3.3.	Цифровые платформы. Облачные платформы. Гиперавтоматизация производств. Цифровые двойники. Искусственный интеллект. Матрицы данных. Сети кибербезопасности.	Сам. работа	1	32	ОПК-7.1, ОПК-7.2, ОПК-7.3, ОПК-2.1, ОПК-2.2, ОПК-2.3	Л1.1, Л1.2, Л2.1
Раздел 4. НОВЫЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
4.1.	Технологии проектирования и изготовления материальных объектов различной сложности. Новые материалы.	Лекции	1	1	ОПК-7.1, ОПК-7.2, ОПК-7.3, ОПК-2.1, ОПК-2.2, ОПК-2.3	Л1.1, Л1.2, Л2.1
4.2.	Цифровое проектирование и моделирование, цифровой дизайн. Компьютерный инжиниринг. Аддитивные и гибридные технологии. Актуальность аддитивных технологий, их особенности, преимущества, использование.	Практические	1	1	ОПК-7.1, ОПК-7.2, ОПК-7.3, ОПК-2.1, ОПК-2.2, ОПК-2.3	Л1.1, Л1.2, Л2.1
4.3.	Материалы, применяемые в аддитивных технологиях. Этапы создания изделий с помощью аддитивных технологий. Основные этапы аддитивного производства. Методы изготовления 3D-изделий.	Сам. работа	1	32	ОПК-7.1, ОПК-7.2, ОПК-7.3, ОПК-2.1, ОПК-2.2, ОПК-2.3	Л1.1, Л1.2, Л2.1
Раздел 5. СКВОЗНЫЕ ЦИФРОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
5.1.	Сквозные цифровые технологии. Основная идея, преимущества. Виды сквозных цифровых технологий	Лекции	1	1	ОПК-7.1, ОПК-7.2, ОПК-7.3, ОПК-2.1, ОПК-2.2, ОПК-2.3	Л1.1, Л1.2, Л2.1
5.2.	Виды сквозных цифровых технологий: большие данные; нейротехнологии и искусственный интеллект; системы распределенного реестра; квантовые технологии	Практические	1	1	ОПК-7.1, ОПК-7.2, ОПК-7.3, ОПК-2.1, ОПК-2.2, ОПК-2.3	Л1.1, Л1.2, Л2.1
5.3.	Виды сквозных цифровых технологий: новые производственные технологии; промышленный интернет; компоненты робототехники и сенсорика; технологии беспроводной связи; технологии виртуальной и дополненной реальностей.	Сам. работа	1	32	ОПК-7.1, ОПК-7.2, ОПК-7.3, ОПК-2.1, ОПК-2.2, ОПК-2.3	Л1.1, Л1.2, Л2.1

5. Фонд оценочных средств

5.1. Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины

ОПК-2: Способен использовать специализированное программное обеспечение, базы данных, адаптировать известные программные продукты, элементы искусственного интеллекта для решения задач профессиональной деятельности
ОПК-7: способен представлять результаты профессиональной деятельности на русском и иностранном языках в виде научных докладов, отчетов, обзоров и публикаций с использованием современных информационных технологий

ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ ЗАКРЫТОГО ТИПА
1. Максимальная скорость передачи данных возможна благодаря поколению связи:
а) 2G
б) 3G
в) 4G
г) 5G
2. Страной-лидером по количеству супер-ЭВМ, присутствующих в рейтинге Топ-500 в 2020 г., является:
а) США
б) Япония
в) Китай
г) Россия
3. Беспроводной персональной сетью является:
а) WLAN
б) WMAN
в) WAN
г) Bluetooth
4. Технология цифровой экономики, ориентированная на формирование децентрализованных хранилищ данных
а) блокчейн
б) Big Data
в) Data Mining
г) беспроводная связь
5. Технология, не относящаяся к сквозным цифровым технологиям:
а) искусственный интеллект
б) квантовые технологии
в) космические технологии
г) большие данные
6. Совокупность сведений, зафиксированных на определенном цифровом носителе в форме, пригодной для хранения, передачи и обработки называется…
а) данные
б) облачные вычисления
в) интернет вещей
г) информация
7. Технологический или IT-процесс, связанный с объединением различных подсистем или компонентов в одну большую систему называется:
а) облачные технологии
б) большие данные
в) системная интеграция
г) цифровизация
8. ZigBee – это стандарт технологии:
а) беспроводной связи
б) виртуальной реальности
в) блокчейн
г) Big Data
9. Компьютерные технологии, обеспечивающие возможность создания, хранения и использования различной по характеру информации в однородном цифровом представлении – это:
а) гипертекстовые технологии
б) технологии баз данных
в) технологии программирования
г) мультимедийные технологии
10. Цифровая технология, изменяющая мир - это:
а) 3D-печать
б) цветные принтеры
в) автоответчики
г) сканеры
11. Цифровая трансформация – это:
а) обновление гаджетов руководства предприятия
б) развитие клиентской базы
в) использование современных технологий для кардинального повышения производительности и ценности предприятий
г) распознавание лиц
12. Недостатки цифровых технологий:
а) хранение информации на жестких дисках
б) высокое энергопотребление
в) низкая скорость процессов
г) избыточный объем информации
13. Цифровые технологии могут дать человеку:
а) физическое развитие
б) здоровье
в) умственную способность
г) безграничный доступ к большому объему разнообразной информации
14. Преимущества цифровых технологий:
а) не требуется дополнительных знаний
б) не требуется дополнительной техники
в) низкое энергопотребление
г) хранение информации проще и более длительно
15. Интернет вещей - это:
а) покупка товаров через интернет
б) вид цифровых технологий
в) передача вещей между пользователями
г) хранение вещей

Ключ к тестам
№ вопроса ответ
1 г
2 в
3 г
4 а
5 в
6 а
7 в
8 а
9 г
10 а
11 в
12 б
13 г
14 г
15 б

ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ ОТКРЫТОГО ТИПА
1. Верно ли утверждение, что цифровизация увеличивает производительность и эффективность при одновременном снижении затрат?
Да
Нет
2. Перечислите сквозные цифровые технологии.
(большие данные, нейротехнологии, искусственный интеллект, системы распределённого реестра (блокчейн), квантовые технологии, новые производственные технологии, промышленный интернет, робототехника, сенсорика, беспроводная связь, виртуальная и дополненная реальности)
3. Расшифруйте понятие «суперкомпьютер»
(это компьютер, включенный в какую-либо редакцию мирового рейтинга пятисот самых мощных машин мира (Top500), который имеет производительность на 3–4 порядка выше, чем массово распространенные компьютеры)
4. Укажите не менее двух задач, решаемых с помощью суперкомпьютеров
(компьютерное моделирование, тестирование, постановка диагноза, разработка новых лекарств, предсказание землетрясений, погоды, изменения климата,кластеризация)
5. Какие беспроводные сети вы знаете? (укажите не менее 2)
(WPAN – Wireless Personal Area Networks; WLAN – Wireless Local Area Networks; WMAN – Wireless Metropolitan Area Networks; WAN – Wide Area Networks)
6. Согласны ли Вы с утверждением, что Bluetooth позволяет передавать данные на небольшое расстояние с помощью радиоволн?
Да
Нет
7. Bluetooth обеспечивает обмен информацией между такими устройствами, как персональные компьютеры (настольные, карманные, ноутбуки), мобильные телефоны, принтеры, цифровые фотоаппараты, мышки, клавиатуры, джойстики, наушники, гарнитуры, микроволновые печи и другое на расстоянии … м
(1–100 м)
8. Большие данные – это разнообразные данные, которые поступают с постоянно растущей скоростью и постоянно растущим объемом. Перечислите не менее двух источников больших данных
(социальные данные (social data); аппаратные данные (machine data) и данные транзакций (transactional data))
9. Основным продуктом исследований искусственного интеллекта являются …..
(интеллектуальные системы – ИС)
10. Укажите 2 основных преимущества технологии 5G
(мобильная широкополосная связь, массивные межмашинные коммуникации, сверхнадежная связь с низкой задержкой)
11. Самой крупной поисковой системой в мире является …
(Google)
12. Технологии, которые используют или помогают понять работу мозга, мыслительные процессы, высшую нервную деятельность, в том числе технологии по усилению, улучшению работы мозга и психической деятельности называются …
(нейротехнологии)
13. Верно ли утверждение, что лучшим поставщиком облачных услуг является Amazon?
Да
Нет
14. Укажите не менее 2 задач нейронных сетей
(классификация – определение принадлежности объекта определенному классу. Например, требуется определить на изображении, что на нем изображено – кошка, собака, человек или иной объект; предсказание – возможность предсказывать следующие значения в последовательности некоторых данных. Это может быть прогнозирование погоды, биржевых котировок, пробок на дорогах и многих других вещей; распознавание – способность нейронной сети найти в данных заданный объект. Примером может служить идентификация пользователя по изображению)
15. Приведите 3 характеристики больших данных
(объем, скорость, многообразие, точность, ценность)
16. Возможно ли с помощью VR/AR технологий почувствовать запах или ощутить предмет на вкус?
Да
Нет
17. Как отличить виртуальную реальность от дополненной?
(виртуальная реальность (Virtual reality, VR) – это созданный компьютером мир, доступ к которому можно получить с помощью иммерсивных устройств – шлемов, перчаток, наушников. Виртуальная среда полностью заменяет реальный мир, не реагируя на его изменения, при этом пользователь может воздействовать на нее, погружаясь, к примеру, в видеоигру. Дополненная реальность (Augmented reality, AR) просто добавляет реальному миру слои. То есть люди могут по-прежнему взаимодействовать с физической средой, получая дополнительную информацию от своих устройств или приложений дополненной реальности)
18. Назовите отличительные особенности «цифровой», «умной» и «виртуальной» фабрик.
(цифровые фабрики отличаются тем, что все процессы, от проектирования до виртуальных испытаний изделия, происходят «в цифре». Умные фабрики – следующий, более сложный этап фабрик будущего, будут безлюдными. Исключается человеческий фактор и связанные с этим ошибки, которые ведут к потере качества. Виртуальные фабрики могут быть расположены в любом месте и выстраиваться в производственные цепочки с помощью промышленного интернета)
19. Факторами, ограничивающими возможности цифровизации в промышленном производстве, относятся …
(высокая стоимость IT-решений по цифровизации производственных процессов; недостаточный уровень цифровых компетенций у персонала промышленных предприятий; недоверие и сопротивление персонала промышленных предприятий к цифровизации бизнеса; дефицит инвестиционных ресурсов, направляемых на цифровизацию)
20. Укажите не менее 2 стадий жизненного цикла информационных систем и информационных технологий
(предпроектная, проектная, внедрение и функционирование)

Критерии оценивания:
Каждое задание оценивается 1 баллом.
Оценивание КИМ в целом: «зачтено» – верно выполнено более 60% заданий; «не зачтено» – верно менее 60% заданий.

5.2. Темы письменных работ для проведения текущего контроля (эссе, рефераты, курсовые работы и др.)

не предусмотрено

5.3. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации

Промежуточная аттестация заключается в проведении в конце семестра экзамена по всему изученному курсу. Экзамен проводится в устной форме по билетам. В билет входит 2 теоретических вопроса.

ВОПРОСЫ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО ХАРАКТЕРА
1. Четыре уровня технологий централизованных цифровых платформ: технологии цифровизации деятельности, сквозные информационные технологии, инфокоммуникационные технологии, технологии физической реализации.
2. «Фабрики будущего». Классификация Фабрик будущего.
3. Краткая характеристика 15 ключевых компонентов современного производства.
4. Цифровая зрелость предприятия: признаки и подходы к оценке.
5. Цифровой двойник. Классификация цифровых двойников и преимущества их использования.
6. Концепция «Интернет вещей» (IoT). Базовые принципы IoT. Стандартизации IoT.  Архитектура IoT. Веб вещей WoТ. Когнитивный Интернет вещей CIoT.  
7. Технологии беспроводной связи (WAN (Wide Area Network), LPWAN (Low Power Wide Area Network), WLAN (Wireless Local Area Network), PAN (Personal Area Network), спутниковые технологии связи (СТС)) как технический базис для IoT.
8. Практики и направления IoT. «Умный» дом. «Умный» город. «Умный» автомобиль. «Умный» завод. «Умная» медицина. «Умная» жизнь.
9. Промышленный интернет вещей (IIOT), примеры его применения в основном и вспомогательном производстве.
10. Базовые понятия и определения технологий виртуальной и дополненной реальности. Разница между AR, Virtual Reality (VR) и Mixed Reality.
11. Сферы применения и использования технологий виртуальной и расширенной реальности. Применение AR/VR технологий в промышленном производстве.
12. Технологии Больших данных (Big Data) в цифровой экономике. Обращение с Big Data и риски их применения.
13. Data Mining: задачи, классификация, методы. Применение Data Mining в производственных системах.
14. Технология блокчейн. Виды блокчейнов. Преимущества блокчейна. Блокчейн в бизнес-модели производственного предприятия.
15. Технологии сенсорики и компоненты робототехники.
16. Характеристика процессов и масштабов роботизации в промышленности.
17. Признаки цифрового производства. Три уровня цифрового производства. Этапы перехода к цифровому производству.
18. Бизнес-модель цифрового предприятия: ключевые признаки и технологии.
19. Ключевые показатели эффективности производственной деятельности цифрового предприятия.
20. Система управления цифровым предприятием.

Критерии оценивания на экзамене
Студенту предлагается два теоретических вопроса из разных разделов курса. Каждый вопрос оценивается отдельно в соответствии с критериями, описанными ниже. Затем выставляется средняя отметка за экзамен.
Оценка «отлично» - студентом дан полный, в логической последовательности развернутый ответ на поставленный вопрос, где он продемонстрировал знания предмета в полном объеме учебной программы, достаточно глубоко осмысливает дисциплину, самостоятельно, и исчерпывающе отвечает на дополнительные вопросы, приводит собственные примеры по проблематике поставленного вопроса.
Оценка «хорошо» - студентом дан развернутый ответ на поставленный вопрос, где студент демонстрирует знания, приобретенные на лекционных и практических занятиях, а также полученные посредством изучения обязательных учебных материалов по курсу, дает аргументированные ответы, приводит примеры, в ответе присутствует свободное владение монологической речью, логичность и последовательность ответа. Однако допускаются неточности в ответе.
Оценка «удовлетворительно» - студентом дан ответ, свидетельствующий в основном о знании процессов изучаемой дисциплины, отличающийся недостаточной глубиной и полнотой раскрытия темы, знанием основных вопросов теории, слабо сформированными навыками анализа явлений, процессов, недостаточным умением давать аргументированные ответы и приводить примеры, недостаточно свободным владением монологической речью, логичностью и последовательностью ответа. Допускается несколько ошибок в содержании ответа.
Оценка «неудовлетворительно» - студентом дан ответ, который содержит ряд серьезных неточностей, обнаруживающий незнание процессов изучаемой предметной области, отличающийся неглубоким раскрытием темы, незнанием основных вопросов теории, несформированными навыками анализа явлений, процессов, неумением давать аргументированные ответы, слабым владением монологической речью, отсутствием логичности и последовательности. Выводы поверхностны. Студент не способен ответить на вопросы даже при дополнительных наводящих вопросах преподавателя.

6. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

6.1. Рекомендуемая литература
6.1.1. Основная литература
	Авторы	Заглавие	Издательство, год	Эл. адрес
Л1.1	М. Д. Сулейманов, Н. С. Бардыго	Цифровая грамотность=Digital literacy: учебник	Москва : Креативная экономика, 2019	biblioclub.ru
Л1.2	Л. Г. Матвеева, А. Ю. Никитаева, О. А. Чернова	Новые концепции, инструменты и технологии управления промышленным предприятием: учебник	Ростов-на-Дону ; Таганрог : Южный федеральный университет, 2020	biblioclub.ru
6.1.2. Дополнительная литература
	Авторы	Заглавие	Издательство, год	Эл. адрес
Л2.1	П. В. Кийко	Цифровые технологии: учебное пособие	Омск : Омский ГАУ, 2023	e.lanbook.com
6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет"
	Название		Эл. адрес
Э1	Курс в Moodle "Цифровизация биотехнолгических производств"		portal.edu.asu.ru
Э2	http://www.rsl.ru
6.3. Перечень программного обеспечения
Интернет-ресурсы, мультимедийный проектор Microsoft Windows Microsoft Office 7-Zip AcrobatReaderMicrosoft Office 2010 (Office 2010 Professional, № 4065231 от 08.12.2010), (бессрочно); Microsoft Windows 7 (Windows 7 Professional, № 61834699 от 22.04.2013), (бессрочно); Chrome (http://www.chromium.org/chromium-os/licenses), (бессрочно); 7-Zip (http://www.7-zip.org/license.txt), (бессрочно); AcrobatReader (http://wwwimages.adobe.com/content/dam/Adobe/en/legal/servicetou/Acrobat_com_Additional_TOU-en_US-20140618_1200.pdf), (бессрочно); ASTRA LINUX SPECIAL EDITION (https://astralinux.ru/products/astra-linux-special-edition/), (бессрочно); LibreOffice (https://ru.libreoffice.org/), (бессрочно); Веб-браузер Chromium (https://www.chromium.org/Home/), (бессрочно); Антивирус Касперский (https://www.kaspersky.ru/), (до 23 июня 2024); Архиватор Ark (https://apps.kde.org/ark/), (бессрочно); Okular (https://okular.kde.org/ru/download/), (бессрочно); Редактор изображений Gimp (https://www.gimp.org/), (бессрочно)
6.4. Перечень информационных справочных систем
http://www.lib.asu.ru http://www.rsl.ru http://www.gpntb.ru http://www.nlr.ru http://elibrary.ru