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: 110
Скачиваний: 0
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
\ В. И. Обухов |
49 |
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
рование комплексов |
нервных сетей |
послужит |
в будущем хорошей |
основой для |
разработки |
58