Промышленные работы и перспективы их применения

Кибернетика, изучающая общие закономерности процессов управления и связи в организованных системах - живых организмах и машинах, - приобретает все большее значение для решения проблем комплексной автоматизации. Развитие кибернетической техники служит важнейшим условием научно-технического переворота, который предвещает наступление предвиденного К. Марксом освобождения человека от обесчеловечения его машинами, предопределяет массовое появление машин, названных им "органами человеческого мозга". С появлением кибернетических машин - "промышленных роботов" - человек становится властелином техники. В наше время нередко разгораются споры о том, может или не может машина полностью заменить человека. Но ведь цели автоматизации в социалистическом обществе совсем не сводятся к замене человека машиной. Автоматизация призвана максимально облегчить условия труда, в наибольшей степени повысить его эффективность, что возможно лишь при разумном "содружестве" человека и машины.

Говоря об общности закономерностей живой и неживой природы, об аналогии между машиной и человеком, следует иметь в виду лишь определенные границы этой аналогии. Например, при моделировании техническими устройствами мозга человека дело касается только количественных и структурных закономерностей, только области передачи информации и области управления. Основоположник кибернетики Н. Винер уже в своих первых работах предостерегал от далеко идущих аналогий в этой области.

Живой организм отличается от автомагического устройства прежде всего тем, что ежеминутно решает вопрос "что делать?". Для машины этого вопроса не существует, он уже решен за нее человеком. Машине приходится решать лишь вопрос "как делать?". Мышление человека неотделимо от его чувств, воли, от всего богатства его психической жизни, не имеющей ничего общего с функционированием мащины.

И вместе с тем бионика открывает новые, очень широкие возможности использования принципов функционирования живых организмов в технике. Сравнительно с современными техническими средствами живые организмы отличаются высокой надежностью и слаженностью работы всех их частей. В связи с этим академик А. И. Берг писал:

"У живой природы надо также позаимствовать принципы экономичности в построении организмов. Достаточно указать для примера на мозг человека. Здесь каждый нейрон представляет, по существу, двухпозиционное реле. Сколько таких "реле" в мозгу человека? Точное число их неизвестно. Нейрофизиологи говорят, что 10-15 млрд. А занимают эти 10-15 млрд. "реле" объем всего лишь в 1,5 дм³ и потребляют всего несколько десятков ватт энергии.

Техническое устройство с таким же количеством элементов должно было бы иметь объем примерно 104 м³ и потреблять мощность, равную мощности крупной электростанции, - порядка 1 млн. кВт. Как мы видим, бионика, которая имеет своей целью передать инженерам опыт живой природы, обладает огромными возможностями".

Большим событием в отечественной да и в мировой физиологии явился выход в свет монографии академика П. К. Анохина "Биология и нейрофизиология условного рефлекса", за которую он в 1972 г. удостоен Ленинской премии. Идеи академика П. К. Анохина и результаты его экспериментов, обобщенные в книге, имеют большое значение для развития не только нейрофизиологии и психологии, но и марксистско-ленинской теории познания. Разработанный им принцип функциональных систем продолжает учение И. П. Павлова об условных рефлексах. П. К. Анохин применяет основные положения кибернетики к анализу поведения животных и человека.

В наше время само понятие машины качественно изменилось. Еще 15-20 лет назад машину определяли как устройство для замены и облегчения физического труда. А теперь машины заменяют не только физический, но и умственный труд, а в ряде случаев я физиологические функции человека. Если раньше машине удавалось управлять одним, максимум двумя параметрами, определяющими механическое движение, то теперь у нее таких степеней свободы четыре-пять и более.

"В сегодняшнем понимании, - говорил академик И. И. Артоболевский, - машина - это устройство, создаваемое для использования законов природы с целью облегчения физического и умственного труда, увеличения его производительности путем частичной или полной замены человека в его трудовых и физиологических функциях.

Многие производственные операции, выполняемые, например, кузнецом, токарем, строителем, водолазом и в особенности работниками во вредном производстве, атомной технике и многих других областях, не поддаются автоматизации традиционными способами из-за сложности движений и их разнообразия.

Наиболее перспективным направлением решения задачи замены людей на такого рода технологических операциях является создание промышленных роботов (автооператоров, манипуляторов с автоматическим управлением)".

Под роботом обычно понимают кибернетическую автоматически управляемую машину, моделирующую свойства и функции живых организмов. Создание роботов - одно из важных направлений в решении задачи комплексной автоматизации процессов.

Советскому Союзу принадлежит приоритет в решении ряда важных проблем теории машин, имеющих непосредственное отношение к развитию робототехники. Впервые в мире СССР послал на Луну луноходы - первые космические роботы. Создаются и эксплуатируются различные конструкции "механических рук" - манипуляторов в атомной технике, в производстве радиоактивных материалов и т. д.

С каждым днем в мировой промышленности появляются все новые роботы различных назначений и форм. В 1965-1975 гг. в странах Запада их насчитывалось примерно 3,5 тыс. типоразмеров.

Промышленным роботам уделяется большое внимание. Проблема сбережения труда, освобождения человека от опасных для здоровья работ - актуальнейшая задача нашего времени. Что такое промышленный робот? Прежде всего это комплект манипулятора и блока управления им. Манипулятор способен выполнять функции человеческих рук и производить операции, связанные с пространственными перемещениями. Некоторые роботы обладают избирательной способностью. В отличие от привычных нам автоматов роботы могут менять программу своих действий.

Возможности промышленных роботов весьма широки. Они умеют не только загрузить в станок заготовку, но и перевернуть ее для обработки с другой стороны, аккуратно сложить готовые детали в ящик. Инженеры "научили" промышленные роботы отбирать нужные детали. Современная техника дает им возможность различать цвет, форму, размер предметов. Уже существуют манипуляторы не с одной, а с двумя и тремя руками и т. д. Такие манипуляторы действуют по заданной программе, но в любой момент ее можно быстро изменить.

Другой, более совершенный вид роботов - супервизорный, с адаптивным управлением. Представьте себе механическую руку, которая укладывает конфеты в коробку и запечатывает ее склеивающей лентой. Но вот понадобилось заменить круглую коробку квадратной. Вы берете манипулятор и проделываете вместе с ним новую операцию. И он ее "запоминает".

И наконец, роботы, наделенные искусственным интеллектом. Они могут ориентироваться, принимать решения. В этом им помогут системы теле- и лазерного зрения и др. В будущем эти роботы смогут успешно работать на земле, под водой, в космосе.

К началу 1974 г. в нашей стране было создано около 14 видов различных роботов, сейчас их насчитываются сотни. По существу, рождается новая отрасль промышленности - роботостроение. Работу по созданию роботов координирует специальная комиссия АН СССР.

Академик И. И. Артоболевский и доктор технических наук А. Е. Кобринский отмечают:

"Технические требования к типажу роботов, к эффективности и точности их действий, к обслуживающим их системам передачи энергии o и информации непрерывно возрастают. Механические руки должны "ощущать" соприкосновения с объектом манипулирования, искусственные органы зрения должны уметь собирать необходимую информацию в самых необычных условиях и передавать ее на посты управления, где работают люди или вычислительные машины, либо те и другие совместно. В будущем возможно представить себе роботы, "чувствующие" ультразвук, температуру, напряженность магнитных полей и т. д.

Предстоит трудоемкая работа по определению областей эффективного и целесообразного с социальной и экономической точек зрения применения роботов в различных отраслях производства, по выбору их типажа. Это потребует расширения поисковых научно-исследовательских, проектно-конструкторских работ".

Ясно, что промышленные роботы наряду с другими средствами производства должны применяться в первую очередь для механизации и автоматизации трудоемких, физически тяжелых, вредных для здоровья и монотонных работ -ведь социологи не случайно обратили внимание па проблему "скучных полуавтоматов". Манипуляторы с программным управлением смогут взять на себя непривлекательную, неинтересную для человека работу, а главное, позволят замкнуть цепочку механизмов и автоматов, сделать так, чтобы в ней не было пропусков и слабых звеньев.

"Важно заложить правильные принципы будущей работы и, в частности, учесть требования стандартизации и унификации: создать типы роботов, совместимых друг с другом, легко вписывающихся в технологические процессы современного производства, - говорил заместитель председателя Государственного комитета СССР по науке и технике М. П. Ковалев. - Для этого необходимо разработать государственный стандарт на типы, основные параметры и размеры промышленных роботов".

Робот - сложный агрегат. Его постройка требует применения современных методов теорий механизмов и машин, автоматического управления, информации. В создании роботов должны принимать участие не только механики, но и специалисты в области биофизики, биомеханики, физиологии.

В прогнозе, составленном экспертами Института будущего (США), а также в книге Ч. де Карло "Год 2018-й" содержится утверждение, что к 1992 г. появятся роботы, способные самонастраиваться и выполнять домашние работы. Комментируя эти высказывания, директор Института проблем передачи информации АН СССР, член-корреспондент АН СССР В. И. Сифоров отмечал:

"Очень перспективно создание самонастраивающихся машин. В будущем их роль, несомненно, возрастет. Непонятно только, зачем ориентировать их на выполнение домашних работ. Мнение, что использование роботов - единственный путь, по которому в будущем пойдет "автоматизация быта, спорно. На мой взгляд, робот с пылесосом в руках - менее изящное решение проблемы уборки помещений, чем создание, скажем, особых электростатических зон на стенах комнаты. Благодаря каким-то приспособлениям, вроде электромагнитной перистальтики, пыль сама время от.времени будет устремляться в пылеуловители. То же с приготовлением пищи. И здесь индустриальные методы гораздо выгоднее: по-видимому, все же лучше направить усилия не на автоматизацию приготовления домашних обедов, а подумать об автоматизации доставки на дом заказанных и приготовленных централизованно блюд.

Роботы нужны, но область их применения должна быть иной, более важной. Например, они должны выполнять работу в доселе неизвестных и опасных для человека условиях. Именно по этому пути пошла советская космотехника. Как известно, советские луноходы продемонстрировали многие черты самонастраивающейся системы. Мы намерены и впредь уделять этому направлению много внимания. Бесспорно, здесь наши успехи дадут о себе знать гораздо ранее 1992 г. ...

Своеобразие этого процесса в нашей стране заключается в огромных его масштабах: будет создана общегосударственная автоматизированная система сбора и обработки информации. Она вырастет на базе государственной сети вычислительных центров. В свою очередь, эта последняя будет опираться на единую автоматизированную сеть связи".

Каким представляется отечественное машиностроение в ближайшем будущем? На этот вопрос директор Института машиноведения, академик А. А. Благонравов отвечал так:

"Я представляю себе будущие машины прежде всего все более и более берущими на себя функции человека, все более производительными, все более долговечными, по возможности не требующими ремонта и приспособленными для работы в любых условиях окружающей среды".

Для создания таких машин ведутся всесторонние исследования, прежде всего в области общей теории машин, изучаются новые явления в технике, анализируются оптимальные условия набора механизмов и т. д. Большой комплекс исследований охватывает проблемы прочности современных машин, поскольку решение задачи повышения их производительности приводит ко все большей сложности динамических явлений в машинах и механизмах и поскольку они в настоящее время работают во все более сложных условиях (высокие и низкие температуры, глубокий вакуум и т. д.). Исследуются трение и износ машин и их долговечность.

Решение всех этих проблем, создание комплексно-автоматизированных систем зиждется на открытиях и изобретениях в области механики и автоматики. Остановимся на открытиях, внесенных в Государственный реестр открытий СССР,