Управляемая ракета еще с земли нацеливается на полет по определенной траектории и с определенной скоростью. Но если в полете ее предоставить самой себе, то сопротивление воздуха, ветер, всякие случайные воздействия в период запуска и в процессе полета сделают бесполезной самую тщательную начальную установку. Ракетой надо управлять непосредственно в процессе ее движения — управлять так, чтобы фактические траектория и скорость достаточно мало отличались от заданных.
Заданные траектория и скорость известны еще до начала полета, а фактическая траектория должна быть рассчитана в процессе движения. Для этого после запуска ракеты включаются устройства, автоматически измеряющие ее положение и скорость в полете.
Результаты измерений поступают в вычислительную машину, рассчитывающую по ним фактическую траекторию. Затем машина сравнивает фактическую траекторию с заданной и определяет необходимые поправки. Они потом в форме сигналов поступают в механизмы управления, поправляя курс ракеты.
А в следующее мгновение начинается новый цикл управления. Очередные сведения о положении и скорости поступают в вычислительную машину, рассчитывается фактическая траектория, определяется необходимая коррекция, изменяется курс ракеты.
Теперь продукция машины — не просто числа, которые можно собрать в книгу, полезную сегодня, завтра, через год. Теперь продукция машины — управляющий сигнал, который полезен, только если он получен, когда можно и нужно внести поправку в курс движения ракеты, проглатывающей несколько километров в секунду.
Каждый цикл вычислений должен уложиться в маленький промежуток времени, отделяющий момент отбора полетных данных от момента внесения поправок. И эти циклы повторяются до тех пор, пока ракета находится в пределах, позволяющих достаточно точно измерять ее положения и скорости.
Теперь вычислительная машина должна работать в «реальном времени». Вместе с ракетой, а также с устройствами, собирающими информацию о ее положениях и скоростях, и устройствами, передающими на ее «рули» управляющие сигналы, она должна образовать единую замкнутую в кольцо автоматическую систему. В этой системе машина несет все функции управления, осуществляя их в точном соответствии с заданной ей программой.
Вот когда быстродействие вычислительного автомата решает все. Вот почему без вычислительных машин немыслима космонавтика, немыслимо создание эффективных методов защиты от агрессии, немыслима автоматизация технологических процессов, требующих молниеносной обработки информации.
Вы помните, что, когда обсуждались первые проекты станков с программным управлением, самые серьезные возражения со стороны экспертов и рецензентов возникали в связи с вопросом о расчете сложных программ. Это было в начале 1950 года. Тогда сведения об электронных вычислительных машинах только еще начали появляться в печати, и предложения об их использовании в широком масштабе в заводских условиях для подготовки программы работы станков казались крайне несерьезными, попахивавшими чем-то от фантастических рассказов.
Вместе со спорами и дискуссиями шло время, и оказалось, что если бы это время можно было вернуть, то его полезней было бы затратить не на споры о том, когда у инженеров будут электронные вычислительные машины, а на подготовку к их наилучшему использованию для самых, казалось бы, фантастических целей. Оказалось, что вычислительные машины уже тут, у наших дверей. И не одна. Их 10, 100, 1000!
С первых лет работы над станками с цифровым управлением использовались два возможных варианта применения электронных машин. Были построены несколько станков, работавших «в одной упряжке» с электронной машиной, то есть в «реальном времени».
В приемные устройства машины на перфорированной ленте, примерно такой же, что используется в автоматических телеграфных аппаратах, вводится информация, характеризующая опорные точки траектории движения инструмента. Затем машина автоматически рассчитывает всю траекторию движения по таким формулам и так подробно, как это необходимо, чтобы изделие было обработано с заданной точностью. А на выходе машины результаты расчета превращаются в управляющие сигналы, воздействующие непосредственно на исполнительные механизмы станка.
Так, в частности, действовал первый американский станок с цифровым управлением, сведения о котором появились в печати в 1952 году.
Однако для непосредственного управления станками электронные машины пока не привились.
Почему? Да потому, что, как сказал поэт,
В одну телегу впрячь не можно
Коня и трепетную лань.
Действительно, место электронной машины — в вычислительном центре, в конструкторском бюро, там, где создаются проекты новых изделий, детали которых будут обрабатываться на станках с программным управлением. А в цехах должны работать станки. И чем проще их конструкция, чем меньше сложных вычислительных и электронных узлов их окружает, тем проще их эксплуатация, тем более надежной и безотказной будет их работа.
И еще одно важное соображение говорит за то, что целесообразно разделить работу двух автоматов — вычислительного, который готовит программу, и станка, который работает по ней.
Электронная машина очень производительна. Она одна может обслужить несколько станков с программным управлением. И использовать ее для непосредственного управления одним станком — значит согласиться с тем, что значительную часть времени она будет бездействовать.
Сейчас это слишком дорогое удовольствие. Но будет ли так всегда? Ответ на этот вопрос ясен. Если удастся создать малогабаритный, высоконадежный, быстродействующий вычислительный блок, который сравнительно дешево сумеет выполнять ограниченный класс задач программирования, свойственных конкретной конструкции станка, то тогда станок и машина могут и будут работать в одной упряжке. Этот вопрос уже обсуждается в технической литературе. А пока в подавляющем большинстве современных конструкций оба автомата разделены во времени и пространстве. Единственно, что их объединяет, — это лента.
Вот уж действительно удивительное средство автоматизации — лента (или карта) с закодированными на ней числами! Около двухсот лет ею пользуются люди. Сначала просто как «находкой», случайно изобретенной предшественниками Жаккара. Затем эту находку приспособили для автоматизации музыкального инструмента, потом в телеграфии, полиграфии, в вычислительной технике, в современных электронных автоматах.
…На магнитную ленту часто в самом простом унитарном коде записывает подробную программу вычислительная машина. На этом ее функции заканчиваются. Программы эти можно хранить, собирать в специальные библиотеки, размножать, пересылать одновременно нескольким заводам.
А станки с программным управлением снабжаются специальными устройствами, предназначенными для введения ленты, считывания и расшифровки сигналов. Для обработки того или иного изделия надо лишь запросить из библиотеки соответствующую программу. И если одинаковые изделия обрабатываются даже на разных заводах, то можно быть уверенным, что они будут действительно одинаковыми.
…В стороне от станка стоит небольшой пульт. Под стеклом с катушки на катушку переливается блестящая коричневой поверхностью магнитная лента. Конструкция напоминает магнитофон. Так и кажется, что сейчас услышишь «мелодию» изделия. Гибкий шланг соединяет пульт со станком. И неслышимая «мелодия» перекодируется в движения — то медленней, то быстрей, вправо и влево, вверх и вниз движутся инструмент и стол станка, и грубая заготовка превращается в изящное, блестящее изделие. Этим превращением управляют числа.
Давайте еще раз проследим тот путь, который отделяет изготовленное таким образом изделие от момента, когда конструктор, сидя за чертежной доской, сделал его чертеж.
Конструктор передает чертеж программисту, который намечает во всех подробностях программу обработки детали и составляет таблицу опорных точек.
Затем эта таблица поступает к оператору. Он сидит за перфоратором и работает, как телеграфист. Только вместо текста телеграммы перед ним лежит таблица и вместо букв он набирает числа — только числа.
Оператор считывает эти числа из таблицы и слегка нажимает на клавиши перфоратора. При этом механизмы перфоратора приводят в движение специальные пробойнички — пуансоны, которые в определенном коде пробивают на ленте отверстия. Оператор работает быстро. Он успевает набирать до ста с лишним знаков в минуту.
Но как гарантировать, что при таком ручном наборе в подготовленную программу не вкралась ошибка?
Текст любой книги после того, как он набран наборщиком, проверяется автором книги, редактором, корректором. При таком многократном контроле у опечатки очень мало шансов остаться незамеченной. А если это и случается, то, как правило, не приносит много вреда. Читатель либо опечатку не заметит либо быстро разберется в сути дела.
Ошибка в одной букве даже в телеграмме, передающей информацию в предельно сжатой форме, редко приводит к трагическим последствиям.
А как обстоит дело при подготовке программы работы станка? При записи ее в унитарном коде лишнее отверстие или отсутствие отверстия в необходимом месте приведут лишь к небольшой ошибке в размерах изделия, она может даже остаться незамеченной.
Но ведь оператор ведет запись на бумажной ленте в ином, более компактном коде. При этом в случае ошибки оператора лишнее отверстие может оказаться в одном из высших разрядов. И, будучи незамеченной, такая ошибка может привести не только к порче изделия, но и к поломке станка.
Во избежание подобных «опечаток» рекомендуют каждую программу записывать дважды; причем поручать это двум разным операторам, а затем результаты их работы тщательно сличить.
Для такого сличения существуют специальные автоматические контрольно-считывающие устройства. Если между двумя проверяемыми лентами оказывается различие, то такое устройство, конечно, не може