1 стр. из 1

К вопросу о том, сколько разума в «интеллектуальных» системах управления

Во время операции «Буря в пустыне» американская боевая авиация выполнила свыше трех четвертей огневых задач. В Афганистане и в Ираке эта доля возросла еще больше, и недалек тот день, когда господство в воздухе будет означать тотальное превосходство на поле сражения (что, впрочем, не значит победы вообще). И тем более парадоксально, что современный боевой самолет, будь то истребитель или бомбардировщик, в принципе летать не может… 

Дело в том, что едва ли не основное требование к боевому самолету сегодняшнего дня – не скорость или бомбовая нагрузка, а маневренность. Именно этому качеству принесены в жертву даже чисто аэродинамические характеристики, то есть любой F-15 или СУ с выключенными приборами управления сразу же свалится в штопор и упадет. Сотни датчиков непрерывно контролируют массу параметров, а бортовой компьютер мгновенно реагирует на любые мыслимые изменения, не давая самолету свалиться в неуправляемый полет.

Строго говоря, все наиболее передовые технические решения появлялись в недрах военно-промышленного комплекса. Так, в начале 40-х гг. прошлого века первые компьютеры появились как средство ускорения баллистических расчетов. А еще раньше, в 1944 г., в Германии фирмой Henschel были разработаны так называемые планирующие бомбы «Фриц», которыми немецкие летчики с высоты 6 км потопили итальянский линкор Roma, шедший сдаваться союзникам. На самом деле это были полуактивные самонаводящиеся ракеты, способные фиксировать большие массы металла. Именно с этого времени и стоит говорить о сколько-нибудь разумных системах управления.

В популярной печати интеллектуальными называют и гораздо более примитивные системы, рекламируя всякие пылесосы, холодильники, стиральные машины и т.д. На самом же деле разума в таких аппаратах не больше, чем в сливном бачке унитаза, есть более-менее широкий круг сценариев, отвечающих различным ситуациям, возникающим при работе.

В принципе, при достаточно жестких рамках, в которых функционирует та или иная система (имеется в виду не только бытовой прибор, но и, например, сложные производственные процессы, задачи логи­стики и т.д.), современные системы управления показывают себя достаточно эффективно. Но как только речь заходит о факторах случайных, не поддающихся формализации в рамках накопленных знаний, как такие системы дают сбои, иногда и фатальные, ведущие к краху опекаемых объектов.

Сегодня развитие производства характерно переходом к использованию передовых технологий, в первую очередь информационных, стремлением добиться предельно высоких эксплуатационных характеристик оборудования, уменьшением любых потерь. Это возможно при условии повышения качества управления промышленными объектами, в т.ч. за счет широкого применения автоматизированных систем управления (АСУ).

Рост масштабов производства, увеличение мощности оборудования, усложнение производственных процессов, использование форсированных режимов (повышенные давления, температуры, скорости реакций) — все это в недавнем прошлом и вызвало бурный рост АСУ. Техническая база производства в большинстве отраслей промышленности достигла такого уровня, при котором эффективность производственного процесса непосредственным и существенным образом зависит от качества управления технологией и организации производства. Но в начале XXI в. задачи управления усложнились неимоверно. Появились целые производства, функционирующие в критических режимах, серьезно усложнились связи как между отдельными звеньями технологических процессов, так и между макроструктурами, действующими в региональных и даже глобальных масштабах.

Значительно напряженнее стала ситуация с трудовыми ресурсами — уже сегодня катастрофически не хватает высококвалифицированных рабочих и ИТР нижнего и среднего звена, а убыль восполняется за счет гастарбайтеров из стран третьего мира с низким образовательным и профессиональным уровнем. В этих условиях просто автоматизации труда уже недостаточно, необходимы решения кардинально иные.

Но сначала вкратце познакомимся с закономерностями развития АСУ. Первоначально все решал человек, который, подавая определенное количество материала и энергии, одновременно «на глаз» оценивал ход процесса, при необходимости корректировал его и устанавливал момент завершения преобразования.

По мере усложнения производства требовалось более развитое и точное управление. В таких условиях ограниченность способностей человека, невозможность «на глаз» проконтролировать процесс производства были серьезным препятствием для дальнейшего развития. Поэтому первыми помощниками человека стали различные контрольно-измерительные устройства — всевозможные датчики, индикаторы и т.д., установленные непосредственно на оборудовании и работающие в прямом контакте с материальными потоками.

Дальнейший рост мощностей и размеров оборудования заставил освободить рабочего от необходимости все время следить за показаниями приборов и вручную осуществлять необходимые подстройки и переключения. Были созданы измерительные, регулирующие и исполнительные устройства с независимым пневматическим и электрическим приводом. Это позволило организовать посты контроля и дистанционного управления и широко применить автоматические регуляторы.

Далее появилась возможность объединять местные посты в центральные щиты и пункты управления. С введением унифицированных измерительных и управляющих сигналов, передаваемых на расстояние, переработка информации была территориально отделена от технологического процесса. Она сконцентрировалась в центральном пункте управления, где были установлены соответствующие приборы: регуляторы, датчики, ключи управления, самописцы и т.д. Этих средств долго было вполне достаточно для выполнения алгоритмов контроля и управления, предлагаемых теорией и удовлетворяющих запросам практики.

Но оставалось неавтоматизированным едва ли не самое важное — принятие решений, без которого эффективное управление невозможно: располагая информацией об управляемом объекте, нужно ее использовать для проведения требуемых вычислений, на основании которых необходимо принять решение и осуществить управление технологическим процессом.

По-прежнему оператор должен был принимать решения по управлению, относящиеся к взаимодей­ствию многих контуров. Для этого он по показаниям измерительных приборов интуитивно производил необходимые оценки и вычисления, принимал решения и осуществлял управляющие воздействия. Однако по мере усложнения процессов даже самые квалифицированные операторы перестали удовлетворительно справляться с этими задачами.

Практически во всех отраслях промышленности наблюдается неуклонное возрастание единичной производительности агрегатов; так, мощность создаваемых энергоблоков тепловых электростанций превзошла 1 млн. кВт. Аналогичная картина укрупнения объектов наблюдается на предприятиях нефтеперерабатывающей, металлургической и других отраслей промышленности.

Соответственно интенсивно возрастает необходимая «мощность» применяемых систем контроля и управления — если в 1965 г. число измеряемых сигналов не превышало в среднем 500, то за 10 лет оно возросло в 6 раз; число управляющих сигналов возросло с 500 до 2000!

В таких условиях и возникла проблема автоматизации собственно управления, т.е. процесса принятия решений, которая потребовала привлечения современных математических методов и новых технических средств. В результате появились автоматизированные системы управления — развитые человеко-машинные системы, реализующие такой автоматизированный процесс сбора и переработки информации, который необходим для принятия решений по управлению объектом (процессом, производством) в целом. При этом роль человека в любой АСУ весьма существенна: ряд ответственных задач принятия решений в силу их сложности, многогранности и неизученности не поддается формализации, их выполнение не может быть полностью автоматизировано и остается за человеком.

Стало очевидно, что возможности традиционных средств автоматизации в сфере переработки информации уже недостаточны. На первый план вышли ЭВМ, взявшие на себя практически все функ­ции сложной первичной обработки данных и централизованного контроля, а также рутинную задачу ведения отчетности (составления протоколов) о работе технологического объекта, ставшую в усложнившемся производстве обязательной. Средства ВТ разгрузили человека от выполнения рутинной работы, связанной с большим числом простых операций по обработке крупных массивов информации, оказывали помощь в выполнении творческих задач (принятие решений по распределению ограниченных ресурсов, оптимизации технологического процесса и т.п.).

Одна из главных задач современного управления — технические устройства должны корректно отрабатывать возложенные на них функции даже в непредвиденных условиях и, по возможности, в непредвиденных ситуациях, которых по мере усложнения процессов будет все больше и больше. Это могут быть как естественные причины (землетрясения, ураганы и т.д.), а может быть и неадекватная реакция оператора, входящего в информационную систему.

С такими жесткими, даже жестокими, требованиями могут справиться только интеллектуальные (по-настоящему) системы управления, способные автономно справляться с отклонениями от нормального хода работы, которые смогут действовать по обстоятельствам, принимая во внимание предшествующие события. За последние десятилетия было предложено множество схем реализации таких систем. Например, были сконструированы системы на скоростных аналоговых сигнальных процессорах, которые привели к созданию, например, такого шедевра, как автоматическая система управления многоразовым космическим челноком «Буран».

Основные требования к интеллектуальным системам управления (ИСУ) можно сформулировать так:
•они должны производить как можно более полное прогнозирование ситуации на основе данных, полученных за все прошедшее время существования системы, а также оперативных данных о состоянии системы;
•распознавать образы сложившейся на текущий момент ситуации и положения;
•задействовать соответствующий план действий для достижения определенной поставленной цели, выработанный в процессе функционирования системы;
•содержать информационные базы (базу знаний, описывающую собой основные структуры и базу данных, заполняющую поля этих структур);
•иметь логический блок и содержать правила логического вывода для элементов системы.

Принципы конструирования, применяющиеся для создания подобных систем, предполагают использование метода открытости, то есть система не может оставаться замкнутой и должна учитывать не только наличие объекта управления, но всевозможных факторов и второстепенных объектов, его окружающих.

Впрочем, самая главная проблема создания полноценных ИСУ — застой в исследованиях по созданию искусственного интеллекта как такового. Исторически теоретические наработки в области искусственного интеллекта велись в двух основных направлениях. Первое направление связано с попытками разработки интеллектуальных машин путем моделирования их биологического прототипа — человеческого мозга. Оптимизм кибернетиков 50-х гг., возлагавших надежды на данное направление, не увенчался успехом ввиду непригодности для этих целей существовавших тогда аппаратных и программных средств. Второе направление — разработка методов, приемов, устройств и программ для ЭВМ, обеспечивающих решение сложных математических и логических задач, позволяющих автоматизировать отдельные интеллектуальные действия человека. Но ни одно из них так и не стало прорывным, и стало ясно, что простым наращиванием вычислительных мощностей и созданием каких-то суперумных алгоритмов задача не решается.

Проблема здесь более глубокая, и заключается она в том, что до сих пор четко не сформулированы сами критерии понятия «искусственный интеллект». Многие возразят: «А как же шахматы, например? Ведь умные (читай — интеллектуалы) люди в основном умеют играть в шахматы, и чем человек умнее, тем он лучше играет».

Дело в том, что игра в шахматы достаточно легко формализуется, и задача сводится к перебору заложенных вариантов, которые компьютер, впрочем, черпает из базы знаний, созданной человеком. Именно поэтому победы Deep Blue и Deep Fritz – не победы машины над человеком, а победа большей скорости перебора вариантов.

В основе феномена сознания и его производных — речи, мышления, логического мышления, научного и художественного творчества — лежит т.н. сенсорный образ — проявление функции рецепторных систем. Человеческое сознание позволяет наделять словесными кодами большинство сенсорных образов, возникающих в мозге.

Так вот, сенсорный образ — это производное систем структурного программирования, по принципам которого работает нервная система любого животного. На основе же систем математического программирования, по которым работает вся вычислительная техника, создание сенсорного образа невозможно. Сенсорный образ может появиться лишь в тех системах, где возможна одновременная активация миллионов и миллиардов рецепторов. На вычислительной технике мы наблюдаем последовательную обработку «оцифрованных» данных. В системах же структурного программирования никакой оцифровки сигналов не происходит.

Быстродействие компьютера при этом для появления феномена сенсорного образа никакой роли не играет, и значит, что в обозримом будущем мы вряд ли столкнемся с действительно «умной» машиной, обладающей зачатками мыслящей Личности, лишь на экранах кинотеатров будут греметь металлом восставшие компьютеры. Может, оно и к лучшему?

Полная или частичная перепечатка материалов - только разрешения администрации!