Зарождение конкретно-объектных учений об управлении техническими устройствами

Идеи каждой эпохи отражаются в ее технике. “Инженерами древности были землемеры, астрономы и мореплаватели; инженерами XVII и начала XVIII в. были часовщики и шлифовальщики линз. Как и в древности, ремесленники создавали свои инструменты по образу небесных светил. Ведь часы суть не что иное, как карманный планетарий, движущийся в силу необходимости, подобно небесным сферам....Основным практическим результатом этой техники, основанной на идеях Гюйгенса и Ньютона, была эпоха мореплавания, когда впервые стало возможно вычислять долготы с приемлемой точностью и торговля с заокеанскими странами, бывшая чем-то случайным и рискованным, превратилась в правильно поставленное предприятие. Это была техника коммерсантов”[54].

Изобретение особых часов - хронометра - позволяло гарантированно определять географическую долготу. Это изобретение потому превратило торговлю из дела “случайного и рискованного” в “правильно поставленное предприятие”, что коренным образом изменило принципы внешней ориентации в среде, где видимые внешние ориентиры отсутствуют (такой средой являлись море и, еще более, океан), что позволило принципиально изменить технику мореплавания. Вместо того, чтобы плыть в одном направлении на фиксированной широте до тех пор, пока случайно не встретится препятствие в виде суши, а затем плыть вдоль побережья, стало возможным гарантированно прокладывать курс. Подчеркнем, что применение новых способов ориентации обеспечивало лишь половину успеха “правильного предприятия”. Вторая половина обеспечивалась судовыми рулевыми машинами, которые были “ одними из самых первых хорошо разработанных устройств с обратной связью ”[55].

Изобретение первой паровой машины произвело первую промышленную революцию. Силу давления пара стали использовать для приведения в действие станков. Таким образом, первая промышленная революция характеризуется началом использования преобразованной тепловой энергии. Это обстоятельство является принципиально важным с методологической точки зрения, поскольку до этого все виды механизмов и машин не только не имели дела с преобразованием энергии, поскольку они использовали только передачу механической энергии, но и сам тип энергии - тепловая, - и принципы ее преобразования и передачи принципиально отличны от принципов передачи механической энергии.

Качество технологического процесса, например, прядения, зависело от равномерности хода прядильной машины. А ход машины зависел от равномерности вращения приводящего шкива паровой машины. Чтобы обеспечить равномерность вращения маховика, Д. Уатт - конструктор универсальной паровой машины - в 1784 г. предложил использовать центробежный регулятор числа оборотов, при конструирования которого, говоря современным языком, использовался принцип обратной связи.

До середины XIX века регуляторы Уатта надежно регулировали ход паровых машин. Во второй половине века в связи с ростом мощности паровых машин в регуляторы вносили конструктивные усовершенствования, которые привели к тому, что регуляторы перестали быть надежными. Ход машин терял устойчивость. Инженерные попытки решения этой проблемы не увенчались успехом до тех пор, пока не была предложена математическая модель этой системы. Задача о регуляторе Уатта была решена в 1876 г. И.А. Вышнеградским, одним из основоположников теории автоматического регулирования ^[56].

Заметим, что “первой значительной работой по механизмам с обратной связью была статья о регуляторах, опубликованная Кларком Максвеллом в 1868 г.”[57]. Обратим внимание, что техническое устройство - регулятор, - которое уже давно обозначается в английском языке термином “regulator”, первоначально было названо Максвеллом словом “governor”, которое тождественно русскому “губернатор”. Поскольку работа Максвелла была фактически первой значительной научной работой об управлении конкретным техническим объектом, то специальные термины для обозначения подобных технических устройств, которые сформируются позднее, еще не существовали, поэтому Максвелл вынужден был заимствовать термин из другой области - области управления государством. Позднее управление техническими объектами (control) станет самостоятельным научным направлением, где научные подходы к управлению позволили добиться самых значительных успехов в достижении управляемости. Отмеченные первые работы Максвелла и Вышнеградского, которые касались специфических технических устройств - центробежных регуляторов прямого действия, - послужили толчком к созданию теории автоматического регулирования и теории оптимального управления, которые были уже обобщенно-объектными теориями управления, и речь о них будет идти ниже.