книги из ГПНТБ / Обухов В.И. Человек и автоматика рассказ о больших системах

ванной в 1876 году, считали, что система авто­ матического регулирования устойчива, если порознь устойчивы объект и регулятор.

В своей работе И. А. Вышнеградский пока­ зал, что регулирование может быть устойчи­ вым даже при неустойчивых в отдельности элементах системы и, наоборот, можно созда­ вать неустойчивое регулирование при устойчи­ вых элементах.

Кроме того, И. А. Вышнеградский нашел условия, при соблюдении которых регулируе­ мая система, описываемая дифференциальным уравнением определенного порядка, будет устойчива.

Большое внимание вопросу устойчивости автоматических систем было также уделено в работах К- Максвелла и А. Стодолы. В 1868 го­ ду К- Максвеллом была сформулирована и ре­ шена задача об определении такого условия критерия, который позволял судить об устойчи­ вости автоматических систем.

Вслед за этим в 1877 году Раус предложил еще один критерий для определения устойчи­ вости автоматических систем, а в 1895 году швейцарский математик Гурвиц по предложе­ нию А. Стодолы сформулировал новые условия для определения устойчивости автоматических систем.

Таким образом, автоматизация этого перио­ да, начавшаяся в годы первой промышленной революции и продолжавшаяся до начала 40-х годов XX века, т. е. до появления электронной вычислительной машины, не только начала ши­ роко внедряться в практику, но стала наукой.

Автоматизация XIX века принесла много

новых автоматических устройств в различных отраслях производства.

В1801 году во Франции был сконструиро­ ван Жаккардом автоматический станок, кото­ рый управлялся с помощью перфорированных картонных карт.

Широкий и массовый выпуск текстильных изделий в XIX столетии привел к тому, что тка­ чество в 90-х годах прошлого века было пре­ вращено в автоматизированный процесс.

В1833 году Англия, будучи в то время ве­ ликой морской державой, построила автома­ тизированную булочную по изготовлению мор­ ских сухарей.

Значительным толчком в развитии автома­ тики послужили успехи электротехники, а впо­ следствии — электроники.

Так, в 1872 году В. Робинзон в США изо­ брел электрическую блокировку на железнодо­ рожном транспорте, в 90-х годах в России бы­ ла разработана автоматическая телефонная станция. Вслед за этим появилась серия авто­ матических устройств в приборостроении и ма­ шиностроении.

В1907 году появился автомат Оуэна по из­ готовлению бутылок.

Кконцу XIX века было изобретено значи­ тельное количество механических станков и по­ явилась возможность автоматизировать их, а также создавать из них целые автоматические линии.

В 1939 году в Советском Союзе на Волго­ градском тракторном заводе была пущена ав­ томатическая линия. Сейчас автоматических линий насчитывается десятки тысяч.

50

Автоматизация проникает во все области производства во всех странах мира. Интенсив­ но развивается автоматизация не только в

СССР, но и в капиталистических странах.

В этом отношении следует вспомнить выска­ зывание классиков марксизма о том, что «бур­ жуазия не может существовать, не вызывая по­ стоянно переворотов в орудиях производства, не революционизируя, следовательно, произ­ водственных отношений».

Характерной особенностью автоматизации XIX века являлось то, что она в основном была частичной, а не комплексной, т. е. автоматизи­ ровались отдельные агрегаты, участки. Осво­ бождая человека от тяжелого физического тру­ да, такая автоматизация не освобождала его от управления автоматическими участками.

Интересно отметить, что в XX веке инжене­ ры не бросили конструирование андроидов. Только теперь от создания человекоподобных автоматов-андроидов, предназначенных для развлечения, они переходят к конструирова­ нию помощников человека. Название «андрои­ ды» было заменено роботом. В роботах вместо пружин, винтов, рычагов стали применять электродвигатели, электронные лампы, фото­ элементы, громкоговорители и т. д.

Роботы, внешне похожие на человека, в от­ личие от андроидов были уродливы и огромны. Конструкторы роботов давали им различные имена. Они описывались в литературе, пока­ зывались на выставках, появлялись в кино­ фильмах.

Разновидностью роботов в настоящее вре­ мя, пожалуй, можно считать устройства, кото-

51

рые внешне совершенно потеряли какое-либо сходство с человеком и представляют совокуп­ ность блоков и приборов, т. е. автоматическую систему выполняющего определенную работу человека, например автопилот, автомашинист, автосталевар и т, д. Появились устройства, ко­ торые заменяют какой-то один орган человека, например «механические руки», предназначен­ ные для съема мало- и среднегабаритных де­ талей из-под пресса. Применение только таких «механических рук» позволяет повысить произ­ водительность труда на 20—25%.

В будущем подобные механические роботы найдут, вероятно, большое применение, но бу­ дут более совершенными. В этом отношении уже многое сделано. В Академии наук СССР

создан биэлектрический манипулятор, который при дальнейшем изменении позволит превра­ тить робот в надежного помощника человека, повинующегося его мысли.

Новое в современной автоматике

роблемы современной автома­ тики чрезвычайно сложны и многообразны и рассказать о них подробно очень трудно, тем более, что автоматизация про­

изводства с каждым годом получает широкое и всестороннее развитие и становится важней­ шим революционизирующим фактором.

В области автоматики в настоящий момент уже достаточно ясно определены преимущест­ ва, которые так важны для экономики страны.

52

Кроме того, разработаны пути осуществления автоматизации. К основным преимуществам автоматики, имеющим огромный экономиче­ ский эффект, относится прежде всего увеличе­ ние производительности труда, которая, как от­ мечал В. И. Ленин, «в последнем счете самое важное, самое главное для победы нового об­ щественного строя». Как показывают расчеты, путем внедрения систем автоматического управления можно увеличить производитель­ ность оборудования на 2—5 процентов, а в не­ которых случаях и до 20 процентов. В масшта­ бе страны это значительный эффект. Немало­ важным достоинством в автоматизации являет­ ся улучшение качества продукици, поскольку только автоматические системы могут обеспе­ чивать и строго поддерживать нужные разме­ ры, технологические параметры и тем самым обеспечивать высокое качество и снижение се­ бестоимости продукции. Примером этого мо­ жет служить один из металлургических заво­ дов, где прокатный стан, имея систему автома­ тического регулирования толщины полосы, принес государству годовую экономию порядка 250 тысяч рублей. Автоматизация приносит и другие блага, а именно ведет к сокращению затрат труда, материалов и энергии. Это сокра­ щение нередко дает такой экономический эф­ фект, который равносилен вводу новых цехов и целых предприятий.

Не желая терять свои позиции в производи­ тельности труда, американцы более категори­ чески формулируют значение автоматики, вы­ двигая лозунг «автоматизация или смерть». Но осуществляя автоматизацию и сохраняя тем са­

53

мым высокую производительность труда, США и другие капиталистические государства со­ здают в своих странах трудности другого по­ рядка, уже присущие укладу капиталистиче­ ского производства. Именно автоматизация, порождая рост производственных мощностей, ведет к противоречию с масштабами потребле­ ния, ограниченными платежеспособным спро­ сом населения. Автоматизация в капиталисти­ ческих странах порождает безработицу. Этот процесс сокращения рабочих виден на приме­ ре железных дорог США, где внедрение авто­ матизации было особенно интенсивным. Чис­ ленность персонала железных дорог с 1 663 896 человек в 1930 году сократилась до 1 064 705 че­ ловек в 1954 году, хотя грузовые и пассажир­ ские перевозки за этот период намного возрос­ ли. Подобное положение можно наблюдать всюду. Так, на заводе фирмы «Рейсион мэнюфэкчуринг компани» в Чикаго тысячу прием­ ников в день без автоматизации собирали 200 рабочих. После автоматизации и некоторого изменения технологии на такую работу потре­ бовалось всего 2 человека. В неавтоматизиро­ ванном цехе патефонных пластинок «Колум­ бия» работало 250 человек, а в автоматизиро­ ванном работают 4 человека и выпускают пла­ стинок в 5 раз больше, чем 250 рабочих. На моторном заводе в Кливленде на автоматизи­ рованном оборудовании работает 250 рабочих, тогда как в прошлом без автоматизации такое же количество блоков моторов выпускало 2500 рабочих. Примеров подобного характера очень много, и все они говорят о том, что ав­ томатизация резко сокращает численность пер­

54

сонала и занятость людей. Поэтому выдвину­ тый американцами лозунг приобретает для от­ дельных производств и групп людей иногда буквальное значение. Такое же значение эта позиция приобретает и для таких процессов, о которых говорят, что они происходят «на гра­ ни взрыва», или когда имеют в виду очень до­ рогостоящие эксперименты или работы, крайне ответственные и опасные для человека. Приме­ ром процесса «на грани взрыва» может слу­ жить приготовление полиэтилена. Этот процесс чрезвычайно сложен и происходит он при очень строгих условиях. Взрыв такого процесса, ко­ нечно, условный. Заключается он в том, что при малейшем отклонении от установленных норм приготовления полиэтилен превращается в сажу. Следствием этого являются большие убытки, остановка процесса, чистка реактора.

Квалифицированное самое тонкое ручное управление реактором даже при таких усло­ виях, когда смена операторов происходит каж­ дые полчаса, не избавляет производство от ава­ рии, и только автоматическое управление, соз­ данное для этих целей в СССР, позволяет ис­ ключить их.

С развитием химического производства та­ ких процессов появляется все больше, и поэто­ му роль автоматики и специалистов сложных систем автоматического регулирования и упра­ вления все возрастает. Примером крайней не­ обходимости автоматических устройств могут служить космические полеты и эксперименты. Как известно, трагический исход запуска аме­ риканского космического корабля «Джеми- най-6» был предотвращен благодаря четкой ра­

55

боте автоматического контрольного устройст­ ва. И, наконец, решающую роль автоматика играет в атомной энергетике, где по условиям безопасности персонала работа агрегатов и ре­ акторов вообще принципиально недопустима без автоматических устройств. То же самое от­ носится и к экспериментам в атомной физике, когда работа синхрофазотронов и циклотронов осуществляется благодаря уникальным систе­ мам автоматического регулирования. Приме­ ров, когда без автоматики процессы производ­ ства невозможны, а жизни человека без них угрожает смертельная опасность, на сегодня уже много.

Но и другие области обогащаются новыми автоматическими системами, обусловленными общим развитием наук кибернетического ха­ рактера.

Характерной чертой развития современной науки является непрерывное проникновение биологических знаний в различные области фи­ зико-математических и технических наук. Вза­ имное и тесное переплетение двух различных областей знаний способствует не только непре­ рывному техническому прогрессу, выражающе­ муся в создании качественно новых автома­ тических и радиоэлектронных устройств и

'самонастраивающихся систем, но также ведет к еще большему развитию техники и меди­ цины.

Одним из конкретных применений биологи­ ческих знаний в технике является создание та­ ких новых научных направлений, как кибер­ нетика и бионика, целью которых является изу­ чение ряда биологических процессов живых ор­

56

ганизмов и перенесение принципов их работы в научную и инженерную практику. В настоя­ щий момент уже достаточно четко определен круг вопросов, которые должна решать кибер­ нетика и бионика. Для бионики, как отмечает академик А. И. Берг, сегодня уже «можно пе­ речислить некоторые инженерные задачи, в ре­ шении которых бионика может помочь: это на­ копление и обработка большого количества информации; повышение надежности радио­ электронных схем, составленных из менее на­ дежных элементов; создание электронно-вы­ числительных машин, решающих задачи без предварительного программирования; созда­ ние адаптических (самоприспосабливающих­ ся) систем, т. е. систем, обладающих свойст­ вом автоматически менять свои параметры в соответствии с изменением внешних условий для получения наивыгоднейших характери­ стик; дальнейшая миниатюризация (сверхми­ кроминиатюризация) элементов и блоков ра­ диоэлектронной радиоаппаратуры; распозна­ вание изображений и образов, в частности в «обучающихся» машинах, в системах обра­ ботки и выборки информации; разработка методов сбора, кодирования, обработки и на­ копления информации для самоорганизующих­ ся систем и машин; создание принципиально новых навигационных приборов, основанных на понимании того, каким образом животные, птицы, рыбы и насекомые ориентируются в про­ странстве с высокой точностью; разработка но­ вых методов преобразования различных видов энергии в механическое движение; разработка (Ювых методов преобразования химических и

57

биохимических видов энергии в электричес­ кую». Бионика не только пытается понять сущ­ ность работы того или иного органа, но и непо­ средственно использовать живые организмы в работе. Так, например, на одном американском заводе обученные голуби прекрасно выполняют роль контролеров. Видя бракованную деталь, они клюют по специальной пластинке, с по­ мощью которой бракованная деталь автомати­ чески отбрасывается. Мастерство их настолько велико, что человек не может с ними соперни­ чать.

Несмотря на то что бионика возникла нес­ колько лет назад, она имеет сегодня уже впол­ не ощутимые успехи. Так, на основе изучения некоторых органов чувств и рецепторов живых организмов созданы оригинальные технические устройства, которые используются во многих новых отраслях техники, а также в медицине. Кроме того, проектируются всевозможные био­ нические и адаптивные системы управления процессами, что, безусловно, поднимет инже­ нерные решения на еще больший уровень. В ближайшие годы достижения бионики будут, вероятно, использованы в космонавтике, где устройства, имитирующие различные органы чувств, несомненно сыграют свою роль. В ка­ честве практических разработок бионики мож­ но упомянуть еще о создании модели нейро­ нов — основной клетки нервной системы чело­ века.

Создание модели нейронов, учитывающей все тонкости их работы, и на их базе конструи­

58