Алексей Боголюбов - Творения рук человеческих (Естественная история машин)
В нашей стране первые безламповые машины («Сетунь») были созданы в 1959—1961 гг. Быстродействие их постоянно повышалось. Так, первая советская машина этого типа, запущенная в серийное производство («Раздан-2»), выполняла пять тысяч операций в секунду. С 1963 г. был начат выпуск машин типа «Минск», которые к 1968 г. увеличили свое быстродействие до шести с половиной тысяч операций в секунду.
В 1966 г. в Институте точной механики и вычислительной техники была построена машина БЭСМ-6, выполнявшая уже миллион операций в секунду. Машина была оборудована четырьмя независимыми пультами управления.
В том же году в Киеве в Институте кибернетики АН УССР под руководством Виктора Михайловича Глушкова была построена малая универсальная машина «Мир», а в 1969 г. был создан ее второй вариант. Здесь взаимодействие человека с машиной было упрощено для облегчения производства инженерных расчетов. Машина «Мир-2» включала уже устройство визуального отображения информации, в состав которого входили световое перо и экран на электроннолучевой трубке.
Для систем управления непрерывными процессами в конце 60-х годов были разработаны машины типа «Днепр». В частности, машина «Днепр-2», выполнявшая до пятидесяти тысяч операций в секунду, имела в своем составе центральное устройство обработки данных, управляющий комплекс, предназначенный для приема информации от управляемого объекта, и комплекс периферийных устройств.
Вскоре, однако, устарели и эти машины. Развитием науки и техники перед конструкторами вычислительных машин были поставлены и новые задачи. Достигнутых скоростей быстродействия было уже недостаточно. Для этого нужно было опять менять структуру машин. В качестве нового структурного элемента появляются интегральные схемы-пластинки площадью в несколько десятков квадратных миллиметров, на которых размещаются тысячи транзисторов, резисторов, конденсаторов, диодов и других составных элементов машин. Применение интегральных схем обусловило появление цифровых вычислительных машин третьего поколения, выполнявших более миллиона операций в секунду, с малыми габаритными размерами, с высокой надежностью действия. Объем памяти машин третьего поколения вырос по сравнению с машинами второго поколения в тысячи раз и во столько же раз снизилось потребление энергии. Еще большие возможности приобрели машины нового поколения, быстродействие которых достигло нескольких десятков и сотен миллионов операций в секунду. В этих системах с громадным объемом памяти диалог человека с машиной приобретает новые формы. В то же время габариты машин быстро падают, а управление ими существенно упрощается.
Так возникли машины нового качества, такие, которые смогли заменить некоторые элементы человеческой памяти и принять на себя часть его психической работы. Но следует отметить, и это весьма существенно, что машина все же остается машиной и ее назначение — помочь человеку и заменить его в тех операциях, которые по какой-либо причине находятся вне человеческих возможностей.
Для того чтобы применить вычислительные быстродействующие машины для управления производством, надо, чтобы и само производство достигло определенной степени организации, т. е. автоматизации всех основных производственных процессов и механизации трудоемких и тяжелых работ. Следует напомнить, что существует качественное различие между обычной технологической машиной и машиной автоматического действия. Автоматизация всех операций, производимых машиной, полностью выключает оператора из технологического процесса. При этом изменяется и взаимосвязь механизмов: становится возможным значительно сократить длительность простоя и перестроить выполнение технологических операций таким образом, чтобы максимально уплотнить рабочее время. За оператором остаются лишь функции контроля и обслуживания, и это обстоятельство оставляет возможности для дальнейшего совершенствования машины.
Другим важным условием автоматизации остается создание более совершенного инструмента или того агрегата, на который и возлагаются технологические функции машины. Оба эти условия взаимосвязаны: введение в практику новых более совершенных рабочих органов стимулирует разработку более совершенных механизмов, а это влечет за собой дальнейшую экономию времени.
Процесс автоматизации имеет «скачкообразный» характер. Всякий раз, когда повышение технологической производительности приближалось к тем значениям, когда становилось бессмысленным дальнейшее ее увеличение, на смену появлялась новая машина. Она давала более высокую производительность благодаря частичной или полной автоматизации рабочего процесса. Это, в свою очередь, порождало новый скачок в повышении технологической производительности, который требовал дальнейшего развития — совершенствования исполнительного механизма за счет сокращения затрат времени.
В настоящее время машины автоматического действия работают в самых различных отраслях промышленности — в машиностроении, металлургии, полиграфии и т. д. Автоматы различаются не только по виду промышленности. Как правило, они являются машинами специализированного назначения в отличие от универсальных машин и станков, поэтому какое-либо производство может иметь значительно больше автоматов, чем оно имело бы универсальных машин.
Однако, несмотря на большое различие технологических процессов и машин автоматического действия, обслуживающих какой-либо технологический процесс, их структура остается принципиально подобной, а все видоизменения заключаются в комплектах механизмов, предназначенных для выполнения операций рабочего цикла, в способах крепления обрабатываемого материала и обрабатывающего инструмента. Во всех машинах автоматического действия имеются группы механизмов, выполняющих подобные функции: распределительный вал с системой кулачковых механизмов, предназначенных для выполнения операций paточные механизмы, передающие движение от распределительного вала, поворотно-фиксирующие механизмы, механизмы питания, механизмы управления, механизмы привода. Эти группы механизмов свойственны почти всем технологическим машинам автоматического действия. Такое подобие в структуре — следствие того, что в основу создания автоматов положены цикличность работы и автоматизация рабочих и холостых ходов.
С точки зрения использования рабочего времени различаются автоматы непрерывного и дискретного (прерывистого) действия. В первом случае весь технологический процесс представляет собой поток, в который поступают сырье и заготовки и который завершается выходом готовой продукции, и поэтому автоматы непрерывного действия по своим качественным характеристикам лучше автоматических машин прерывного действия.
Тем не менее производственные операции, в результате которых получается определенная продукция в виде изделий или же непрерывных лент выработанного материала, не могут обеспечить завершение производственного процесса, если его конечным результатом является сложное изделие, состоящее из большего или меньшего числа разнородных собранных вместе деталей и испытанное на пригодность в конечном виде. Нужна еще автоматизация подачи изделий и материалов, автоматизация сборки. Во многих случаях производственной практики нужна еще механизация и автоматизация трудоемких и тяжелых работ.
Есть и специальные случаи: сборка готового изделия может производиться при очень больших скоростях, превышающих возможности операторов и их внимательность; размеры собираемых деталей могут быть настолько малыми, что оператор, если и может осуществить сборку, то очень медленно, а это экономически невыгодно; операции могут производиться в среде, являющейся опасной для здоровья оператора или даже для его жизни. Во всех этих случаях в производственный цикл вводятся машины автономного действия— роботы и манипуляторы.
В подавляющем большинстве машин, предназначенных для транспорта, передвижение по поверхности осуществляется с помощью колес. Но встречаются такие случаи, когда или по причине больших габаритов машины, или по причине отсутствия специально подготовленной дороги, или при передвижении по сильно пересеченной местности, или по какой-либо иной причине невозможности использовать колесный ход, переходят к шагающим машинам. Все эти машины ведут «свой род» от знаменитого шагающего механизма Чебышева.
И наконец, существует очень большая группа механизмов, которые могут заменять действие некоторых органов человека (протезы) или выполнять некоторые физиологические функции (искусственные внутренние органы человека). С последней группой механизмов «соседствует» большая группа машин, относящихся к медицинской технике.
К перечисленным группам машин и механизмов относятся не все возможные искусственные приспособления, но во всяком случае большая часть той механической техники, которая характерна для современного периода развития производства и общества, укладывается в пределы этих групп. При этом очень важным обстоятельством является то, что автоматы, машины автономного действия, медицинские и иные машины, относящиеся к разбираемым здесь группам, могут агрегироваться с теми вычислительными машинами, речь о которых была выше.