Кибернетика XXI века 1/3
Статья взята из сборника «Фантастика, 1973-1974 года».
Сегодня мы представляем «Фантастике» видного советского учёного академика Виктора Михайловича Глушкова.
Наука, которой он занимается, очень близка к фантастике, многие из выдвигаемых им идей на первых порах тоже казались фантастическими, да и сам стремительный путь его в науку мог стать неплохим сюжетом для научно-фантастического романа.
Хотя, пожалуй, нет, путь этот закономерен и является ярким примером, демонстрирующим возможности упорного, настойчивого человека в нашем социалистическом обществе.
На физмат Ростовского университета он поступил в 1947 году и блестяще закончил его… на следующий год. В двадцать восемь он уже кандидат наук, в тридцать два – доктор, в сорок – академик. Ныне он вице-президент Академии наук Украины, директор Института кибернетики и руководитель одного из его отделов, главный редактор журнала «Кибернетика» и член редколлегии многих других научных изданий, консультант на самом ответственном уровне, лектор в самых высоких аудиториях, советник разнообразных комиссий и подкомиссий… Всего просто невозможно перечислить.
И одна из отличительных черт Глушкова в том и состоит, что он относится ко всем своим обязанностям не формально, а с полной ответственностью, каким-то понятным только ему одному способом успевая заниматься всем этим разнообразием дел.
Вторая его отличительная черта – увлечённость. Он увлекается многими вещами и всегда подходит к заинтересовавшим его вопросам с обстоятельностью настоящего учёного. А увлечений у него было много, и начались они с детства. В третьем классе – животные и растения, в пятом – геология и минералогия, в седьмом – телеуправляемые модели, в десятом – математика, физика и даже идеи моделирования человеческого мозга.
По чертежам, опубликованным в журнале «Техника – молодёжи», он собственными руками смастерил электрическую пушку, стрелявшую снарядами, сделанными в виде ракет.
Чтобы усовершенствовать её и рассчитать траекторию полёта снаряда, он занялся математикой и уже к восьмому классу знал её в объёме технического вуза.
Когда началась Великая Отечественная война, он подал заявление в артиллерийское училище. Но, несмотря на увлечение детства, артиллерия так и не стала его профессией – в училище его не приняли из-за сильнейшей близорукости. И тогда он оказался на трудфронте под Сталинградом. Когда фронт подходил к городу, Глушков рыл окопы, противотанковые рвы.
После окончания института он стал математиком, увлёкся теорией автоматов и конструированием ЭВМ.
За работы именно в этой области Виктор Михайлович был удостоен Ленинской и Государственной премий, звания Героя Социалистического Труда. Эти работы выдвинули его и в ряд крупнейших мировых авторитетов по кибернетике.
Но вот опять новое увлечение – проблемы экономики и применение компьютеров в управлении народным хозяйством. Это были идеи, о которых в Директивах XXIV съезда КПСС говорится как о первоочередной задаче. Он поставил перед собой поистине фантастическую проблему: создание таких автоматизированных систем, которые стали бы настоящим «искусственным интеллектом», верным помощником как в управлении народным хозяйством всей страны, так и в науке, литературе, искусстве и во многих других областях, расширяя и углубляя возможности человека.
На вопросы журналиста Г. Максимовича отвечает академик В. М. Глушков.
Кибернетика XXI века
– Виктор Михайлович, сегодня на страницах газет, журналов, книг все чаще появляются слова «кибернетика», «автоматизация», «АСУ». И это легко понять. Сейчас, когда научно-техническая революция прочно вошла в нашу жизнь, без средств автоматизации обойтись просто невозможно. Скажите, а какой станет кибернетика и какие функции она возьмёт на себя где-то на рубеже XX и XXI веков?
– Делать какие-либо прогнозы о такой быстро развивающейся области, как кибернетика, нелегко. История знает, как крупные неожиданные открытия нередко коренным образом меняли направление и характер развития многих, казалось бы, полностью устоявшихся областей науки и техники.
Разве мог кто-нибудь лет пятьдесят назад предугадать, например, пути развития атомной энергии? Даже крупные специалисты прошлого века не могли бы поверить, что обыкновенный луч света способен за секунды разрезать стальной лист или приварить отслоившуюся сетчатку глаза, как это делает сегодня лазер.
А мог ли человек, разъезжавший на тройке, поверить, что пройдёт не так уж много времени, и путь от Москвы до Нью-Йорка он будет покрывать всего за несколько часов, а от Земли до Луны – за несколько суток?
Так и мне сейчас довольно трудно точно сказать, что будет представлять собой кибернетика XXI века и какие новые функции возьмёт она на себя. И все же, опираясь на тенденции развития этой науки и на то, что сделано уже сегодня, я попытаюсь это сделать. С чего же мы начнём?
– Лучше всего давайте с основы основ – с производства.
ЗАВОДЫ БЛИЖАЙШЕГО БУДУЩЕГО
– Вполне понятно, что основой производства завтрашнего дня станут заводы-автоматы. Но они в корне будут отличаться от тех автоматических предприятий, которые существуют сегодня. Сегодняшние заводы такого типа рассчитаны на выпуск стабильной, неменяющейся продукции, такой, как цемент, хлеб, молочные продукты. И для того чтобы изменить что-либо в технологии или же просто сменить выпускаемую продукцию, такой завод надо полностью останавливать.
Чтобы избежать этого, работу таких предприятий в будущем надо строить не на механическом, а на кибернетическом принципе. Что это значит?
Основой производства на таком заводе станут автоматические линии, созданные на базе станков с программным управлением. Наша промышленность уже выпускает такие станки, они хорошо зарекомендовали себя и позволяют в три-четыре раза увеличить производительность труда.
Достаточно побывать на современном предприятии, чтобы увидеть, как они работают. Подчиняясь командам, записанным на перфорированной или магнитной ленте, станок сам обрабатывает деталь; весящую нередко тонны. Он сам меняет режим работы, знает, когда надо нарезать резьбу, отфрезеровать, обточить или произвести другие операции.
– Да, но менять ленту и деталь должен всё же человек. Как же совместить это с идеей заводов без рабочих?
– Но вы забываете, что речь шла о станках с программным управлением, работающих в обычном цехе, на заводе сегодняшнего дня. Мы же говорим о заводах будущего. А на них и эта принадлежащая сегодня человеку часть работы перейдёт к машинам.
Как же это будет выглядеть? Да почти так же, как в произведениях писателей-фантастов. Между станками заснуют механические существа – роботы. Конечно, они наверняка не станут этакими металлическими красавцами, напоминающими человека.
Это будет, вероятно, небольшая тележка на колёсах с одним или двумя манипуляторами, способными двигаться во всех плоскостях.
Не думайте, что такие роботы – дело далёкого будущего. Уже то оборудование с программным управлением, о котором мы говорили выше, является, по сути дела, первым шагом на пути к эпохе роботов. А электронная техника с её новыми возможностями приближает эту эпоху стремительно. Уже сегодня создаются «видящие» роботы, способные распознавать простейшие геометрические тела.
Правда, они довольно громоздки и дороги, и вряд ли в ближайшее время у них будет искусственный глаз, сравнимый по способностям с человеческим, в котором пять миллионов нервных клеток.
Безусловно, проще и экономичнее «слепой» робот, подающий на сборку или обработку детали, не видя их: ему достаточно знать лишь, где они лежат.
– Интересно, а кто же будет управлять подобным устройством? Как-то не верится, чтобы удалось запрограммировать его на все случаи жизни.
– Конечно, запрограммировать машину так, чтобы она могла найти выход из всех непредвиденных ситуаций, пожалуй, невозможно. Хотя роботы, приспосабливающиеся к меняющимся условиям работы, уже есть; существуют, например, станки с адаптивным управлением, которые сами выбирают режимы резания в зависимости от твёрдости металла, величины припуска на заготовке, степени износа инструмента… Но для роботов, обслуживающих станки, это и не нужно. Ими, как и всем заводом-автоматом, будет руководить автоматизированная система управления АСУ. Она-то и станет следить за работой станков и деятельностью роботов. Кому, как не ей, знать, какие детали нужны каждому из цехов, какие надо переправить из одного цеха в другой, а какие доставить со склада. Она же будет отдавать распоряжения линиям или отдельным станкам на выпуск новой продукции.
Эта же вычислительная машина будет составлять программы для всех станков и роботов.
– А как вы, Виктор Михайлович, представляете себе работу завода-автомата в целом?
– В общих чертах картина такого завода уже ясна. Как я уже говорил, основными «производителями» станут станки с программным управлением и роботы. Но это, так сказать, нижняя ступень иерархии на предприятии. И без верхней, руководящей ступени она вряд ли справится с работой. Поэтому давайте рассмотрим все производство по порядку.
Одно из основных звеньев управленческой ступени – автоматизированная система проектирования. Она-то и будет разрабатывать новую продукцию предприятия Правда, работать она будет пока под руководством человека, и, по-видимому, до конца века ему не удастся полностью устраниться от проектирования. Но это не так уж важно для завода-автомата. Несколько человек на нём всё равно будут трудиться, допустим, – всего десять-пятнадцать, но они всё-таки останутся на таких предприятиях. И, возможно, проектирование станет чуть ли не единственным участком, где они будут заняты.
Но продолжим нашу мысленную экскурсию по заводу будущего. Итак, новый вид продукции спроектирован ЭВМ, пускай даже при содействии незначительного числа людей. Автоматически разработанные конструкции передаются на другую машину, которая отвечает за управление. Чтобы производить сразу несколько видов продукции, детали нужно посылать на сборочные линии в определённом порядке. Вот за этим и проследит управляющая машина, точнее, она организует выпуск изделий по предварительным заказам.
И не думайте, что выпуск продукции по индивидуальным, предварительным заказам – это блажь. Нет, это насущная необходимость наших дней. Дело в том, что в потреблении, к сожалению, ещё нередки спады и подъёмы. И с годами тенденция к колебаниям спроса всё заметнее. В такой ситуации на предприятии нужны резервы.
Однако резервы резервам рознь.
Одно дело, когда предприятие имеет в резерве сырьё, материалы, инструмент, детали, и совсем другое – запасы готовой продукции. Несколько лет назад они действительно считались необходимыми, да и сегодня сохранили своё значение, но лишь в тех случаях, когда речь идёт о традиционных видах продукции. Промышленная же продукция с развитием научно-технической революции обновляется всё быстрее. Не проходит и нескольких месяцев, как в самые, казалось бы, современные и совершенные машины и конструкции проектировщики вносят изменения, улучшая их.
Возьмите, к примеру, то же кибернетическое машиностроение; разве можно делать впрок запоминающие устройства вычислительных машин?
Ведь пройдёт не так уж много времени – и они устареют, так и не дойдя до потребителя. Можно взять и другую, более знакомую всем область – бытовую продукцию. Спрос на неё очень изменчив и зависит как от моды, так и от «репутации» товара. Зайдите в магазин радиотоваров, и вы увидите, что одни, скажем, телевизоры пылятся на полках, а другие раскупаются сразу же. Так разве можно в этом случае говорить о каких-то запасах? Они не только не устранят дефицит, а, наоборот, будут тормозить выпуск новых моделей, нанося производству вред, так как в них омертвляются средства и труд.
Происходит это оттого, что в большинстве случаев производство ориентируется на безличный рынок, на абстрактного потребителя, тогда как надо ориентироваться на выполнение предварительных заказов. К примеру, французская фирма «Рено» уже много лет больше половины автомобилей делает по индивидуальным заказам.
– Но мы опять отвлеклись от путешествия по заводу завтрашнего дня. Так кто же будет отвечать за производство на таком предприятии?
– Вся производственная информация будет поступать на третью машину. Её обязанности – расчёт программы для каждого станка и для каждого робота. Она же скорее всего будет заниматься и таким вопросом, как, скажем, раскрой основного материала, будь то металл, пластик или же обычная ткань. Вы не думайте, что раскрой – лёгкий процесс. Он довольно сложен и требует больших математических расчётов, а нередко и просто интуиции.
Сегодня только большой опыт людей является критерием при раскрое материала на заготовки. Ведь заниматься в цехе «математикой» часто просто нет времени, и приходится угадывать, какое количество заготовок получится из оставшегося материала, как до минимума свести его отходы.
На заводе-автомате, как я уже говорил, этим станет заниматься скорее всего третья ЭВМ. Она же будет подбирать и необходимые материалы, инструменты. Если чего-то на заводе не окажется, она же сама выдаст заказ на завод-поставщик или на центральную базу снабжения. Кстати, эта же машина отправит на ремонт испортившихся роботов, заменив их на время другими, со склада. Думаю, что ремонт таких автоматов будет идти централизованно, в специально созданных мастерских.
Когда всё сырьё, материалы, инструменты будут получены и доставлены в цеха, машина, отвечающая за производство, включит механизмы, и они один за другим начнут работать, а роботы будут послушно передавать детали с одной операции на другую.
Заготовки пойдут от станка к станку, с линии на линию, из цеха в цех, приобретая всё более законченный вид.
Наконец роботы-сборщики соединят отдельные узлы и детали в машину.
Для наглядности рассказанного возьмём, к примеру, завод, выпускающий автомобили. Допустим, пришёл заказ – нужна машина с окраской номер 5 (это код определённого цвета), внешней отделкой номер 7, внутренней облицовкой номер 2, радиоприёмником второго класса и так далее. Специальное устройство наносит эти данные на магнитную карту, которая крепится к шасси, и электронная машина рассчитывает, в какой момент производства и какой из станков с программным управлением должен выпустить определённую, отличающуюся от других деталь. Она же рассчитывает, в какой момент и к какому месту конвейера эта деталь должна быть подана.
Вот шасси пришло туда, где на нем крепится мотор. Считывающее устройство знакомится с записью на магнитной карте и, узнав, какой двигатель необходимо установить, крепит именно его (к этому времени он уже подан другим конвейером). То же самое происходит и там, где на шасси крепится корпус, производится отделка и все остальное. В конце концов из сборочного цеха выходит автомобиль, отвечающий индивидуальным требованиям заказчика.
Подобным способом можно выпустить не только автомобили, но и телевизоры, холодильники, стиральные машины, станки…
Но вот готовая продукция попадает на контролирующие установки, которыми распоряжается ещё одна ЭВМ.
Контроль качества – дело ответственное и кропотливое. Продукция современного машиностроения состоит из сотен и тысяч деталей, и неполадки в некоторых из них могут сказаться не сразу. Вполне возможно, что самые ответственные и сложные узлы придётся проверять ещё до того, как они попадут на окончательную сборку. Но это нисколько не изменит структуру завода завтрашнего дня, о котором я говорю.
Испытания тоже будут программно-управляемыми. На одном и том же стенде пройдут проверку различные агрегаты. Обслуживающий робот для обнаружения неполадок, свойственных лишь данному узлу, в каждом отдельном случае будет поступать по-особому.
– Виктор Михайлович, из рассказанного вами получается, что для управления таким заводом-автоматом необходимо четыре электронно-вычислительные машины. Неужели нельзя создать одну, которая справилась бы со всеми задачами?
– Я говорил о четырёх, исходя из сегодняшнего состояния электронно-вычислительной техники и из убеждённости, что подобные заводы-автоматы могли бы появиться уже к концу текущей, девятой пятилетки, хотя, к сожалению, создание таких заводов ещё не начато. Но одна ЭВМ четвёртого поколения успешно может справляться со всей работой по управлению предприятием.
– Какие производства, на ваш взгляд, должны перейти на полную автоматизацию в первую очередь?
– Думаю, сначала надо перевести на автоматизированное производство электронную промышленность. Я это говорю не потому, что я кибернетик и эта проблема касается меня лично.
Дело в том, что как специалист я прекрасно знаю, что строить компьютеры старыми методами не только недопустимо, но и просто невозможно.
Хотя машины первого поколения были громоздкими, сложными и работали на десятках тысяч электронных ламп, самих-то типов ламп было всего десятки. Так что сборку можно было вести вручную, и она скорее напоминала составление механизмов из деталей детского конструктора.
Монтировать компьютеры второго поколения оказалось несколько труднее. А вот с машинами третьего и тем более четвёртого поколений дело обстоит гораздо сложнее. Попробуйте вручную соединить тысячи маленьких интегральных схем, когда чуть ли не каждая из них не похожа на свою предшественницу.
В этих условиях технология изготовления и проверки интегральных схем должна быть не жёсткая, а программно-управляемая. Дело это очень важное. Известно, как велики издержки производства при изготовлении этих схем. Из каждой изготовленной партии нередко удаётся отобрать всего несколько с безупречными характеристиками. По мере же усложнения схем труднее становятся и их испытания: для схемы, например, из 60 элементов с 14 «концами» надо произвести более 150 испытаний; если в схеме будут сотни элементов, то несколько тысяч. Все это и означает, что для производства и проверки больших интегральных схем нужна такая технологическая линия, которая сможет с высокой производительностью изготовлять различные большие интегральные схемы.