|
Михаил Сидоров
Прошел звуковой барьер... Высота двадцать тысяч метров. Иду на перехват,- докладывает летчик.
- Вас понял. Напоминаю: вы рядом с целью. Она в районе действия вашего радиолокатора,- сообщает руководитель полетов.
- Наблюдаю цель на экране радиолокатора... Иду на сближение. Цель вижу хорошо... Ракеты к атаке готовы... Пуск!.. Докладываю: цель сбита.- И уставший от напряжения летчик откидывается на спинку кресла.
- Молодец, - хлопает его по плечу руководитель полетов. Нет, летчик не вернулся на свой аэродром, он и не покидал его. Он «ходил за два звука», нашел и сбил самолет-мишень, сидя в кресле тренажера, сложного электронного устройства, имитирующего - точнее, моделирующего - полет реактивного самолета. На экране оптического устройства тренажера летчик видел даже собственную посадку на аэродром.
Осуществление полетов «на земле» стало возможным благодаря созданию учеными электронной модели поведения самолета в воздухе и управления им - модели, «живущей» в вычислительном устройстве тренажера.
Сейчас ни один летчик не поднимается в воздух, предварительно не обучившись управлению самолетом на тренажере. Работа с тренажером позволяет летчику-оператору значительно ускорить отработку навыков по управлению воздушным кораблем в различных, в том числе аварийных, ситуациях полета.
Итак, модели.
Откуда они? Издревле их дарили человечеству математики. В моделях они заменяют суждения о явлениях и процессах их символами - математическими знаками, формулами.
Арифметическими задачками еще древнеарабские ученые описывали - моделировали - сделки купцов... Прошли сотни лет, и Иоганн Кеплер подарил человечеству свое знаменитое уравнение - математическую модель движения планет Солнечной системы... Великий Эйнштейн посвятил жизнь созданию модели всей физической картины мироздания.
Научные гипотезы - это модели в той или иной мере. Жизнь, практика лишь поправляют их, если они верны, и предают их забвению, если они ошибочны.
В последние годы жизнь потребовала от математиков создания кратких, емких, достаточно точных моделей-описаний сложнейших экономических и производственных процессов. Появились модели, которые формулами, бесконечными математическими рядами, системами из многих уравнений описывают процессы в экономике, металлургии, атомной энергетике, химии...
«Внешне никак на них не похожая,- писал один из пионеров математического моделирования, академик Л. В. Канторович,- математическая модель хорошо отражает их суть, содержание, «сюжет» возможных изменении, позволяет рассчитывать, анализировать, предсказывать неизвестные последствия известных нам данных предпосылок и обстоятельств».
Вскоре, однако, выяснилось, что для моделирования - решения всех этих систем уравнений и рядов - обычными математическими средствами потребовались бы сотни лет непрерывного труда миллионов математиков. И тут на помощь пришли кибернетики. Они научили созданные ими вычислительные машины решать многие системы уравнений и ряди. Можно сказать, с помощью машин впервые била овеществлена мысль.
Сказалось, что электронные процессы в машине позволяют моделировать почти все явления, которые способна описать математика.
С помощью вычислительных машин можно в стороне от сталеплавильной печи наблюдать ход выплавки стали; сидя за пультом машины-тренажера, ощутить полет на сверхзвуковом истребителе-перехватчике; не отходя от моделирующей установки, знать, что происходит в аду термоядерной реакции.
Ученые моделируют на электронных вычислительных машинах свободное парение и маневрирование космических летательных аппаратов в околоземной и иных частях Солнечной системы, и это в значительной мере помогло успешному проникновению человека в космос.
В электронных недрах машин вычислительного комплекса Центра управления космическими полетами «рождаются» и «живут» модели космических кораблей, стремительно летящих в пространствах Солнечной системы. На вычислительных машинах комплекса моделируется поведение космического корабля в полете: решаются уравнения, описывающие полет, работу систем управления и двигателей, игру сил полей тяготения Земли, Луни и других планет.
Особенно тщательно моделировался совместный полет кораблей «Союз» и «Аполлон». Отдельные моменты полета, в частности стыковку и расстыковку кораблей, много раз изучали и отрабатывали на экране моделирующего комплекса. По светящемуся голубому пространству экрана перемещались, стыковались и расстыковывались созданные электроникой изображения кораблей «Союз» и «Аполлон». Это намного ускорило поиск и отработку наилучших режимов управления кораблями в их совместном полете. Можно сказать, что моделирование позволило увидеть воочию предстоящий полет.
С помощью моделирования на вычислительных машинах можно воссоздать и прошлое. Недавно академик В. М. Глушков сообщил об интересном эксперименте - моделировании эволюции организмов в природе. В одну из больших вычислительных машин Института кибернетики АН УССР «поселили» колонию электронных моделей первых одноклеточных существ, обитавших на Земле сотни миллионов лет назад, и наблюдали их жизнь и развитие. В машине (академик Глушков назвал ее эволютором) модели простейших микроорганизмов - так же, как и их собратья, существовавшие в далеком прошлом,- питались, размножались, обучались борьбе за жизнь...
Всего ученые запрограммировали 64 вида их поведения - немало для первичных существ... «Микроорганизмы» поместили в условия, соответствовавшие тем, что были на поверхности молодой Земли - в бурную штормовую стихию океанов. Моделям микроорганизмов ученые запрограммировали случайные, трудные встречи с пищей... Необученные добыванию пищи, они долго не замечали ее. Но судьба благоволила к некоторым, наиболее активным из них: они натыкались на пищу и «съедали» ее. «Сытые», обучившись, активно искали и быстрее других находили пищу вновь, набирались сил, росли, плодили потомство... За несколько часов работы машины-зволютора сменились шестьдесят тысяч поколений «микроорганизмов». За это время погибли все виды, кроме одного, лучше всех обучившегося «правилам жизни» и приспособившегося к ее превратностям. Но как он отличался от первых обитателей зволютора!
«Признаться, итог эксперимента был для нас самих неожиданным,- сказал академик Глушков.- Кибернетика блестяще подтвердила эволюционную теорию Дарвина». И полезность кибернетических моделей, добавим мы.
Моделирование помогает не только представить себе далекое прошлое, но даже услышать его голос.
Неправда ли, заманчиво услышать, например, живой голос... Моны Лизы Джоконды, изображенной на знаменитом полотне Леонардо да Винчи. То, что это уже не является фантастикой, показал эксперимент по моделированию голоса Джоконды, проведенный известным японским биологом и кибернетиком Мацуми Судзуки. Он создал математическую модель голоса знаменитой итальянки, определяемую строением ее лица. Модель, овеществленная с помощью электронной вычислительной машины, заговорила, и голос Джоконды был записан на магнитофонную пленку...
Моделируются языки... Вычислительная машина переводит с одного языка на другой сложные тексты. Это означает, что машина «знает» модели языков, их лингвистические структуры...
Андрей Вознесенский однажды сказал: «Строфа - модель мира». Ведь в каждой поэтичной строфе гнездятся метафоры. Они - модели духовного мира человека, пристально вглядывающегося в окружающее.
Строфа сложна, и, как продолжает А. Вознесенский, «в этом смысле она реалистична, она отражение жизни, она не дает решения конкретной задачи, «проблемы»... Она... метод познания...»
Да, метафора входит в структуру художественного метода познания. Модель же - структура научного метода познания. Они суть элементы разных форм познания одного и того же - мира человека и природы.
Борис Пастернак писал: «Метафоризм - естественное следствие недолговечности человека и надолго задуманной огромности его задач.
При этом несоответствии он вынужден смотреть на вещи по-орлиному зорко и объясняться мгновенными к сразу понятными озарениями. Это и есть поэзия».
Парадоксально то, что почти все это справедливо и для кибернетического моделирования. Но оно есть наука. И, конечно, кибернетическое моделирование помогает не только познанию, но и решению многих технических, экономических и, возможно, социальных проблем, стоящих перед человечеством.
Стало общепризнанным, что без предварительного моделирования на электронных вычислительных машинах не разработаешь, не создашь ни одну автоматизированную систему управления. Создание достаточно точной модели какого-либо явления жизни позволяет изменять его, то есть, в сущности, управлять им». Жизнь подтверждает это. Модели и создаваемые на их основе автоматические системы управления производством, в том числе качеством изделий, будут широко применяться в десятой пятилетке - пятилетке качества.
...Недавно я побывал на знаменитом Первоуральском Новотрубном заводе, где в содружестве с учеными Института проблем управления впервые в истории науки разработана адаптивная модель работы трубопрокатного агрегата 160.
- В чем состоит адаптация модели? - таким был мой первый вопрос Юлию Брониславовичу Лоцу, начальнику заводской лаборатории автоматики, одному из создателей модели, а затем и адаптивной системы робота, управляющего сейчас прокатными станами агрегата 160.
Нас только что познакомил заместитель главного инженера завода Борис Васильевич Зеленский, а это означало, что мне разрешено достаточно долго «пытать» своими вопросами Юлия Брониславовича.
Лоц предложил мне пойти с ним в цех, на стан, посмотреть модель в действии, а по дороге объяснил, что адаптация модели состоит в ее умении предвидеть события и обучаться и на этой основе изменять, приспосабливать себя к непрерывно меняющимся условиям производства.
- Не аналогична ли ваша модель действию механизма адаптации, приспособления живых существ к окружающей их среде обитания? - спросил я тогда Юлия Брониславовича.
- В какой-то степени да,- ответил он.
Мне предстояло увидеть единственный в мире адаптивный робот, самостоятельно управляющий работой гигантского трубопрокатного стана.
Когда мы с Юлием Брониславовичем пришли на стан 160, помещение, где находится «мозг» робота - ЗВМ, оказалось запертым, на дверях висел замок.
- Не удивляйтесь,- обратился ко мне Лоц,- человеку здесь, в общем, делать нечего: за него все делает робот. Но дверь все же надо открыть, иначе вы его не увидите.
И он ушел искать дежурного оператора.
Любопытство привело меня на стан. Не успел я и шагу сделать, как увидел механический робот. Неутомимый и сильный, он без передышки осторожно брал своими хваткими стальными «руками» стопудовую металлическую болванку, нес ее и опускал в огненное чрево нагревательной печи стана. Это был один из множества электромеханических роботов, которые выполняли технологические операции самостоятельно по заданной программе, но под бдительным контролем главного адаптивного «думающего» робота.
Я прошел вдоль стана: везде безлюдье и грохочущие машины... А на движущийся охладительный стол агрегата одна за другой скатываются и скатываются готовые, светящиеся малиновым жаром трубы...
Пришел Юлий Брониславович, открыл замок, и ми вошли в обитель робота. Вдоль стен и посредине ярко освещенного зала стояли шкафы двух электронно-вычислительных машин. Где-то там, в их электронных глубинах, жила, пульсировала адаптивная модель - запрограммированная и отчужденная от человека мысль, управляющая станом. Зажигались и гасли сигнальные лампочки машин. По их указаниям расположенные на стане электромеханические роботы, телевизионные и электронные устройства и датчики измеряли, вращали, прошивали, перекатывали, прокатывали, калибровали трубы. В случае изменения производственных условий адаптивная система-робот перенастраивала работу стана в течение нескольких минут. Достаточно прокатать восемь - десять труб новой партии (таков период обучения системы), чтобы ЗВМ робота выбрала наилучший режим прокатки. И вновь на охладительный стол будут поступать и поступать со стана трубы только высокого качества.
Эффективность - мерило всех технических новшеств. В заключение нашей беседы спрашиваю Юлия Брониславовича, каков эффект работы адаптивной системы.
- Адаптивная система,- ответил он,- позволяет изготовлять трубы с размерами (диаметр, толщина, длина) повышенной точности. В результате экономится много высококачественной стали. Применение адаптивной системы для управления только одним трубопрокатным станом (их в стране десятки) позволяет сэкономить для нужд народного хозяйства более миллиона рублей.
Создание адаптивной модели - своего рода мини-революция в кибернетике. Одна такая модель заменила множество обычных. Это позволяет не только повысить достоверность и точность моделирования, но и экономить огромное количество времени, трудовых и материальных затрат.
Вот что дал стране труд ученых и инженеров Института проблем управления, Первоуральского Новотрубного завода и других институтов.
Этот эффект многократно возрастет, когда адаптивные системы-роботы найдут широкое применение на многих предприятиях страны.
...Моделирование помогает управлять не только промышленными агрегатами, но и заводами, отраслями, всем народным хозяйством страны.
Как быстро найти наилучшие, или, как говорят ученые, оптимальные, условия развития всего народного хозяйства? В экономике особенно важна оценка хозяйственных процессов и экономических предположений. Она требует тщательной проверки - эксперимента, прогноза. Но вторгаться с экспериментом в экономическую практику можно лишь в немногих случаях - здесь ведь сосредоточены кровные интересы миллионов людей. И вот тут-то приходит на помощь экономическая модель - описание работы отраслей хозяйства страны в виде математических уравнений и затем - с помощью электронных вычислительных машин - овеществление этой модели.
Таким образом, можно, не отходя от электронных машин, «проиграть», промоделировать многие наблюдаемые в настоящем и возможные в будущем процессы в экономике и, естественно, найти наилучшие пути управления народным хозяйством. Такие модели сейчас создаются. Практическая ценность и необходимость проникновения в настоящее и предвидения, взгляда в будущее с помощью моделей не вызывают сомнения.
Так впервые в истории человеческой цивилизации поставлена и - на базе обобществления средств производства - целеустремленно решается задача оптимального построения и функционирования целостного экономического организма народного хозяйства страны.
Именно к этому призвал нас исторический XXV съезд КПСС.
Математик и кибернетик, несомненно, обнаружат в материалах съезда много таких направлений, разработка которых потребует самого активного вмешательства их наук.
В последние годы с помощью вычислительных машин созданы модели человеческой мысли. Еще несовершенные, неточные, они все же позволили приоткрыть некоторые тайны человеческого мозга, объяснить многое в природе инстинктов и рефлексов. Появилась уверенность, что законы нервной деятельности живых существ одинаковы во всей Вселенной и подобны «машинному» действию мозга.
Ученые ищут подступы к решению дерзкой, пока что фантастической проблемы создания искусственного «интеллекта». Некоторые кибернетики и психологи пытаются с помощью вычислительных машин смоделировать еще неведомую нам, но, бить может, существующую на планетах далеких галактик, «нечеловеческую» форму интеллекта...
Модели рождаются в муках отрицания кажущихся очевидностей. Они всегда-вопрос к природе! Но она не спешит раскрыть свои тайны. Путь моделирования тернист, мало хожен исследователями. Открытия, ошибки и надежды чередуются на этом пути.
К тому же модели смертны. Они стареют и умирают по мере того, как создаются новые, более совершенные, более истинные. Чтобы лишить модель «жизни», достаточно подойти к пульту управления ЭВМ и нажать белую клавишу с надписью «Стирание». Машина тут же бесстрастно выполнит волю человека. И исчезнет модель из бытия, а память машины станет вновь чистой и девственной, как у новорожденного...
Сейчас математика и кибернетика становятся не только необходимыми элементами образования молодежи, но и все более действенными средствами формирования человека - современника научно-технической революции последней четверти XX века.
По мнению ученых, ясность, точность и лаконичность математического видения мира и его описания лишь обогащают наши представления, делают их проницательней, осознанней, ответственней. А практику нашей деятельности наименее подверженной промахам! Ведь там, где неизбежен метод проб и ошибок (а это бывает), его можно перенести из реальной жизни в недра электронной вычислительной машины.
Она способна, «поглотив» ошибки, избавить от них человека...
Новые кибернетические модели, более точно отражающие явления в природе и обществе, будут создаваться и совершенствоваться всегда.
С помощью моделирования человек намеревается преодолеть свою недолговечность и успешно решить самые сложные из стоящих перед ним задач.
Журнал «Юность» № 10 октябрь 1976 г.
Литературная страница
Trackback(0)
 |
Итак, модели...
TrackBack URI for this entry
Subscribe to this comment's feed