Управляющая машина

Управляющая машина

Вычислительная машина 
для автоматического управления 
сложным объектом. 

Где человек не справляется

Чтобы яснее представить себе все значение управляющих машин для современного производства, начнем разговор о них издалека. Давайте совершим вместе с учеными-машиноведами некое подобие исторического исследования и посмотрим, какова же роль машины в деятельности людей, конкретно .- в производстве.

Как известно, даже примитивные машины имитировали некоторые человеческие способности. Например, первые машины - они увеличивали силу человека. С помощью рычага и блока можно было передавать, передвигать, поднимать предметы.

После машин, преобразующих и увеличивающих силу, появились машины, которые механизировали движение.

Возьмем другую нашу способность - точность. Изобрели тиски для зажима изделия - увеличили точность обработки предметов. Это, если хотите, был уже переход от преобразования силы и движения к управлению.

Потом возникает иная проблема: как перейти к управлению целой последовательностью операций, как осуществить переход от одного изделия к другому? Человек это делает просто: у него есть специальное "управляющее устройство" - мозг. Создали электронно-вычислительные машины - появилась и первая возможность создать искусственные системы для подобных сложных управляющих операций.

Но управление управлению рознь. Оказывается, существует целая иерархия управлений - разные его уровни. В современных условиях, при современной технике нетрудно добиться, чтобы станок правильно работал. Но есть и более высокий уровень управления, когда надо добиться, чтобы станок работал еще и эффективно. Для этого уже нужно

скопировать более сложную функцию - способность человека действовать рационально.

А теперь поднимемся еще на одну ступеньку в иерархии управления, мы к этому готовы. Возьмем целый завод, на котором работает много станков. Согласитесь, здесь управление более высокого порядка, поскольку мы уже выходим за пределы возможностей человека обходиться без специализированных электронных помощников.

Сегодня люди могут спланировать работу завода, получить какой-то результат. Но они не в состоянии из-за большого объема исходных данных самостоятельно найти правильный план комплексного использования всех станков с учетом запасов сырья, заказов и других условий.

Возьмем такой пример. Старый Путиловский завод на заре XX века выпускал машины, которые полностью изготовлялись из металла. Сюда, на завод, не везли с других предприятий ничего, кроме угля, кокса, чугуна. Теперь же этот завод имеет сотни поставщиков, потому что изделия намного усложнились. Есть машины, в которые монтируются даже электронные устройства и узлы. Для новой продукции необходимы десятки тысяч деталей с других заводов. Попробуйте синхронизировать, соединить, согласовать все в единый комплекс - работу станков, людей, поступление сырья, выход готовой продукции, - да так, чтобы нигде не было перебоев, задержки, чтобы завод работал, как слаженный механизм.

Вот тут-то и понадобились в помощь людям сложные управляющие машины.

Видите, как помог нам небольшой исторический экскурс - постепенно мы пришли от простых машин, увеличивающих силу человека, помогающих его мускулам, к сложным машинам, увеличивающим способности человека к управлению: к автоматическим системам, помогающим нервной системе людей - их мозгу.

Ученые подсчитали, что в современной промышленности мощность рабочего, составляющая в среднем 0,1 л. с, усиливается до средней величины в 1000 л. с. его помощниками-машинами. Аналогичная степень усиления умственных способностей дала бы значительный коэффициент, равный одному миллиону. Такими волшебниками-усилителями проявили себя управляющие машины.

Какими же особенностями они обладают?

Главное, они принципиально отличаются от других машин. Это совершенно новый класс помощников человека. Не машины-орудия и не машины-двигатели. Управляющие машины преобразовывают информацию в процессе управления. А это, как правило, всегда связано с вычислениями.

Цель управляющих машин - обеспечить нормальный или максимальный, но обязательно эффективный режим работы, наивысшую производительность, высокое качество изделий, наименьшие затраты труда, сырья, энергии. Как видите, задачи сложные.

Управляющая машина-центральное звено в информационно-управляющих системах промышленных предприятий

Перед нами отечественная управляющая система "Днепр". Она может быть или бухгалтером, или сталеваром, или экономистом, или лоцманом. Все зависит от заложенной в нее программы. "Днепр" хорошо зарекомендовал себя в металлургической и судостроительной промышленности. Используется он и для обработки данных сложных физических экспериментов.

Система состоит из двух частей: центрального устройства - электронно-вычислительной машины - и управляющего комплекса. Работая, машина "опрашивает" по заложенной в нее программе несколько сот датчиков, установленных на управляемых объектах. Затем она обрабатывает полученную информацию, и от машины к объектам поступают команды управления.

Посмотрим, как будет трудиться управляющее устройство, командуя мощным прокатным станом.

Раскаленные, пышущие нестерпимым жаром 20-тонные стальные слябы толщиной более полуметра, выйдя из печи, должны пройти через 12-валковые рабочие клети прокатного стана, чтобы превратиться постепенно в тонкие стальные листы. Дело титанически трудное - раскатать стальную болванку в тонкий лист - и ювелирно точное: отклонение в толщине листа не должно превышать сотых долей миллиметра. Удлиняясь по мере проката, сталь в момент прохождения между валками последней клети движется со скоростью 900 м/мин, почти 60 км/час. И при такой скорости контрольно-измерительные приборы, расположенные по пути проката, сообщат управляющему устройству толщину и напряжение стали на различных этапах. Зональные регуляторы отметят температуру и "подравняют" ее в печи, специальные датчики зафиксируют изменения в металле. Все данные кибернетический командир разложит по полочкам, сравнит с эталоном в своей "памяти" и моментально решит, как отрегулировать скорость и давление отдельных валков, чтобы лист вышел из проката такой толщины, какая требуется.

Управляющая машина командует прокатным станом. Стальные слябы проходят через печь (1), с большой скоростью пропускают через ряд станов: обрезальный (2), обжимочно-прокатный (3), строгальный (4), шлифовальный (5) - и наконец, пройдя валики койлера, выходят в виде тонких листов. Пунктиром обозначено поступление данных в управляющую машину; сплошными линиями - подача команд на контрольные центры и оттуда на отдельные приборы

Нормальным отклонением от заданной толщины листа считается 0,13 мм, а управляющее устройство добилось отклонения всего в 0,076 мм - чуть ли не вдвое меньше!

Не сразу специалисты по автоматизации производства пришли к созданию таких совершенных машин для управления технологическими процессами. Первые попытки начались с того, что оператор вводил в машину данные, которые он получал от приборов. Основываясь на этой информации, электронно-вычислительная машина вырабатывала указания для наладки управляющих приборов. Но оператор, естественно, замедлял весь процесс управления. Кроме того, он был в такой системе и не очень надежным звеном. Тогда решили соединить приборы непосредственно с вычислительной машиной. Теперь она могла сама считывать показатели, необходимые для расчетов. Но и здесь оператору самому приходилось настраивать регулирующие приборы по командам вычислительной машины.

Лишь на третьем этапе совершенствования процессов управления удалось добиться полной автоматизации. Для этого соединили контрольно-измерительные приборы и органы управления прямо с вычислительным устройством. И что же произошло?

Обратимся к специальной статье: "Машина, соединенная собственной системой связи с сотнями контрольно-измерительных приборов, быстро и последовательно собирает сведения об отклонениях от нормы в технологическом процессе и затем анализирует положение. С фантастической быстротой она может определить, что происходит, скажем, на прокатном стане или на химической установке, где для точного определения хода процесса нужно произвести тысячи вычислений. Проанализировав положение, машина быстро решает, как нужно отрегулировать клапаны, форсунки, валки и другие механизмы. Затем машина принимает меры. По линии связи она дает команды органам, управляющим определенными механизмами агрегата, приказывая произвести нужную настройку. Буквально без всякого вмешательства человека машина может повторять операцию сотни раз в день из недели в неделю, а в свободную минуту печатать сжатый отчет о проделанной работе".

Успешнее всего управляющие машины начали применять в четырех главнейших отраслях производства: электроэнергетической, металлургической, нефтеперерабатывающей и химической. Почему? Все они принадлежат к так называемому поточному производству с большим количеством регулируемых величин (параметров).

Автоматизируя выработку электроэнергии, мы должны учитывать показания тысяч контрольных приборов. Только за время пуска в ход турбины ТЭЦ на полный рабочий режим управляющая система должна провести до 1000 последовательных контрольных операций: следить за охлаждением, за уровнем воды в котлах, за пламенем и т. д.

Но, оказывается, это только начало трудной работы. Пустив агрегат, машина буквально "хватается за голову". Ей надо по показаниям 1560 приборов контролировать температуру, давление, поток пара, скорость вращения турбины.

И это ее обычная работа. А если возникнут аварийные обстоятельства - ведь всякое бывает на электростанциях, - управляющая машина начеку. В случае прекращения подачи газа (обычного топлива) она проделает пятьдесят операций и переведет топку на нефть - запасное топливо. Если даже выйдет из строя подшипник турбины, и это не "испугает" машину-командира. Она способна в несколько минут выключить весь энергетический гигант.

К этому надо добавить, что машина одновременно вычисляет технико-экономические показатели, подытоживает отчетные данные, подсчитывает к. п. д. станции.

И еще одно важное дополнение для полной характеристики управляющей машины - она не делает ошибок.

Теперь пришло время вспомнить об иерархии управления, о существовании в нем нижнего и верхнего уровней. Один из инициаторов создания управляющих систем в нашей стране, академик В. М. Глушков так определяет их задачи:

"Для нижнего уровня выбираются относительно простые высоконадежные машины, основная задача которых - работа с объектом управления в истинном масштабе времени. Каждая из машин нижнего уровня способна заменить несколько десятков и даже сотен автоматических регуляторов. Машина высшего уровня - это гораздо более сложная и гораздо более сложно устроенная машина. Такая машина обслуживает до нескольких десятков машин нижнего уровня и занимается в основном оптимизационными расчетами, планированием и организацией работы всей системы в целом".

Теперь вам ясно, что ступенчатое, иерархическое построение систем управления как бы само собой толкает к естественному переходу - системам управления целыми предприятиями, производственными объединениями и даже отраслями производства. Таким образом, в широком масштабе устраняется необходимость непрерывного наблюдения за автоматами со стороны человека. Все контрольные и управляющие функции сосредоточиваются в одном узле. Человек - командир производства - действует как стратег, потому что он освобождается от решения мелких оперативных задач, от повседневной производственной "текучки".

Вот система управления, действующая на Львовском телевизионном заводе. Называется она "Львов". Это типовая система для предприятий с массовым производством. Ее можно подключить в общегосударственную систему управления народным хозяйством. За год "Львов" позволил увеличить выпуск продукции почти на 20% за счет более эффективного использования материалов, точного соблюдения графика,

улучшения технологии и совершенствования организационно-технического управления. Действительно, невиданное дело - без увеличения производственных мощностей увеличение производства телевизоров почти на 20 тысяч штук.

В системе управления "Львов" главную роль играла электронно-вычислительная машина "Минск-22". К ней от технологической схемы производства идет информация о ходе работы, а также от счетчиков готовой продукции, находящихся на конвейере и в отделе технического контроля. Целый комплекс средств диспетчерской службы: телевизионные установки, телефоны, сигнализация, всевозможные табло - помогает в управлении. А быстродействующие печатные устройства оформляют отчетные документы. Вся документация на заводе ведется в таком виде, чтобы ее удобно было вводить в машину. Поэтому она в любой момент располагает полной картиной состояния дел на заводе.

В промышленности нашей страны уже трудится много управляющих систем: кроме "Днепра" и "Львова", работает, например, "Комплекс". Он хорошо "справляется" с управлением мощными тепловыми электростанциями. "Каскад" незаменим для управления аммиачными заводами. А система "Тайга" представляет целое содружество из шестнадцати электронно-вычислительных машин "Ангара" и двух машин "Байкал". Столь мощная система понадобилась для управления гигантом лесохимии - Братским лесопромышленным комплексом в Иркутской области.

Где человек не справляется