| 21681190 23552 13350 920 1В 30- нач. 40-х гг. в СССР создана теория метода гармонич. баланса (Н. М. Крылов и Н. Н. Боголюбов, 1934, 1937) и на её основе разработан приближённый метод анализа периодич. режимов в нелинейных САР (Л. Е. Гольдфарб, 1940; В. А. Котельников, 1941; Е. П. Попов, 1953-60). Выполнены уникальные работы по статистич. методам анализа нелинейных систем (Андронов, Витт и Л. С. Понтрягин, 1933; В. С. Пугачёв, 1944). Разработана общая теория периодич. режимов в релейных САР (Неймарк, 1953). В кон. 40-х гг. в СССР были реализованы системы с переменной структурой, а в 50-60-х гг. разработана общая теория таких систем (В. А. Масленников, С. В. Емельянов, Б. Н. Петров, В. И. Уткин и др.).
Фундаментальные результаты получены при разработке теории систем оптимального управления (СОУ). В области теории детерминированных СОУ предложен общий метод определения критерия оптимальности - принцип максимума Понтрягина (1956). Разработаны: теория оптимального управления объектами с распределёнными параметрами (А. Г. Бутковский, 1959-73); теория стабилизации управляемых систем на основе синтеза методов теории устойчивости и теории оптимальных процессов (Красовский). Работа А. Н. Колмогорова по теории фильтрации (1941) явилась исходной в развитии статистич. методов анализа СОУ, а исследование Котельникова (1956)- первой работой по применению этих методов для анализа нелинейных СОУ; разработана общая теория оптимизации систем управления на базе статистич. методов (Пугачёв и др.). Построена теория дуального управления (А. А. Фельдбаум, 1963). Начало теоретич. исследования и практич. реализации адаптивных (самоприспосабливающихся) систем связано с изучением экстремальных САР (Ю. С. Хлебцевич, 1940; В. В. Казакевич, 1946, 1949); в СССР впервые была сформулирована задача построения многоканальных экстремальных систем, а также рассмотрены методы поиска экстремума (Фельдбаум, 1956-59). Ряд важных теоретических исследований и практич. разработок выполнен по беспоисковым самонастраивающимся системам (А. А. Красовский, В. В. Солодовников, Фельдбаум и др.), адаптивным и обучающимся системам (Я. 3. Цыпкин). Сов. учёным принадлежит приоритет в практич. применении методов распознавания образов для незрительных задач: в 1964 разработана программа «Кора-3» для распознавания нефтеносных пластов (М. М. Бонгард, М. Н. Вайнцвайг, М. А. Губерман, М. Л. Извекова, М. С. Смирнов).
Существенные успехи достигнуты при разработке ряда разделов теории релейных устройств и автоматов. Выполнены первые работы по методам анализа структуры релейных устройств (А. К. Кутти, 1928; М. Цимбалистый, 1928; В. А. Розенберг, 1939), применению аппарата алгебры логики (В. И. Шестаков, 1935- 1941) и систематич. изложению основ теории релейных устройств (М. А. Гаврилов, 1950-54). Сов. учёным принадлежат первые работы, в к-рых с целью повышения надёжности релейных устройств и автоматов вводится избыточность, основанная на эффективных методах кодирования (Гаврилов, 1960; А. Д. Закревский, 1961). Важный аспект теории автоматов - разработка формализованных языков для описания функционирования и синтеза релейных устройств и конечных автоматов (А. А. Ляпунов, 1952-58, Ю. А. Базилевский, Гаврилов, В. М. Глушков, Закревский, А. А. Летичевский, Ю. Л. Сагалович, В. А. Трахтенброт и др.). Сов. учёным принадлежит приоритет в разработке потенциально-импульсных автоматов (А. Д. Таланцев, 1959; В. Г. Лазарев и Е. И. Пийль, 1964). В 60-х гг. была создана теория пульсирующих и растущих автоматов (Я. М. Бардзинь и др.). Построены теории поведения автоматов в случайных средах (М. Л. Цетлин, 1961-63). Всё большее значение приобретают исследования по играм автоматов, их коллективному поведению, вероятностным автоматам (Р. Г. Бухараев, В. И. Варшавский, И. М. Гельфанд, Лазарев и др.).
Важным и быстро развивающимся направлением технич. кибернетики является управление сложными технич. системами. Определению критерия, по к-рому можно судить о сложности той или иной системы, анализу и синтезу сложных систем посвящены работы А. И. Берга, Н. П. Бусленко, Колмогорова, Г. Н. Поварова, Г. С. Поспелова, В. А. Трапезникова, Ю. И. Черняка и др. Создана модельная теория ситуационного управления (Д. А. Поспелов, В. Н. Пушкин).
Существ, вклад был внесён в теорию передачи информации. Первые исследования в этой области были проведены Котельниковым в 1933. Матем. основы теории заложены в трудах Колмогорова и А. Я. Хинчина. С сер. 50-х гг. в СССР начался период быстрого развития теории передачи информации. Большая роль в этом принадлежит А. А. Харкевичу, с деятельностью к-рого связано основание в 1961 ведущего центра в этой области знаний - Института проблем передачи информации АН СССР (Москва). С 1966 Институт возглавляет В. И. Сифоров. Значительные успехи были достигнуты в исследованиях по теории информации (Сифоров, Р. Л. Добрушин, И. А. Овсеевич, М. С. Пинскер, Б. С. Цыбаков), теории кодирования (Э. Л. Блох, К. Ш. Зигангиров, В. В. Зяблов и др.), теории обработки изображений (Д. С. Лебедев, Л. П. Ярославский), теории распознавания образов (И. Ш. Пинскер, И. Т. Турбович, В. С. Фаин, Г. И. Цемель), биологической кибернетике (А. Л. Вызов, В. С. Гурфинкель, Е. А. Либерман, М. Л. Шик, А. Л. Ярбус). Быстрыми темпами ведутся исследования по передаче информации в сетях связи; создаётся Единая автоматизированная сеть связи СССР - ЕАСС (впервые эта задача была поставлена Харкевичем в 1956). В Ин-те проблем передачи информации в 60-х гг. созданы основы теории распределения информации (Лазарев, В. И. Нейман, В. Н. Рогинский, А. Д. Харкевич и др.).
В организации исследований в области кибернетики и её практич. применении, а также в разработке методологич. основ кибернетики вообще и технич. кибернетики, в частности, особенно большие заслуги принадлежат Бергу.
Область прикладных исследований технич. кибернетики охватывает широкий круг вопросов, связанных с общими принципами разработки автоматов и систем управления, а также методов синтеза цифровых вычислит, устройств для программного управления (Воронов, Глушков, Н. Н. Моисеев). Большое внимание уделяется ЭВМ и их математическому обеспечению. Это обусловлено, во-первых, тем, что на основе ЭВМ создаются наиболее сложные системы управления, во-вторых, тем, что реализация таких систем по масштабам ведущихся работ (1976) намного опережает реализацию всех др. систем управления.
Сов. учёные внесли значит, вклад в развитие вычислит, техники, причём первые крупные достижения в данной области связаны с созданием аналоговых устройств. В СССР были разработаны основы построения сеточных моделей (С. А. Гершгорин, 1927) и предложена идея электродинамич. аналога (Н. Минорский, 1936). В 40-х гг. была начата разработка электронных ПУАЗО на переменном токе и первых ламповых интеграторов (Л. И. Гутенмахер). В 1949 был построен ряд аналоговых вычислит, машин на постоянном токе (под рук. В. Б. Ушакова, Трапезникова, Котельникова и С. А. Лебедева).
Среди средств совр. вычислит, техники доминирующее положение занимают универсальные электронные ЦВМ. Первая в СССР электронная ЦВМ (МЭСМ) была построена в 1950. В 1952 была разработана ЭВМ БЭСМ - самая быстродействующая (по тому времени) в Европе (8 тыс. операций в сек). Проекты МЭСМ и БЭСМ были разработаны под рук. Лебедева. В 1952 была построена ЦВМ «М-2» (под рук. И. С. Брука). Серийное произ-во электронных ЦВМ 1-го поколения в СССР было начато в 1953 (ЦВМ •«Стрела», разработанная по проекту Ю. Я. Базилевского). В 1959 в МГУ была создана ЦВМ «Сетунь» - первая в мире ЦВМ, работающая в троичной системе счисления. В 1-й пол. 60-х гг. в СССР началось произ-во ЭВМ 2-го поколения. К числу наиболее крупных разработок 60-х гг. принадлежат: вычислит, система БЭСМ-6 (созданная под рук. Лебедева), малые ЦВМ серии МИР (созданные под рук. Глушкова), малые ЦВМ серии «Наири» (гл. конструктор Г. Е. Овсепян), серия ЦВМ «Минск» (созданная под рук. Г. П. Лопато и В. В. Пржиялковского), семейство ЦВМ «Урал» с единой архитектурой (гл. конструктор Б. И. Рамеев), управляющая мини-ЭВМ УМ-1-НХ (гл. конструктор Ф. Г. Старое) и др. Машина БЭСМ-6 (1966) по номинальному быстродействию (1 млн. операций в сек) значительно превосходила наиболее мощные отечеств. ЦВМ 1-го поколения. Быстродействие БЭСМ-6 было достигнуто преим. благодаря мультипрограммному режиму работы. В машине используется совмещение во времени работы внеш. накопителей и процессора, перекрытие циклов работы модулей оперативной памяти и опережающая подготовка арифметич. команд в устройстве управления. Малые ЦВМ серии МИР (МИР-1, 1966; МИР-2, 1969) были разработаны для выполнения инж. расчётов. Входной алгоритмич. язык машин максимально приближен к языку инж. расчётов. В серии МИР впервые применено ступенчатое микропрограммирование, позволяющее использовать небольшой объём памяти для записи сложных программ и повысить производительность ЦВМ. Важная особенность МИР-2 - наличие индикаторного устройства со световым пером, к-рое впервые было использовано для визуального контроля вычислит, процесса.
В развитии программирования существенную роль сыграл операторный метод (А. А. Ляпунов, 1952-58), применение к-рого позволило расчленить и формализовать процесс составления программы.
Операторный метод стал основой разработки формальных методов изучения программы и проблемно-ориентированных алгоритмич. языков. Выполнен ряд крупных работ по вычислит, математике (А. А. Дородницын, Бусленко, С. С. Лавров, Г. И. Марчук и др.)и математик, обеспечению ЦВМ (Глушков, А. П. Ершов, М. Р. Шура-Бура и др.).
В нач. 60-х гг. сов. учёными был предложен ряд концепций, реализация к-рых началась в 70-х гг. Таковы, напр., концепции создания гос. сети вычислит, центров и иерархич. сети автоматизиров. систем управления нар. х-вом СССР (Глушков); концепция семейства ЭВМ, совместимых по матем. обеспечению и внеш. устройствам (Рамеев); концепция вычислит, среды, т. е. набора однородных и универсальных цифровых автоматов с программной настройкой (Э. В. Евреинов и Ю. Г. Косарев). В 60-х гг. И. Я. Акушским и Д. И. Юдицким были получены важные результаты в области организации ЭВМ, использующих систему счисления в остаточных классах. 70-е гг.- период наиболее значит, разработок в области вычислит, техники. В 1972 начат выпуск ЦВМ Единой системы электронных вычислит, машин (ЕС ЭВМ), в разработке к-рой участвовало большинство стран СЭВ. ЕС ЭВМ представляет собой серию универсальных ЦВМ 3-го поколения (на интегральных схемах) с широким диапазоном производительности (от 10 тыс. до 2 млн. операций/сек). Косвенным показателем значения вычислит, техники для нар. х-ва СССР может служить доля средств вычислит, техники в общем объёме произ-ва приборов и средств автоматизации: если в 1960 она составляла всего 8%, то в 1975 - 69%.
Характерная особенность развития технич. кибернетики в СССР в кон. 60-х - нач. 70-х гг.- широкое использование вычислит, техники в системах класса «человек - машина», в т. ч. в автоматизиров. системах управления (АСУ). В рамках технич. кибернетики проводятся исследования и решаются задачи, относящиеся гл. обр. к инж. уровням управления произ-вом (управлению агрегатом, технологич. процессом, цеховой системой). Ведущими (по кол-ву реализованных систем и используемых в них ЭВМ) являются АСУ, создаваемые в различных отраслях экономики, и АСУ технологич. процессами (АСУТП). Первые такие системы начали создаваться в СССР в кон. 50-х - нач. 60-х гг. В 1962 была создана одна из первых в мире систем с непосредств. цифровым управлением технологич. процессами (АСУТП «Автооператор» на Лисичанском хим. комбинате). Ряд наиболее удачно разработанных и внедрённых в 60-х гг. АСУ (напр., АСУ Ленингр. оптико-механич. объединения, Моск. з-да «Фрезер», Львовского телевизионного з-да, Барнаульского радиозавода) принесли значит, экономич. эффект. Всего за 1966-70 в СССР было введено в действие 370 автоматизиров. систем управления предприятием (АСУП) и 174 АСУТП. В начале 70-х гг. проектированием, разработкой и созданием АСУ было занято ок. 40 тыс. специалистов. Всего в 1971-75 было введено в действие (полностью или частично) ок. 1800 АСУП и ок. 700 АСУТП на базе ЭВМ. С нач. 70-х гг. осуществляется план мероприятий по созданию Общегос. автоматизиров. системы сбора и обработки информации для учёта, планирования и управления нар. х-вом (ОГАС). Осн. функцией ОГАС должно стать обеспечение общегос., республиканских и территориальных органов управления, министерств и ведомств информацией, необходимой для решения задач учёта, планирования и принятия решений. Разработка ОГАС ведётся в тесной связи с развитием АСУ всех уровней и создаваемой ЕАСС. В состав технич. базы ОГАС должны войти Гос. сеть вычислит, центров и являющаяся частью ЕАСС Общегос. система передачи данных. Актуальность и возможности реализации проекта ОГАС определяются объективными потребностями экономики Сов. roc-ва, плановым характером развития сов. общества и общим уровнем технич. кибернетики в СССР.
Планами развития нар. х-ва СССР предусмотрено дальнейшее расширение работ по созданию приборов и средств автоматизации для применения в различных отраслях пром-сти, на транспорте, в энергетике, коммунальном х-ве и т. д.; увеличение выпуска средств вычислительной техники, универсальных и управляющих вычислительных комплексов, технологич. оборудования с программным управлением, автоматич. устройств регистрации и передачи данных для АСУТП и систем оптимального управления в отраслях нар. х-ва.
В 70-х гг. технич. кибернетика и вычислит, техника как науч. дисциплины входят в учебные программы более чем 200 вузов, а значительные по масштабам исследования в данной области проводятся в неск. десятках НИИ и вузов, в крупнейших вычислит, центрах страны [Ин-те проблем управления, Вычислит, центре АН СССР (оба в Москве), Ин-те кибернетики (Киев), Вычислит, центре Сиб. отделения АН СССР (Новосибирск), Ин-те автоматики и процессов управления Дальневосточного науч. центра АН СССР (Владивосток) и др.].
Периодич. издания: «Известия АН СССР. Техническая кибернетика» (с 1963), «Автоматика и телемеханика» (с 1936), «Проблемы передачи информации» (с 1965), «Кибернетика» (с 1965), «Управляющие машины и системы» (с 1972), «Автоматика и вычислительная техника» (Рига, с 1967) и др.
См. также Автоматизация производства, Автоматическое управление, Вычислительная техника, Кибернетика техническая, Оптимальное управление, Программное управление, Регулирование автоматическое, Сложная система, Управления автоматизированная система, Управление в технике, Управляющая машина, Цифровая вычислительная машина. И. А. Апокин.
Машиноведение и технология производства машин
Машиностроение как комплекс отраслей тяжёлой пром-сти, производящих орудия труда, предметы потребления и продукцию оборонного назначения, в наибольшей мере определяет технич. прогресс и эффективность нар. х-ва (см. в разделе Промышленность). В данной статье рассмотрены наиболее общие проблемы машиноведения (нек-рые вопросы освещены также в статьях БСЭ Автоматическое управление и Надёжность) и технологии произ-ва машин.
Машиноведение. Теория машин в механизмов. Эволюция машиностроения от отдельных машин неавтоматич. действия до их автоматич. систем отражена в развитии важнейших направлений теории машин и механизмов. Трудами П. Л. Чебышёва в 60-х гг. 19 в. (синтез шарнирных механизмов и др.), П. О. Сомова в 80-х гг. 19 в. (пространств, кинематич. цепи, решение обобщённой задачи о структуре кинематич. цепей) заложены фундаментальные основы этой теории. В нач. 20 в. были созданы теория структуры и классификации механизмов (Л. В. Ассур) и основы винтового метода кинематич. анализа механизмов (А. П. Котельников). Важное значение имело развитие теории зубчатых механизмов X. И. Гохманом в кон. 19 в., Н. И. Мсрцаловым в нач. 20 в. и др. Ими разработаны новые виды зубчатых зацеплений, созданы инж. методы их расчёта и проектирования. Новый этап в науке о машинах начался после Окт. революции. В 20-х гг. Мерцаловым, а затем И. И. Артоболевским, Г. Г. Барановым и др. решены задачи кинематики общего случая пространств, семизвенного механизма, а в 30-х гг. Н. Г. Бруевичем - задача кинетостатики пространств, механизмов. В 30-х гг. В. В. Добровольский, И. И. Артоболевский выделили 5 семейств механизмов в зависимости от числа степеней свободы и количества условий связи и указали общие методы решения задач анализа механизмов, а также предложили систему их классификации. Работами по классификации, кинематике и кинетостатике плоских и пространств, механизмов сов. школа прочно утвердила своё ведущее место в этой области мировой науки. В 30-50-е гг. И. И. Артоболевским и его школой создана обобщающая классификация механизмов по их структурным, кинематич. и динамич. свойствам, что позволило не только привести в систему существующие механизмы, но и открыть их новые виды. Изучение влияния допусков и неточностей при изготовлении деталей на кинематику и динамику механизмов вызвало к жизни в 40-е гг. «теорию реальных механизмов», осн. положения к-рой применительно к плоским и пространств, механизмам разработаны Бруевичем. В 40-50-х гг. дальнейшее развитие получила теория синтеза механизмов (И. И. Артоболевский, Добровольский и др.). Методы синтеза, напр, рычажных и кулачковых механизмов, используются при проектировании двигателей, станков, текст., с.-х. и др. машин. С 50-х гг. начались работы по анализу и синтезу механизмов с гидравлическим, пневматическим и электрическим устройствами (С. Н. Кожевников, Е. В. Герц и др.), а в 60-х гг.- механизмов с электронными и фотоэлектронными устройствами.
Исследования по динамике технологич. машин (в т. ч. с.-х.) были начаты В. П. Горячкиным в нач. 20 в., в дальнейшем (30-60-е гг.) продолжены И. И. Артоболевским, А. П. Малышевым и др. Ими были изучены вопросы уравновешивания с.-х. машин, режимы их движения и энергетич. баланс, а также решены мн. задачи динамики машинных агрегатов. В кон. 60-х гг. исследованы вопросы колебаний в машинах, особенно при высоких скоростях и нагрузках (Ф. М. Диментберг, К. В. Фролов).
В 60-е гг. расширились исследования по теории, методам расчёта, проектирования и эксплуатации машин-автоматов (С. И. Артоболевский, И. И. Капустин, Г. А. Шаумян). Проведена их классификация по признакам, связанным с числом потоков информации и путями их использования; методы теории машинавтоматов связаны с общими методами теории автоматич. управления. Для обширного класса автоматов, оснащённых цифровыми системами управления, А. Е. Кобринским созданы программы их работы, методы и средства обработки исходной и дополнит, текущей информации, разработаны вопросы расчёта и проектирования самонастраивающихся систем. С 50-х гг. решаются задачи синтеза автоматов, имеющих оптимальные параметры, с помощью ЭВМ (С. А. Черкудинов и др.). В 70-х гг. ведутся работы по системам машин автоматич. действия, роботам-манипуляторам, шагающим машинам, динамике машин с неск. степенями свободы, машинам с перем. массой звеньев, вибрационного действия (И.И. Артоболевский, А. Е. Кобринский, А. П. Бессонов и др.).
Ведущими ин-тами в области теории машин и механизмов являются Гос. НИИ машиноведения, Ин-т геотехнич. механики (УССР), Груз, политехнич. ин-т, Ин-т механики машин и полимерных материалов (Груз. ССР), Каунасский политехнич. ин-т, Ленингр. оптико-механич. ин-т, Ленингр. ин-т инженеров ж.-д. транспорта, Челябинский политехнич. ин-т и др. Координацию работ осуществляют Науч. советы по теории машин и систем машин и по теории и принципам устройства роботов и манипуляторов. Сов. учёные участвуют в Междунар. конгрессах по теории машин и механизмов. Президентом Междунар. федерации по теории машин и механизмов в 1969-75 был И. И. Артоболевский. См. также Машин и механизмов теория, Динамика машин и механизмов, Кинематика механизмов.
Теория расчёта машин. Рус. учёные и инженеры, работавшие в 19 - нач. 20 вв., значительно обогатили теорию и практику расчёта и конструирования машин. Напр., Н.Е.Жуковским исследована работа упругого ремня на шкивах, рассмотрено распределение сил между витками резьбы, им же совместно с С. А. Чаплыгиным решена одна из важнейших гидродинамич. задач в приложении к подшипникам скольжения. Быстро развивалась теория расчёта машин после Окт. революции 1917. В этой области в 10-20-х гг. работали учёные МВТУ (А. И. Сидоров, П. К. Худяков), мн. др. вузов и н.-и. орг-ций. В 30-40-х гг. созданы методы расчётов валов и осей на выносливость, учитывающие переменность режима работы, статич. и усталостные характеристики материалов, концентрацию напряжений, масштабный фактор, упрочнение поверхности (С. В. Сервисен). В нач. 40-х гг. А. И. Петрусевичем, В. Н. Кудрявцевым и др. разработаны теория и принципы расчёта эвольвентных зубчатых зацеплений, осн. теоретич. положения для расчёта цилиндрич. передач внеш. и внутр. зацепления, конич., гипоидных и червячных передач. В 50-е гг. М. Л. Новиковым было предложено кругловинтовое зацепление. В инж. практике с 60-х гг. применяются теоретич. расчёты динамич. нагрузок, учитывающие точность изготовления передач, характер на-гружения и др. параметры (Гос. НИИ машиноведения). В 40-50-е гг. было положено начало работам по контакта о-гидродинамич. теории смазки. В частности, решена изотермич. контактно-гидродинамич. задача для линейного контакта. В 30- 50-е гг. разработаны основы теории и расчёта ремённых передач на тяговую способность, бесступенчатых передач (В. Н. Беляев, Д. Н. Решетов). В 40-50-е гг. получила дальнейшее развитие теория расчёта соединений: исследованы прочность элементов резьбовых соединений при статич. и циклич. нагружениях (И. А. Биргер). В 50-60-е гг. созданы гидроприводы на мощность 100-150 квт. Значит, развитие в 40-70-е гг. получили теория и расчёт пружин и упругих звеньев (Е. П. Попов, С. Д. Пономарёв). В 70-х гг. создаются уточнённые методы расчёта гидродинамич., гидростатич., газовых опор скольжения, тормозов (Гос. НИИ машиноведения, МВТУ), исследуется износ зубчатых колёс методом меченых атомов (Рижский политехнич. ин-т). Изучается несущая способность масляных слоев между деталями машин, катящимися со скольжением (Гос. НИИ машиноведения, Киевский ин-т гражд. авиации, Одесский политехнич. ин-т). Крупные работы ведутся также в Моск. станко-инструмент. ин-те, Эксперимент. НИИ металлорежущих станков, Центр. НИИ технологии машиностроения, ленинградских политехнич., механич., кораблестроит. и др. ин-тах. См. также Детали машин.
Проблемы прочности. Нек-рые важные проблемы теории прочности были исследованы рус. учёными в дореволюц. период: Н. Е. Жуковским (расчёт распределения усилий в резьбовых соединениях), А. Н. Крыловым (действие силовых импульсов на упругие системы), Н. Г. Бубновым (строит, механика тонкостенных конструкций), С. П. Тимошенко (прикладная теория упругости), В. Л. Кирпичёвым, М. В. Воропаевым (усталость конструкционных материалов) и др.
После 1917 развёртываются исследования проблем прочности на базе вновь организованных ин-тов - Физико-технич. в Ленинграде (критерии хрупкого разрушения материалов, остаточные напряжения и измерения деформаций), Ин-та технич. механики АН УССР в Киеве (усталость и динамич. прочность механич. конструкций), Центр, аэрогидродинамич. ин-та (прочность высоконагруженных конструкций) и др.
В 30-е гг. в расчётах на прочность стали применять хорошо разработанные методы строит, механики, позволяющие определить статич. усилия в упругих системах машин, узлов и конструкций.
< |
