умк_кириенко_1

ние уделяется развитию средств механизации, автоматизации производства, его техническому перевооружению и реконструкции. Успешное проведение работ по реконструкции и перевооружению предприятий, по их комплексной механизации и автоматизации зависит прежде всего от машиностроения. Именно в этой отрасли создаются новые орудия труда, средства автоматизации, системы машин, которые определяют прогресс в других отраслях народного хозяйства. Здесь закладываются принципиально новые технологии, обеспечивающие значительное повышение производительности труда и качества продукции. Поэтому весьма важно дальнейшее развитие машиностроительного комплекса и, прежде всего, станкостроения, производства вычислительной техники, приборостроения, электротехнической и электронной промышленности. Сейчас значительно повышается технико-экономический уровень и качество машин, станков, ли-

ний, агрегатов и приборов. Внедрение новой техники, компьютеризация

процессов проектирования, подготовки и самого производства, а также делопроизводства позволяет получать большой эффект в народном хозяйстве нашей страны. Техническое перевооружение и реконструкция промышленных предприятий должны проводиться с учетом роста единичных мощностей машин и агрегатов, перехода от создания и внедрения отдельных машин к разработке и внедрению их систем, полностью охватывающих весь технологический процесс; широкого внедрения вычислительной техники и автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП).

Внедрение машин и агрегатов большой единичной мощности объясняется их высокой экономичностью. Так, например, повышение в 3 – 4 раза единичных мощностей основного технологического оборудования в химической промышленности позволяет снизить его капиталоемкость на 20 – 50 %. Поэтому намечено существенное увеличение выпуска оборудования и технологических линий повышенной единичной мощности в комплектном и блочно-комплектном исполнении. Осуществляется переход от производства отдельных машин к созданию технологических линий и комплексов с высокой степенью автоматизации.

Автоматизированное оборудование и линии позволяют выполнять производственные операции без физических усилий человека, но под его контролем. Различают несколько ступеней автоматизации производства, а именно: частичную, комплексную и полную автоматизацию. Частичная автоматизация позволяет управлять технологическими параметрами отдельных машин и агрегатов, применяемых в данном производстве. Комплексная автоматизация обеспечивает управление как основными, так и вспомогательными процессами, начиная с поступления сырья и кончая выходом готовой продукции. Примером комплексной автоматизации может быть цех-автомат или завод-автомат, оснащенный общей системой элек-

231

тронного управления. С помощью такого управления осуществляется контроль всех производственных процессов. В этом случае рабочий выполняет функции контролера и регулятора производственного процесса. Полная автоматизация обеспечивает автоматическое функционирование всех участков производства от проектирования до выпуска готовой продукции. В этом случае происходит автоматизация управленческого, конструкторского, инженерного и другого труда. При полной автоматизации функции человека выполняет машина, благодаря этому высвобождается рабочее время многих людей, которое может быть использовано для творчества.

Автоматические линии представляют систему производственных автоматов, установленных в последовательности выполнения технологических операций и связанных автоматическими транспортно-разгрузочными устройствами. При этом согласованность работы автоматов осуществляется единой системой управления линией. Автоматическая линия дает большой экономический эффект. Так, например, автоматическая линия обработки тел вращения и корпусных деталей, состоящая из станков с ЧПУ, автоматических транспортных, складских систем и ЭВМ, позволяет высвободить около 80 единиц универсального оборудования, 185 рабочих, в том числе свыше 140 станочников. При комплексной автоматизации производств уменьшается потребность в производственных площадях.

Намечено создавать комплексно-автоматизированные производ-

ства, которые можно быстро и экономично перестраивать. В решении этой проблемы большую роль играют робототехника и вычислительная техника. Роботы в основном выполняют транспортно-загрузочные работы, но появляются роботы нового поколения, более высокого класса.

Уже производятся и внедряются робототехнические комплексы и модули. Автоматизация производства связана с внедрением вычислительной техники. Поэтому предусмотрено увеличить объем производства вычислительной техники, повысить ее надежность и классность. Для массового применения в роли контроллеров и для автоматизации рабочих мест, особенно в гибких автоматизированных системах, предусматривается производство широкой гаммы микроЭВМ на основе 32 и 64-разрядных микропроцессоров. Все это позволит охватить комплексной автоматизацией все процессы – от научных исследований и проектирования до технологической подготовки производства и выпуска готовой продукции. Для этой цели в комплексной программе намечены к разработке несколько систем автоматизации и в первую очередь такие, как САПР (система автоматизированного проектирования и технологической подготовки производства); САНИ (система автоматизации научных исследований и экспериментов); АСУТП и АСУП (автоматизированные системы управления соответственно технологическими процессами и производством).

232

«Безлюдные» машиностроительные производства в основном должны быть оборудованы металлорежущими станками с ЧПУ, оснащенными устройствами для автоматической оперативной коррекции программ обработки деталей, координатными машинами (КИМ) с ЧПУ, промышленными роботами высокого класса. Машины КИМ автоматически устанавливают детали на станки, контролируют процесс их обработки и проверяют точность изготовления деталей. В этом же производстве предусматривается и диагностическая система, которая должна сочетать простоту управления со способностью мгновенно давать информацию о малейших отказах и неисправностях оборудования. Информация о текущем состоянии технологического процесса, относительном расположении захвата промышленного робота, объектов манипулирования и состоянии среды позволяет автоматизировать многие даже «тонкие» технологические операции, когда по условиям сопряжения на собираемые элементы накидываются кинетические связи и др. От «безлюдных» цехов к «безлюдной» промышленности – таково основное направление научно-технического прогресса в промышленности.

12.5.Основы информационной технологии

вуправленческой и проектно-конструкторской деятельности

Если рассматривать историю развития управления экономикой, то можно определить, что человечество столкнулось с двумя информационными барьерами.

Первый барьер возник при переходе от ремесла к крупному промышленному производству. Он был преодолен разделением задач управления, планирования, проектирования между отдельными работниками и службами.

Второй барьер обусловлен разрывом между темпами появления и развития новых технологий, материалов, товаров, услуг и темпами совершенствования информационной сферы.

Необходимость ускоренного развития информационной технологии, особенно в сфере управления производством, диктуется также и следующими обстоятельствами.

Во всех промышленно развитых странах образовался дисбаланс между автоматизацией собственно производства и автоматизацией управления этим производством. Как следствие этого – в течение всего XX в. неуклонно увеличивалась доля работников, занятых в информационной сфере (в частности, в управлении и планировании), при снижении доли занятых в сфере материального производства. Причина всюду одна: производство автоматизируется самым активным образом, а вот управление им – нет.

233

Такая тенденция проблему с информационной сферой делает еще более острой, так как достижения робототехники и микроэлектроники (микропроцессоры, сверхбольшие интегральные микросхемы) позволяют уже сейчас строить высокоавтоматизированное программируемое гибкое производство, которое обеспечит более высокие темпы обновления и расширения номенклатуры товаров и услуг.

Кроме неразвитости информационной сферы, развитие гибкого роботизированного производства сдерживают еще две причины:

1)традиционные методы разработки и проектирования новой техники и технологии с их громоздким чертежным хозяйством и опытноконструкторскими работами;

2)нерешенные проблемы оптимального управления все более сложными технологическими системами при расширении межотраслевых связей и усложнении структуры выпускаемой продукции.

Преодоление второго барьера возможно лишь с развитием информационной технологии.

Под информационной технологией понимают совокупность методов

исредств сбора, хранения, поиска, переработки, преобразования, распространения и использования информации в различных сферах деятельности.

Информационная технология создана для производства, передачи, отбора, трансформации и использования информации в виде звука, текста, графического изображения и цифровой информации. В основе данных систем используются компьютерные и телекоммуникационные технологии (базирующиеся на микроэлектронике), которые в свою очередь могут использоваться совместно с другими видами технологий для усиления конечного эффекта.

Цель информационной технологии в сфере производства – обеспе-

чить наиболее благоприятные условия его развития с точки зрения интенсификации обмена информацией между его подразделениями и повышения эффективности ее обработки и использования.

Технологическими средствами реализации информационной технологии являются быстродействующие ЭВМ на микропроцессорной основе (информационная техника), соединенные между собой устойчивыми каналами связи (например, на оптоэлектронной основе), позволяющими эффективно обмениваться необходимой информацией. Инструментальными средствами информационной технологии являются программное и математическое обеспечение.

В информационной технологии предметом труда и продуктом труда является информация, т.е. сведения, исходные данные, необходимые пользователю для принятия каких-либо решений (организационных, управленческих, конструкторских, технологических и т.д.). При этом выходная информация выступает в виде рекомендаций, управляющих воздействий, на-

234

пример, на протекание технологического процесса, или является исходной для дальнейшей переработки.

В сфере информатики в 80-е гг. XX в. формирование очередного поколения аппаратных и математических средств обеспечения началось с радикальной перестройки трех основных технологий: технологии проектирования интегральных микросхем, технологии их производства и технологии программирования.

Изменение в технологии проектирования имело характер переворота в буквальном смысле слова: вместо классического принципа разработки интегральных микросхем, т.е. с расчета отдельных их компонентов (транзисторов, резисторов, конденсаторов и т.д.), стало общепринятым структурное проектирование крупных функциональных блоков информационных устройств. Этот полностью автоматизированный процесс базируется на аппаратно-программных комплексах, в которых имеется вся необходимая информация о технологических нормах проектирования.

Таким образом, проектирование технологических процессов ведут специалисты, которые могут совершенно не знать технологии как таковой,

еефизических средств и оборудования. Но результат проектирования – информация в виде программного обеспечения, записанная на соответствующих носителях. Она позволяет реализовать на практике технологию производства, например, тех же интегральных микросхем.

Вместе с тем технологи могут совершенно не знать строения, принципов действия устройств для записи и воспроизведения информации, но могут использовать полученную информацию для организации производственного процесса. Таким образом, информация в виде, например, программного обеспечения служит связью между проектантами и технологами. Формируемый при этом адаптивный производственно-техноло- гический комплекс «воспринимает» внешний мир через готовые програм- мы-проекты и может перестраивать весь производственный цикл в зависимости от требований потребителей.

Важнейшими предпосылками развития информационной техно-

логии в сфере материального производства являются:

1)разработка новых технологических процессов, согласованных по температурным условиям и среде, принципам контроля и автоматизации;

2)создание физико-математических моделей и программ, которые могут служить основой для проектирования и управления процессами производства;

3)создание комплекса средств автоматической генерации программного обеспечения;

4)разработка автоматических устройств сбора информации и выдачи

еепользователю в удобном для него виде при максимальном облегчении общения с источником информации или ЭВМ;

235

5) создание развитой сети электронных средств обработки информации, позволяющей обмениваться информацией различным пользователям в автоматическом режиме.

Главным направлением развития информационной технологии на современном этапе является решение задачи автоматизации всего пути от формулировки проблемы пользователем до ее решения. Поэтому создание новой технологии обработки информации на ЭВМ становится одной из центральных проблем создания искусственного интеллекта.

Вышеотмеченные требования заставляют внести в традиционную структуру ЭВМ новые компоненты.

На рис. 12.1 показана обогащенная структура компьютера, способного подготовить программу решения задачи по словесному описанию ее условий.

Рис. 12.1. Обогащенная структура компьютера

Кроме собственно ЭВМ, в новом комплексе есть еще три блока:

процессор общения; база знаний; планировщик.

Эти три блока иногда объединяют под названием интеллектуаль-

ный интерфейс.

В задачу процессора общения входит перевод исходного текста задачи на внутренний язык системы. Этот же блок «переведет» потом результаты работы машины на понятный пользователю язык.

Планировщик строит рабочую программу по описанию условий задачи, полученному от процессора общения. Делает это он с помощью

236

имеющейся базы данных. В ней записаны и описаны все необходимые сведения о способах решения задач в данной области. В базе данных хранятся стандартные программы, с помощью которых решаются типовые задачи, содержится другая нормативно-справочная информация. На основе базы данных планировщик «строит» нужную ему программу, которую и решает ЭВМ.

В сфере искусственного интеллекта выделяют три типа систем: интеллектуальные информационно-поисковые; экспертные; логические.

Интеллектуальные информационно-поисковые системы облада-

ют обширным справочно-информационным фондом и способны отвечать на вопросы пользователя, даже если вопрос сформулирован неконкретно или проблемно.

Задача экспертных систем – накапливать опыт специалистов, работающих в плохо формализуемых областях: медицине, биологии, истории и т.д. При этом каждая конкретная экспертная система ориентирована на жестко фиксированную проблемную область. По сути дела, это автоматизированный справочник-советчик для специалиста.

Расчетно-логические системы умеют выполнять множество процедур, используемых в задачах проектирования, планирования, диспетчеризации и т.д.

Новая информационная технология с созданием интеллектуально-

го интерфейса позволяет успешно решать проблему проектирования новой техники и технологии путем автоматизации перевода с предметного уровня на математический, с математического на предметный и наоборот. В результате мир компьютера объединяется с миром конечного пользователя, и тем самым мы переходим к новой информационной технологии.

Особенно стремительным стало внедрение информационной технологии в последние годы в управленческой деятельности. Получила распространение концепция электронной конторы – учреждения, где практически все конторские, управленческие операции, включая сбор информации, ее анализ, подготовку управленческих решений и распоряжений, осуществляются с помощью электронной техники, на базе децентрализованной сети рабочих мест.

Концепция электронной конторы окончательно еще не сформиро-

валась, и сейчас пока трудно сказать, сколь глубоким и всесторонним будет ее воздействие на принципы организации управленческого труда.

Электронное техническое оснащение контор обеспечивает пря-

мое взаимодействие между людьми, не требуя их присутствия в одном помещении и даже в определенное время в рабочем здании. Благодаря электронным устройствам стираются грани между служебным и домашним временем. Очевидно, должно измениться общественное отношение к работе на дому или неполному рабочему дню. Не исключено, что в XXI в. такой режим конторской работы станет весьма распространенным, а может быть, – даже основным.

237

Можно выделить восемь ключевых объектов автоматизации в важнейших функциях управленческой деятельности: обработка текстовой информации; общение с помощью электронной почты; работа на персональных ЭВМ с соответствующими базами данных; запоминание и обработка голосовой информации; электронное хранение документов; передача и обработка факсимильной информации; дистанционные совещания; использование общих систем связи. Можно сформулировать задачу и короче, выделив три важнейшие функции, подлежащие совместной и взаимосвязанной автоматизации: электронная связь, электронное хранение документов, электронное создание документов.

По предварительным оценкам, автоматизация работы служащих на промышленном предприятии может сократить конторские расходы примерно на четверть. По отдельным статьям расходов экономия может быть еще больше.

Если говорить о технике новых конторских технологий, то сердцевину ее составляет персональный компьютер (ПК), объединяющий в себе информационно-вычислительные ресурсы и средства для ввода и воспроизведения информации. ПК объединяются в сеть, они также могут быть подключены к централизованным средствам коллективного пользования, например, к центральным банкам данных, своеобразным «складам» или «библиотекам» большого числа сведений, необходимым для успешного функционирования этой и других электронных контор. В сущности, каждый персональный компьютер может иметь выход «наверх» – на информационную систему, действующую в рамках целой страны или даже международную (сеть Интернет), и «вниз» – получать информацию через систему датчиков непосредственно от работающего оборудования.

Следует подчеркнуть, что автоматизация работы служащих дает эффект при условии комплексности, когда автоматизируется деятельность конторы в целом. В принципе не столь уж сложно объединить в систему отдельные автоматизированные рабочие места. Но ряд фирм выпускает сейчас готовые комплекты оборудования и программного обеспечения, в том числе специализированные, например, «электронную редакцию» – набор оборудования для редактирования текстов, составления макетов и т.д.

Впоследнее время в проектно-конструкторской деятельности начали находить применение так называемые компьютерные имитации, реализо-

ванные с помощью технологии виртуальной реальности.

Влатинском языке слово virtus понимается как «возможный», «который может или должен проявиться».

Воснове системы, реализующей технологию виртуальной реально-

сти, лежит компьютерная динамичная трехмерная модель какого-либо объекта реального мира, которая может воспроизводиться либо на экране дисплея, либо в специальных стереоскопических «очках», состоящих из

238

двух миниатюрных экранов, вмонтированных внутри надеваемого на голову шлема, либо на экране во всю стену.

Принципиальным отличием компьютерных программ, создающих виртуальный мир, от традиционных систем компьютерной графики, передающих только зрительную информацию, является воздействие на несколько органов чувств одновременно: зрения, слуха, осязания. Кроме того, все системы виртуальной реальности интерактивно взаимодействуют с человеком и допускают «вмешательство» последнего в действие, разворачиваемое перед его глазами. Например, можно «дотронуться» рукой до объекта, существующего лишь в памяти компьютера, надев на руку специальную перчатку, начиненную соответствующими датчиками. С помощью компьютерной мыши можно перевернуть имеющееся на экране изображение, осмотреть его с обратной стороны, попасть внутрь исследуемого объекта.

Такие системы в настоящее время используются при проектировании новых моделей автомобилей «Крайслер», создавая, например, эффект присутствия и езды человека на автомобилях, которых еще нет на самом деле. Системы виртуальной реальности позволяют наилучшим образом оптимизировать конструкции реактивных истребителей «Фантом», не прибегая к созданию дорогостоящих натурных макетов. Инженер, надев специальные очки, с помощью устройства, напоминающего компьютерную мышь, передвигает детали самолета с места на место, проверяя, удачно ли соседствуют они друг с другом в виртуальном пространстве. Программное обеспечение помогает избежать «столкновения» различных элементов самолета при его проектировании.

Несомненную экономию дают принципы виртуальной реальности при подготовке персонала для работы на новом оборудовании, например, при освоении гибкой автоматизированной технологии, не говоря уже об обучении езде на автомобиле или имитации хирургической операции.

Технология виртуальной реальности используется при моделировании динамики жидкостей и газов в физике, в моделировании химических опытов, индустрии развлечений, особенно играх, финансовом анализе, геологических и географических науках, информационных системах, изобразительном искусстве, медицине, на телевидении, в образовании, метеорологии и многих других отраслях и видах деятельности.

Лучшие экземпляры технологии виртуальной реальности представляют собой сложные системы, трансформирующие информацию в знание, которое и является наиболее ценным ресурсом человечества.

Таким образом, важнейшее значение использования информационной технологии состоит именно в том, что она открывает пути прогресса без дальнейшего наращивания материально-энергетического потребления.

239

Хотя обработка каждой единицы информации требует энергии, а хранение информации – вещества и пространства, эти затраты неизмеримо меньше затрат энергии, вещества и пространства, чем отображаемые этими информационными процессами события реального мира.

12.6. Общие сведения о программном управлении и его системах

Современная автоматизация расширяет интеллектуальные способности человека, освобождает его не только от необходимости непосредственно и постоянно участвовать в производственном процессе, но и берет на себя часть функций, связанных с управлением и контролем процессов производства.

Для современного производства характерна его компьютеризация, или электронная автоматизация. Пронизывая все этапы создания и производства продукта, компьютеризация означает совершенно новый подход к организации современного производственного процесса.

Программное управление – управление режимом работы объекта по заранее заданному алгоритму (программе).

Программное управление технологическим оборудованием и процессами охватывает управление движением машин, механизмов, транспортных средств и изменением параметров технологического процесса.

К оборудованию с программным управлением относятся:

−автоматические линии (АЛ);

−станки с числовым программным управлением (ЧПУ);

−промышленные роботы;

−автоматизированные системы управления (АСУ);

−гибкие производственные системы (ГПС);

−системы автоматизированного проектирования (САПР). Автоматическая линия – система основного и вспомогательного

оборудования, автоматически выполняющая весь процесс изготовления или переработки продукции или ее составляющих.

Различают специальные автоматические линии, которые предназначены только для обработки определенных изделий; специализированные автоматические линии, которые способны производить однотипную продукцию в некотором диапазоне параметров; универсальные автоматические линии, предназначенные для изготовления широкой номенклатуры однотипной продукции.

В отличие от гибких производственных систем, автоматические линии не приспособлены к быстрому переходу на выпуск новой продукции и их применение наиболее целесообразно в условиях крупносерийного и массового производства.

240