В первом случае за ходом процесса наблюдает рабочий. Он обязан поддерживать температуру, необходимую для успешного хода закалки. Для измерения температуры в печи поставлена термопара (прибор для измерения высоких температур). Показания термопары передаются стрелкой прибора. Рабочий-термист, обслуживающий печь, следит за движением стрелки. В зависимости от того, в какую сторону температура отклонилась от заданной - упала она или поднялась, - человек перемещает в ту или другую сторону движок реостата, то есть подает в печь больше или меньше электроэнергии.

Роль рабочего-термиста, как видим, здесь весьма несложная. Так нельзя ли передать его функции какому-нибудь механизму?

Посмотрите на средний рисунок. На этой схеме реостат соединен с термопарой при помощи привода (это может быть простейший двигатель). Можно быть уверенным, что система будет действовать вернее и точнее. Ведь человек может отвлечься, он может на некоторое время отлучиться или просто не заметить отклонения температуры. Привод немедленно среагирует на самые малейшие отклонения.

Это простейший вид автоматического регулирования. Такой привод называют сервоприводом или сервомотором. Если первоначальный толчок, который дает термопара, недостаточен, чтобы произвести необходимое переключение, то его можно пропорционально усилить.

Перед нами, таким образом, определенная система. Она в какой-то мере напоминает нервную систему человека. В этой системе есть «вход» и «выход», прямая и обратная связи. Прямая связь - сила тока влияет на температуру; обратная связь - температура регулирует силу тока.

Коренным образом изменилась роль измерительного прибора - термопары. При ручном регулировании она служила только для регистрации температуры; при автоматическом регулировании термопара не только регистрирует температуру металла в печи, но и отдает команду реостату.

Но ведь в нашей печи кольцо должно нагреваться постепенно и также постепенно надо снижать температуру.

Можно ли и эту работу возложить на автомат?

Посмотрим на схему, изображенную на нижнем рисунке. Чем пополнилась наша автоматическая схема? Программным устройством. Прибор, регулирующий питание печи энергией (потенциометр), будет передвигаться сначала в одну сторону (температура поднимается), затем в другую (температура снижается).

Если над этой системой подумать, то легко увидеть, какое здесь осуществлено «разделение труда». Термопара воспринимает информацию о положении в печи - не слишком ли в ней высокая или, наоборот, низкая температура: привод дает соответственную команду, а роль исполнителя лежит на реостате.

Связь установлена - действие обеспечено. Так в принципе устроена простейшая автоматическая система.

В данном случае автоматизация все же не была абсолютно необходимой. Но есть много примеров, когда без автоматизации невозможно обойтись. Это те случаи, когда человек оказывается неспособным переработать все количество получаемых сведений (информации) и поэтому не в состоянии уверенно управлять процессом.

Может случиться, что информация окажется противоречивой, а производственная обстановка такова, что решение надо принять моментально. Неверное решение повлечет за собой расстройство процесса, а то и аварию. Приведем пример.

Чугун выплавляют в доменных печах. Еще недавно процесс вели на глаз в буквальном смысле этого слова. Мастер принимал те или иные решения, руководствуясь исключительно той картиной, которую он мог наблюдать в глазки, имеющиеся в фурмах доменных печей. (Через фурмы в домны подают воздух.) Понятно, что решения мастера были чисто субъективными, никаких расчетов ему делать не приходилось.

На современных доменных печах установлены десятки приборов: одни измеряют температуру в разных точках, на разных горизонтах печи, другие - влажность дутья, третьи - давление, четвертые анализируют газы, и так далее и так далее. Информация поступает непрерывно и в изобилии.

Чтобы избрать наиболее рациональный режим работы доменной печи, мастер должен сопоставить получаемую им различную информацию, иногда произвести довольно сложные расчеты. Но пока он сделает расчеты, исходные данные резко изменятся.

Выходит, что какая-то часть полученной информации бесполезна, она не воспринята, и никаких оперативных выводов из нее мастер не сделал. Раз это так, то существование приборов становится бессмысленным.

Какой выход? Вернуться к старинке, к работе на глаз? Вряд ли это можно назвать лучшим выходом.

Еще более убедительный пример представляет метеорологическая служба. Чтобы прогноз погоды на следующий день был надежным, необходимо переработать огромное количество информации, получаемой с различных метеорологических станций. При обычном методе на вычисления должно уйти несколько суток и они потеряют всякий смысл.

В таких случаях совершенно необходимым становится применение скородействующих вычислительных машин, а такими являются электронные машины. Их уже применяет служба погоды. И на доменных печах вводится автоматическое управление процессом.

На подшипниковом заводе на автоматической линии Князькова применение электроники связало воедино станки, транспортную систему и питатель. Представим себе эту систему без электронного запоминающего устройства; как бы она тогда работала?

Предположим, что какая-то группа станков перестала получать кольца. Чтобы это стало известным на первом этапе процесса, надо держать особый штат наблюдателей (информаторов), которые по телефону или другим способом могли бы передать информацию. И на начальной позиции надо держать одного или нескольких человек, которые примут информацию, разберутся, почему перестали поступать кольца, и сделают соответствующие выводы. Иными словами, линия перестанет быть автоматической.

Сейчас эти функции выполняют электронные лампы и реле. Это как бы нервы и мускулы системы. Включение в автоматические системы счетно-решающих устройств принципиально отличает их от даже самых сложных, самых замысловатых автоматических систем старого типа. Те могли только исполнять какой-то цикл движений; новые автоматические системы обладают способностью логически мыслить, оценивать положение, сравнивать различные возможные решения, выбирать наилучшие.

Отсюда уже один шаг к созданию управляющей машины, машины, которая в известной мере воспроизводит действия человека, основанные на определенных, заранее разработанных инструкциях поведения.

Если вернуться к примеру с доменной печью, то в инструкции для машины, управляющей домной, будет указано, как поступить, например, в случае, если поднимется температура на колошнике и одновременно будут те или другие отклонения от нормы. Управляющая машина использует всю информацию и, действуя по инструкции, найдет наилучшее в данных условиях решение.

В дальнейшем откроется возможность создания самонастраивающихся и самосовершенствующихся автоматических устройств.

Между процессами, происходящими в такого рода автоматических системах, есть много схожего с тем, как протекают процессы управления и связи в живых организмах.

Изучение этих «подобий», несомненно, может очень много дать для дальнейшего совершенствования автоматических систем. Этими вопросами занимается сравнительно молодая наука - кибернетика.

Кибернетика - это плод содружества многих областей науки: физики, математики, электроники, радиотехники, логики, а также физиологии и медицины. Ее появление подготовлено трудами многих выдающихся ученых разных стран: Гиббса (США), Павлова и Колмогорова (СССР) и других.