Объединим в один узел все те механизмы и устройства, посредством которых осуществляются ввод программы в автомат и ее «считывание». Этот узел будем называть узлом программы автомата и изобразим его в виде прямоугольника, напоминающего кирпич.
Значит, если речь идет о копировальном станке, то за этим кирпичом скрываются механизмы, приводящие в движение копир, и механизмы копировального ролика. В телеграфном аппарате, магнитофоне, автомате с цифровым управлением — лентопротяжные устройства, приемники перфокарт, а также устройства, считывающие программу (магнитные головки, фотоэлементы, иглы и пр.). Для торгового автомата — устройства, которые определяют вес и размеры монеты или жетона.
Итак, в узле программы «оживляются» все сведения и указания, то есть вся информация, необходимая автомату для выполнения заданного технологического процесса.
Но мало «оживить» информацию. Надо еще сделать ее «понятной» исполнительным механизмам автомата. Для этого приходится преобразовывать вращательные движения в поступательные, непрерывные в прерывистые, уменьшать или увеличивать скорости вращения, преобразовывать механические перемещения в электрические импульсы и напряжения, в давления газа или жидкости, отверстия в перфоленте и отметки на магнитной ленте в электрические сигналы и механические перемещения.
Объединим в один узел — узел управления — все устройства автомата, которые расшифровывают и преобразуют информацию, а затем направляют ее к исполнительным механизмам. На нашей блок-схеме появляется второй кирпич. Соединим его с первым стрелкой, указывающей направление потока информации.
Наконец, объединим в один узел механизмы, которые исполняют команды, поступающие из узла управления. Назовем его узлом исполнительных механизмов и изобразим на нашей блок-схеме в виде третьего кирпича.
Эти три кирпича образуют уже известную нам разомкнутую систему управления, соответствующую многим современным автоматам; часам и киноаппарату, делительной машине и шаговой системе управления, большинству металлорежущих автоматов и автоматов, изготавливающих спички и перья, электролампочки и книги, макароны и консервы, ткань и обувь.
Автомат работает. Сигналы программы направляются в узел управления, а сигналы управления воздействуют на исполнительные органы, выполняющие рабочий процесс. Через механизмы и узлы, из кирпича в кирпич, от программы к исполнительным механизмам автомата течет поток информации, полностью определяющей все его действия. Само собой разумеется, что далеко не всегда бывает легко так «препарировать» сложный автомат или, как называют в теории автоматов эту операцию, «выполнить структурный анализ». Далеко не всегда так четко разделяются функции его отдельных устройств и механизмов и не так просто бывает перечислить, какие из них следует отнести к тому или иному из узлов блок-схемы.
Тем не менее знакомство с новым автоматом всегда следует начинать с попытки понять назначение его основных механизмов и устройств, понять, как они взаимодействуют.
Разобраться в этом важно еще и потому, что, как мы уже знаем, далеко не каждый автомат работает по простой разомкнутой схеме. Многие из них оснащены цепью обратной связи: устройствами, собирающими дополнительную информацию непосредственно в процессе работы автомата.
Вот знакомое нам кольцо: человек — станок — изделие — измерительный инструмент — человек. Оно включает цепь обратной связи. Эту связь, наряду с функциями управления, осуществляет человек. Как?
Программой обработки служит чертеж. С него рабочий считывает размеры изделия, а с помощью измерительного инструмента получает числовую информацию о результатах обработки. Затем он сравнивает фактические размеры с заданными и действует так, чтобы разность между ними была в пределах допусков, указанных на чертеже.
Станок — это машина, в которой полностью механизированы энергетические процессы и не полностью — информационные. Чтобы ее превратить в автомат, надо дополнительно механизировать измерение изделия и механизировать процесс сравнивания его фактических размеров с заданными. Короче говоря, необходимо полностью механизировать все участки кольца управления, включая участок, на котором происходят сбор и обработка информации непосредственно в процессе работы системы. И выходит, что, помимо исходной программы, которая теперь заменяет чертеж, появляется еще один источник информации — автоматически измеряемое изделие.
Использование того или иного источника дополнительной информации неизбежно связано с необходимостью механизировать ее передачу и переработку. А это усложняет логическую схему автомата.
Чтобы получить блок-схему замкнутой системы управления, наш предыдущий рисунок надо дополнить еще одним кирпичом, за которым скрываются механизмы и устройства, собирающие и обрабатывающие информацию в процессе работы автомата. «Скелет» автомата с обратной связью действует точно так, как это описывалось в главе «Кольцо управления».
Сигнал, управляющий движением исполнительных органов, вырабатывается в узле управления путем сравнения заданной программы с программой, реализуемой автоматом в процессе работы. На блок-схеме это отразится тем, что в кирпич, изображающий узел управления, теперь входят две стрелки, а выходит одна, несущая в узел исполнительных механизмов управляющие сигналы.
Автомат приобрел некоторые новые свойства. По разомкнутой схеме он действовал абсолютно прямолинейно, в точном соответствии с заданием, можно сказать — вслепую. Теперь, собирая в процессе работы дополнительную информацию и используя цепь обратной связи, он обладает некоторой «самостоятельностью». Заданная ему программа служит только руководством к действию, а работает он с оглядкой на результат, непрерывно внося поправки в свои действия.
Эти поправки невозможно заранее предвидеть; невозможно, например, рассчитать заранее все возможные отклонения траектории ракеты, которые носят случайный характер и могут быть вызваны десятком самых различных причин. Автомат определяет необходимые поправки «автоматически», он приобретает свойство самокорректирования. Именно в этом отношении он становится «самостоятельным».
…Гимнаст, собираясь разучить новое упражнение, заранее располагает программой этого упражнения. Но, конечно, такая программа составлена без учета особенностей каждого отдельного спортсмена. Поэтому в процессе освоения упражнения спортсмен не только овладевает заданной программой, но и несколько изменяет ее в соответствии со своими физическими данными, темпераментом. Эти изменения происходят в течение всего периода обучения, и постепенно рисунок упражнения становится все более и более совершенным.
Нельзя ли построить автомат так, чтобы он действовал подобно гимнасту? Чтобы он умел не только работать по заданной программе, но и мог совершенствовать эту программу применительно к своим особенностям, к особенностям материалов и заготовок обрабатываемых изделий. А главное, чтобы такая усовершенствованная программа обеспечивала существенное улучшение результатов работы.
И вот появляются автоматы, обладающие достаточной для этого «самостоятельностью». Они занимают место на следующей, более высокой, полке. Им не надо задавать программу работы во всех подробностях. Они выяснят эти подробности самостоятельно, собирая дополнительную информацию. Такие автоматы обладают свойством «запоминать» и анализировать эту информацию с целью улучшить свою работу; обладают способностью самообучаться и самонастраиваться.
Их также можно препарировать: выделить в отдельные узлы те механизмы и устройства, которые осуществляют функции памяти, функции самообучения и самонастройки. Затем можно изобразить эти узлы в виде кирпичей, связать их стрелками с другими кирпичами блок-схемы и следить за потоками информации и энергии, текущими от одного кирпича к другому, следить за тем, как они взаимодействуют между собой, и, пользуясь этими признаками, расставлять автоматы по полкам нашей условной этажерки в зависимости от их «квалификации».
Каждый из кирпичиков воспринимает потоки энергии и информации из предыдущего или предыдущих и, нужным образом преобразовав их, передает следующему или следующим.
Каждому из кирпичиков свойственна своя так называемая передаточная функция, характеризующая, что и как делается в этом узле автомата, как связаны между собой входные и выходные стрелки.
Зная, что происходит в каждом из узлов автомата, можно понять и рассчитать его действие как единого целого, можно перейти к оценке его важнейших свойств. Эти свойства — производительность, точность, надежность, стоимость.
Именно они в конечном счете решают судьбу автомата. Новый автомат должен быть производительнее, точнее, надежнее, дешевле своего предшественника или по меньшей мере обеспечить одно из этих преимуществ. Только в этом случае он имеет шансы «выйти в люди» с листов ватмана, воплотиться в металл, занять место в цехах заводов и фабрик.
Автомат автомату рознь. Один за другим они взбираются на разные и все более высокие полки этажерки, и иные наблюдатели, задрав голову высоко вверх, ждут в полной уверенности, что на верхних полках появятся автоматы, обладающие сверхчеловеческими свойствами, которые займут по отношению к человеку такое же место, какое он занимает по отношению к животному.
Через замочную скважину такие наблюдатели заглядывают в мир автоматов, не понимая, что находиться в мире автоматов — значит находиться в мире людей, создавших автоматы. И если люди сейчас спорят о том, что сумеет или не сумеет сделать автомат, то это совершенно не означает, что процесс развития автоматов может стать «автоматическим», не зависящим от воли и сознания людей.
Дело обстоит как раз наоборот. Чем более сложен и совершенен автомат, чем обширнее его функции и чем меньше участвует в его работе человек, тем больше людей занято во всех процессах, связанных с его созданием, тем сложнее автоматизировать эти процессы.
Первый и главный из них, конструирование, — удивительный процесс, в результате которого возникает, пусть для начала на бумаге, новая машина.