Перелом

Да, про эти блоки нелинейности я тоже могу порассказать уже немало — сам участвовал не в одном заседании технического комитета. Блоки представляют собой схемы с разным набором элементов — смотря как удастся реализовать — как правило, это наборы блоков кусочной апроксимации, генераторы сигналов, а то и просто сигнал, записанный на магнитную ленту — последнее особенно часто применялось для отладки различных изделий — тех же зенитных ракет, когда запись телеметрии и была исходным сигналом, или запись крутильных колебаний коленвалов, или давление в камере сгорания. Народ буквально дорвался до простого и вместе с тем мощного инструмента моделирования процессов, а мне приходилось наступать самому себе на горло — если на разработке цифровых программ и библиотек работало всего триста человек, то аналоговыми моделями занималось более пяти тысяч. Причем — с перспективой дальнейшего роста аналоговой составляющей. Немного успокаивало лишь то, что на аналоге прорабатывались математические модели, которые мы понемногу переносили и на цифру, и даже намечалось какое-то сотрудничество между двумя ветками моделирования — цифровики уже помогли аналоговикам найти пару косяков в их моделях. Но пока соотношение аппаратуры просто не позволяло увеличивать долю цифры — если по цифровым ЭВМ у нас имелось семьдесят три вычислительные машины разрядностью от четырех до шестнадцати бит и общей производительностью три миллиона операций с фиксированной точкой в секунду, то аналоговых моделей было уже семь сотен, с производительностью, если пересчитывать на фиксированную точку, в сто шестьдесят миллионов операций в секунду. И всего-то пятьдесят тысяч ламп. Казалось бы — при недостатке раций, все лампы надо тратить на связь. Но тогда мы не сможем развивать науку и технологии — задавят, не одни, так другие. Так что мы "просто" наращивали количество линий по выпуску радиоламп, и к лету сорок третьего довели производство уже до десяти тысяч ламп в сутки, а с учетом моделей, в которых в одной колбе было совмещено два-три тетрода, пентода или диода, выпуск активных элементов достигал уже двенадцати тысяч. Вот только из этого количества для операционников подходило хорошо если триста штук — стабильность ламп еще оставляла желать лучшего. Да и из этих трехсот что-то надо было оставить для дальнобойных радиостанций и РЛС, остальное же шло на обычные радиостанции, причем нестабильность ламп приходилось компенсировать схемотехникой и кварцами.

Причем, с наращиванием объема выпуска операционников принципы построения схем изменялись. Так, если поначалу народ старался сэкономить количество использующихся в схемах операционников и пытался реализовать нужные передаточные функции на одном операционнике с помощью хитроумной обвязки — сложной схемы из резисторов, конденсаторов, диодов, то чем дальше, тем все больше люди переставали заморачиваться над оптимизацией и поиском хитрых решений, а тупо добавляли еще операционников. "Старики", которые начинали все эти работы чуть менее года назад, порой ворчали на "молодых" — вот мол, не используют всех возможностей. Но в итоге получалось, что быстрее напихать новых операционников с относительно простой, фактически стандартной, обвязкой, чем пытаться составить хитрую схему — хитрые схемы могли составлять далеко не все, а по мере того, как конструктора входили во вкус, моделей требовалось все больше и больше, и составить реализующие их схемы из кубиков получалось у гораздо большего количества людей. И как-то эта тенденция уж больно напоминала мне ситуацию с программированием в мое время. Естественно, я помалкивал — если аппаратуру мы худо-бедно сделаем в нужном количестве, то вот сделать опытных проектировщиков уже не получится — они должны расти сами, мы лишь можем помочь — организацией труда и обмена опытом. К тому же второй подход обычно позволял отлаживать модели по частям, тогда как в первом сложные взаимосвязи требовали очень кропотливой отладки, которую никак было не распараллелить.

Но у меня была надежда на относительно скорую победу цифры — тогда как аналоговая техника требовала использования электронных ламп, цифровая у нас работала уже на интегральных схемах. Пусть каждый корпус содержал два-три логических вентиля или сумматор, но эта рассыпуха позволяла создавать уже довольно плотную компоновку. С применением же транзисторов в аналоговой технике все было не так гладко — мы пока не смогли получить стабильных характеристик даже в дискретных транзисторах, не говоря уж о микросхемах — большие шумы, нестабильность рабочих точек, индивидуальность параметров каждого транзистора — все это мешали массовому применению полупроводников в аналоговой технике — что для связи, что для моделирования — даже если удавалось настроить какую-то схему, то через некоторое время рабочие точки транзисторов начинали плыть и приходилось делать донастройку. Транзисторы же, работающие в режиме ключа, функционировали достаточно стабильно — запас по запирающим напряжениям позволял перекрыть разброс параметров каждого конкретного транзистора, присутствовавшего на пластине.

Правда, пока все-таки были и сомнения — кто кого. Эти гадские энтузиасты разрабатывали схемы не только под конкретные модели, но уже запускали в производство второй вариант перенастраиваемого устройства, которое можно было считать относительно универсальной аналоговой вычислительной машиной. Первый вариант имел двадцать операционников, два блока перемножения двух переменных, шесть нелинейных диодных блоков для линейно-кусочной апроксимации одной функции, тридцать потенциометров для задания переменных, и четыре гнезда для подключения блоков расширения, а последовательное либо параллельное включение других таких же машин позволяло настраивать модели буквально неограниченных размеров. Причем интегрирование с погрешностью в один процент выполнялось всего за сто секунд, а если настроить деление, то за это же время оно даст максимальную погрешность в семь процентов. С панелью для настройки проводами на штекерах, рукоятками задания переменных, лампочками, дополнительными стойками для самописцев, эта конструкция была похожа на вполне нормальную малую ЭВМ шестидесятых годов. Правда, мы ее назвали Интеграционной Машиной — ИМ-1 — может, кого и обманем, вдруг подумают, что она механическая, да и заранее наводить на вычислительные машины не хотелось.

Вторая версия ИМ имела уже тридцать операционников и позволяла проводить одновременно шесть операций интегрирования с одновременным суммированием, шесть сложений или вычитаний, две операции перемножения переменных или возведения в квадрат или деления или извлечения квадратного корня, десять логических операций, а задавать позволяла уже две кусочно-апроксимированные функции, пятьдесят переменных, ну и подключаемые внешние блоки еще больше расширяли ее возможности — в зависимости от их возможностей по генерации и обработке сигналов. А а подключение нескольких машин превращало их в настоящую Звезду Смерти. Улучшенная схемотехника операционных усилителей обеспечивала максимальное время интегрирования в миллион секунд — то есть аппарат мог интегрировать сигнал в течение почти двух лет. Минимальное время интегрирования составляло сорок микросекунд при ошибке в пять процентов, а ошибку в один процент, то есть приемлемый результат, она выдавала за сто микросекунд, то есть в секунду она могла проводить десять операций интегрирования с точностью, достаточной почти для любых применений. Природа говорила на языке дифференциальных уравнений, и мы создавали механических помощников, чтобы сказать ей, чего мы от нее хотим.

А энтузиасты готовили уже третью версию, где сменные панели позволяли набирать "программу" отдельно, пока аппарат обрабатывает другую программу, а наличие переключающих блоков позволяло выполнять даже условные переходы. Интересно, сколько я еще будут терпеть такое аналоговое непотребство? Наверное, столько, сколько придется — аналоговики уже "отработали" все свои увлечения на сто лет вперед. Одна схема автоматической запайки стеклянных колб экономила нам ежедневно две тысячи человеко-часов. Ведь колбу от стеклянной трубки, ведущей к вакуумному насосу, надо отпаивать по нелинейному закону — сначала прогреть место соединения, затем — усилить нагрев, и когда стекло начнет плавиться и сдавливаться атмосферным давлением, снова уменьшить нагрев. И все это — еще в зависимости от марки стекла, температуры окружающего воздуха, температуры и плотности газа. Вот разработка такого аппарата, а также аппарата припайки колбы к трубкам вакуумого насоса, обновление самих трубок — все это позволило разработать и роторную линию по откачке электронных ламп. Пока мы сделали только две таких роторно-конвейерных линии, но, кажется, скоро мы сможем есть лампы чем только захотим.

Глава 8

А ламп в скором времени потребуется все больше и больше — мы ведь и в других областях также постепенно вводили автоматическое управление, оставляя человеку только функции контроля и наладки. Так, в производстве нитроглицерина сначала ввели единый операторский щит, на который вывели показатели скорости потоков исходных и конечных веществ в контрольных сечениях, температуру в контрольных точках, а также управляющие потенциометры, чтобы с этого же рабочего места можно было управлять насосами и задвижками, которые увеличивают или уменьшают подачу реагентов и охлаждающей жидкости. Затем, по уравнениям массо- и теплообмена составили математическую модель работы нитроглицеринового реактора, конструктора собрали и наладили соответствующую ей схему и мы запараллелили ее работу с работой оператора — оператор крутил рукоятки управления вручную, а электронная модель на операционниках крутила электромоторчиками свои рукоятки на соседнем щите, не подключенном к исполнительным механизмам — отлаживали ее работу, сравнивая положения рукояток на рабочем и тестовом щитах.

Следующим шагом, после почти трех недель отладки, стала опытная автоматизированная работа реакторной системы под управлением автоматики — уже она управляла рукоятками и ползунами, а оператор, поначалу с замиранием сердца, следил за ее работой. Но по мере того, как работа реактора шла, а ничего плохого не случалось, людей понемногу отпускало, а то поначалу многие ворчали — вот мол, свалили нам на голову такую заботу. А разработчики продолжали отлаживать автоматику — добавлять датчики в саму реакторную систему, операционные усилители — в управляющую схему — и следить за параллельной работой "боевой" и "учебной" управляющих машин. Конечно, поначалу было сложно подобрать коэффициенты для уравнений — все-таки реальная система имела отличия от теорий — тут и незапланированные охладители в виде сквозняков, и снижение теплоотдачи из-за запыления радиаторов — все это вносило в работу системы большую неравномерность. Пока ее решили увеличением числа датчиков — их показания и выступали входными коэффициентами для системы уравнений, реализованной в схеме управляющей машины. Сами датчики, правда, тоже давали погрешность, особенно первые версии, но и тут шла большая работа по повышению их точности. К лету сорок третьего над этим проектом работало уже более пятидесяти человек, отлаживая параллельно три, а то и четыре модели.

А работы продолжались. Так, исследовались реакции системы на аварийные ситуации — в модель загонялись входные значения типа "прекратилась подача охладителя" ("датчик" расхода охлаждающей воды начинал "выдавать" нулевые значения — естественно, это инженер устанавливал на сопротивлении такое входное значение), и затем наблюдались результаты работы тестовой системы — остановит ли подачу исходников, и за какое время это сделает. Удовлетворительные результаты сразу вводились в работу — добавлялись блоки, перенастраивались сопротивления и конденсаторы. И, хотя конца и края пока не было видно, но уже за первые три месяца "боевой" эксплуатации автоматики почасовой выход готового продукта повысился на семь процентов, расход реагентов снизился на три процента, а расход электричества — на пять — просто система умела очень тонко предсказывать предстоящие события, в частности — скорость реакций по температуре протекающих жидкостей, причем она учитывала очень небольшие изменения температуры, и соответственно очень тонко изменяла режимы охлаждения, тогда как человек реагировал на сравнительно большие изменения температуры, да и то — с запаздыванием. И было предотвращено уже три аварийные ситуации.

Количество же работающих на реакторе снизилось с восьми до двух на смену, да и то — можно было бы оставить и одного, но дублирование все-таки тоже было нужно — мало ли — заболеет человек, или просто надо отойти по своим делам. Смены также сократили с шести до четырех часов, и у людей было уже шесть часов на прохождение образования и час на военную-спортивную подготовку. Ну а новые операторы обучались работе с реактором на электронной модели, и уж там "учителя" создавали им довольно сложные и нестандартные ситуации в таком количестве, что не возникнет и за десять лет — качество обучения повышалось чуть ли не на порядок. Правда, пока такая реакторная установка была только одна, еще на шести были введены центральные пульты, а четыре старых установки предполагалось вывести из эксплуатации — им на замену готовились уже более производительные комплексы, в которых сразу учитывалась автоматизация работы, а то в существующих пришлось врезать в трубопроводы много датчиков.

Эти системы автоматизации переползали в производство из исследовательских лабораторий — ведь прежде всего именно там был громадный объем относительно простых опытов, которые можно было автоматизировать. Например, надо снять чувствительность фотокатода к освещению разной степени интенсивности. Подаем анодное напряжение, и затем последовательно увеличиваем освещение — самописец протягивает бумагу и рисует график, причем график сразу же фиксирует и время реакции фотоэлемента. Но из-за инерции фотокатодов нельзя сразу увеличивать освещенность по всем ступеням — надо ждать, пока разница между значениями тока при очередном значении освещенности не станет меньше заданной экспериментатором величины, иначе будет непонятно — то ли фотокатод реагирует уже на новый уровень света, то ли еще продолжает отрабатывать предыдущий. Но и ждать бесконечно тоже нельзя, так как разница в фототоке может и не наступить — скажем, при насыщении фотокатода. Значит, надо сделать еще и отсечку по времени ожидания.