Файл: Обухов В.И. Человек и автоматика рассказ о больших системах.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 05.04.2024
Просмотров: 106
Скачиваний: 0
триваемого не уменьшается, а, напротив, все возрастает. Например, в области транспорта будут все больше увеличиваться скорости, а также количество наземных и воздушных средств сообщения, что потребует еще больше го их упорядочения. К 1980 году будет, вероят но, предпринята попытка посадки космических кораблей на другие планеты, что, естественно, после 2000 года выдвинет вопрос о заселении планет. Таким образом, к сложной единой транспортной системе Земли прибавится кос мическая система транспорта, которая по сложности регулирования и управления будет, видимо, в таком же сравнении, в каком нахо дятся телега и самолет.
Наземный транспорт к тому времени, когда станут обычными космические полеты, будет, видимо, представлять не только единую, в мас штабе нескольких государств, но и скоростную транспортную систему, где большое место зай мет монорельсовый транспорт, а также различ ные средства передвижения на воздушной по душке, электромобили и т. д. Уже сегодня существуют отдельные опытные образцы транс порта на воздушной подушке, которые пока зали прекрасные характеристики. Между тем бесколесный поезд на воздушной подушке мо жет развивать скорости порядка 400—640 ки лометров в час и на небольших расстояниях успешно конкурировать с воздушным транс портом. Можно предполагать также, что до 2000 года появятся в значительном количестве машины-переводчики, «искусственный мозг», глобальный информационный центр, мировая телевизионная система и человечество к этому
39
времени, естественно, все больше будет стре миться к универсальному языку.
Кроме того, появятся неограниченные воз можности в получении энергии в виде управ ляемых термоядерных реакций. Станут воз можными не только хранение запасов электри ческой энергии, но и передача ее в больших количествах на расстояние без проводов.
Будет решен вопрос о простом и доступном превращении одних элементов в другие. В свя зи с освоением космоса возникает необходи мость в решении проблемы приспособления планет для жизни людей.
Усложнение и непрерывный рост объектов, их автоматизация ведет постепенно к созданию больших систем.
Появление больших систем не случайность, они возникли в результате не только развития соответствующих наук, но прежде всего благо даря достижению того уровня автоматизации, который обеспечил такие огромные теоретиче ские и практические успехи этой области тех ники.
ОТ МЕСТНЫХ АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ К БОЛЬШИМ СИСТЕМАМ
Из истории автоматики
втоматизация производства, так бурно развивающегося в наше время, не появилась внезапно на пустом месте, она глубоки ми корнями уходит в далекое
прошлое развития технической мысли.
Даже само слово автоматизация, означаю щее в переводе с греческого внедрение само движущихся механизмов, относится к прош лому. Это еще раз подчеркивает, что разнооб разные самодвижущиеся механизмы люди пытались создавать уже в глубокой древности. Однако в каждую эпоху автоматика имела определенные цели, средства, условия, свою историю. Вместе с развитием общества она не прерывно совершенствовалась и изменялась.
Первые письменные сообщения об исполь зовании человеком примитивных устройств ав томатического регулирования были выявлены в Вавилонии, где около 2100 лет до нашей эры это государство, имея наиболее развитую куль туру, располагало многими разнообразными оригинальными приспособлениями, в том числе и первыми устройствами автоматики. Вавилон-
41
цы использовали систему регулирования в ир ригации земель, поддерживали нужную влаж ность земли. В своей автоматической системе они впервые применили принцип обратной свя зи, который уже несколько десятков веков яв ляется доминирующим в современных автома тических устройствах. Примечательным в ис пользовании автоматики того времени явилось то, что законами царя Кинга Хаммараби пре дусматривалось наказание людей за непра вильное действие в системе регулирования.
Среди наиболее интересных устройств ре гулирования древности можно отметить водя ные часы «Клепсидра», появившиеся, по пред положению, уже в начале нашего века у ара бов. «Клепсидра» была сравнительно точным и надежным устройством того времени и про существовала она в силу своих преимуществ вплоть до XVII века.
Начальный период в развитии автоматиче ских устройств в древние века был настолько насыщенным, что уже в I веке Герои Алексан дрийский, один из выдающихся древнегрече ских ученых и инженеров, обобщая развитие науки и техники, смог в своих сочинениях опи сать много всевозможных автоматов, в частно сти автомат для продажи «священной воды», автомат для открывания дверей храма, когда загорался жертвенный огонь, и, наконец, театр кукол, в котором механические фигурки авто матически разыгрывали представление. Впо следствии подобные автоматические фигуркиавтоматы, точно копирующие движения че ловека, так называемые андроиды, были в те чение долгого времени предметом внимания
42
Один из первых автоматов древности— во дяные часы «Клепсидра»
многих ученых, инженеров и механиков, не смотря на то, что в основном они предназнача лись для забавы и развлечения царей и бога
тых людей.
Эти автоматические устройства в качестве источника энергии использовали энергию во ды, пара, сжатого воздуха и в общей сложно сти представляли интересную совокупность взаимодействующих в работе колес, рычагов, противовесов и винтов, создание которых тре
43
бовало большого инженерного мастерства и та ланта.
Именно поэтому многие ученые, инженеры и механики занимались созданием автомати ческих человекоподобных устройств на протя жении многих столетий. По поводу отдельных подобных автоматов сложены легенды. Так, в одной из них рассказывается, что в XIII веке немецкий философ и алхимик Альберт Великий сделал «железного человека». Согласно преда нию, ученый создавал его 30 лет. Этот «желез ный человек» был его привратником и произно сил, когда нужно, несколько слов. С годами механический человек разладился и часто, даже когда не нужно, стал говорить. Это будто бы и послужило причиной раздражения учени ка Альберта Фомы Аквинского, который в при падке гнева молотом разбил «железного чело века».
В период XV—XVII веков подобные меха нические игрушки: барабанщики, музыканты, танцовщицы были сделаны в Италии, Герма нии и других странах. В тот же период появи лись часы, которые сыграли важную роль в развитии автоматизации.
В этой связи К- Маркс писал, что «если оставить в стороне изобретение пороха, компа са и книгопечатания, то за время с XVI до се редины XVIII века, т. е. за период мануфакту ры, развивающейся из ремесла до собственно крупной промышленности, имелись две матери альные основы, на которых внутри мануфакту ры строилась подготовительная работа для пе рехода к машинной индустрии,— это часы и мельница...
44
Часы — это первый автомат, употреблен ный для практических целей» '.
Не находя в силу отсталости производства приложения своих сил, мастера-механики поч ти во всех развитых странах на основе часово го механизма снова начинают создавать уди вительные автоматы-игрушки.
Русский механик И. П. Кулибин (1735— 1818) сделал, например, такие уникальные ча сы размером с гусиное яйцо, в которых одно временно с боем часов на исходе каждого часа раздвигались створчатые дверцы, начинала иг рать музыка и разыгрывалось целое представ ление кукол.
Подобные часы только больших размеров создал в 1640 году в Праге для ратуши мастер Гануш, поплатившись за них зрением, так как «отцы» Праги, боясь, как бы он кому-нибудь не сделал еще подобных часов, ослепили его.
Со временем автоматические устройства — игрушки-автоматы становились все совершен нее и представляли порой настоящее искусст во. Именно таких автоматов появилось много в
XVIII веке.
Швейцарские часовщики отец и сын Дро сконструировали писца, способного написать целую фразу, рисовальщика, девушку, играю щую на музыкальном инструменте, и т. д.
Француз Жан Вокансон (1709—1782) сде лал флейтиста в рост человека, исполняющего 11 различных музыкальных пьес.
Но продолжавшийся несколько столетий
1 К. М а р к с , Ф. |
Э н г е л ь с . Избранные письма. М., |
Госполитиздат. 1953, |
стр. 137. |
45
период этой предыстории автоматизаций, ха рактерным для которого были в основном ав томаты-игрушки, заканчивается к началу XVIII века. Отдельные автоматические производст венные устройства того периода терялись сре ди механизмов ручного труда. Наступающий XVIII век меняет картину в области автома тизации.
Во многих странах произошла промышлен ная революция. Пришедший на смену феода лизму капитализм быстро начал создавать бо лее совершенные производства и машины.
Таким образом, как писал К. Маркс, «при обретая новые производительные силы, люди изменяют свой способ производства, а с изме нением способа производства, способа обеспе чения своей жизни,— они изменяют все свои общественные отношения. Ручная мельница да ет нам общество с сюзереном во главе, паро вая машина — общество с промышленным ка питалистом» '.
Паровой двигатель и многочисленные ма шины, явившиеся основой промышленной революции, настоятельно требовали автомати ческих регуляторов и устройств. Во многих слу чаях создаваемые машины уже просто не мог ли работать без таких регуляторов-автоматов. Большое значение для развития техники того времени имел изобретенный в 1763 году И. И. Ползуновым поплавковый регулятор для паровой машины, поддерживающий уровень воды в котле, и центробежный регулятор для паровых машин, построенный в 1784 году Джеймсом Уаттом. Регуляторы И. И. Ползуно-
1 К- М а р к с , Ф. Э н г е л ь с . Соч., т. 4, стр. 133.
46
ва и Д. Уатта были основаны на принципе от клонения величины или на принципе обратной связи.
В 1829 году французский механик Жан Понселе выдвинул еще один принцип в построении автоматических регуляторов, основанный на предварении или компенсации величины.
Идея Понселе состояла в том, чтобы возму щение подавать на регулятор мгновенно, а на машину — с запозданием. В этом случае регу лятор мог подавать машине воздействие, ком пенсирующее возмущение, вызванное случай ным изменением нагрузки.
Техническая реализация подобной идеи в тот период была затруднена, тем не менее нуж но отметить, что основные принципы современ ной автоматики, а именно принципы обратной связи и компенсации были уже заложены в мо мент зарождения промышленной автоматиза ции. Оценку систем управления с обратной связью и компенсационных систем дает в сво ей книге «Кибернетика» Н. Винер. «Системы управления с обратной связью,— пишет Ви нер,— и компенсационные системы... до некото рой степени конкурируют между собой. Какой из этих двух методов лучше, зависит от того, насколько постоянна характеристика приме няемого исполнительного органа. Естественно предположить, что могут быть случаи, когда выгодно сочетать два метода. При этом же уро вне обратной связи поведение системы опреде ленно улучшится. Если, например, исполни тельный орган действует с запаздыванием, то компенсатор должен быть учреждающим или предсказывающим устройством, рассчитанным
47
на статистический ансамбль входных сигна лов...
Информативная обратная связь и приведен ные выше примеры обратной связи с компен саторами представляют собой лишь частные случаи, теория которых еще недостаточно раз работана. Вся эта область очень быстро разви вается, и в ближайшем будущем на нее надо обратить гораздо больше внимания».
К этой характеристике различных принци пов построения систем следует добавить, что теория, о которой писал Н. Винер, усиленно развивается, а комбинированные машины на чинают строиться.
Всевозможные регуляторы в тот период по лучили большое распространение. Однако ма шины, имеющие автоматическое регулирова ние при работе на различных нагрузках и ско ростях, часто ломались, были неустойчивы, а иногда не давали желаемого результата. Нуж на была наука об автоматах-регуляторах, и по явление научных работ по автоматическому ре гулированию и было тем качественно новым, что отличало автоматизацию того периода от всего прошлого.
Обобщая практические разработки, русский ученый И. А. Вышнеградский (1831 —1895), ан глийский физик Клерк Максвелл (1831— 1879) и словацкий инженер и ученый Аурель Стодола (1859—1942) заложили основы теории автоматического регулирования.
В этих работах многие вопросы практики нашли совершенно неожиданное решение. Так, например, до работы И. А. Вышнеградского «О регуляторах прямого действия», опублико
48