Текст книги "Перелом (СИ)"

Автор книги: Сергей Суханов

сообщить о нарушении

Текущая страница: 32 (всего у книги 51 страниц)

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.

Так, последовательно проходя уровни освещения, мы получим линию значений фототока. И все это – для одного напряжения питания. А их может быть несколько, и надо будет выбрать наиболее оптимальное, ну а заодно – посмотреть, как от него зависят другие характеристики. Значит, повторяем те же самые ступеньки освещенности уже не для одного напряжения питания, а для сетки напряжений – пространство характеристик становится двумерным. Но прибор может работать при разных температурах. ОК – теперь к градациям светового потока и напряжения питания добавляется еще и температура прибора – набор характеристик выстраивается в куб. А еще интересно посмотреть на частотную чувствительность – как фотокатод реагирует на свет разной длины волны. При тех же, уже пройденных параметрах – каждая точка куба превращается в линейную структуру. А ведь на характеристики фотокатодов влияют и примеси, и хорошо бы посмотреть, повышает ли, например, цезий отдачу, и как влияет концентрация – линейная субструктура пространства характеристик становится двумерной. А веществ много – вдруг получится улучшить чувствительность или отодвинуть длинноволновую границу чуть подальше – субструктура становится уже трехмерной – по одной плоскости на каждое вещество. А ведь доступных нам веществ было уже довольно много, больше половины таблицы Менделеева – сначала хлорированием и последующим разделением хлоридов получали миллиграммы из песков и руд, а в конце сорок второго, при поисках нефти, все чаще стали натыкаться на рассолы, которые содержали до полукилограмма растворенных солей на литр воды – йод, литий, стронций, цезий, марганец, цинк, рубидий, бор, аммоний – эти рассолы содержали порой до сорока разных элементов, и наши ученые уже начали их называть полиметаллическими водными концентратами. Первые залежи были обнаружены на глубинах в полтора километра, но уже намечались новые месторождения на глубинах более двух километров, и ученые робко оценивали их мощность в полторы тысячи кубических километров. Да, кубических километров. Полторы тысячи. Море. С запасами металлов в пересчете на сухой вес в сотни тысяч тонн. Так что каждая субплоскость факторов разворачивалась уже в куб длина волны-вещество-концентрация. Напомню, это уже подкуб куба освещенность-напряжение-температура. Также конечно же интересует степень очистки – не слишком ли сильно мы очищаем, и может можно делать не семь перегонок хлоридов, а только четыре, или даже три? Уже точки подкуба начинают разворачиваться в свои подпространства. А ведь есть и разные способы изготовления, то есть теоретически каждую точку подпространства надо разворачивать еще и по технологии изготовления фотокатода – то ли напыление чистых металлов в вакууме, то ли ионное легирование, то ли распрыскивание карбонатов металлов с последующим спеканием, а тут еще появляются и время спекания, и среда, в которой оно происходит, и последующая выдержка в разных атмосферах.

Как видно, количество параметров растет, соответственно, количество тестов также растет в прогрессии, и конца и края ей не видно. Поэтому в начале нашей деятельности поневоле приходилось отбирать крупную сетку градаций, и проводить уточняющие эксперименты уже в точках, которые давали ободряющие результаты – куб и подкубы исследований, если бы их можно было нарисовать, были не ровными геометрическими фигурами, а какими-то рваными фракталами, "галактиками" с уплотнениями, выбросами "звездных" рукавов, соединявших "шаровые скопления" в наиболее интересных местах пространства характеристик, и зияющими пустотами, разбавленными редкими вкраплениями в тех областях, где результаты были не впечатляющими. Может, мы и пропускали при таком подходе какие-то интересные эффекты и явления, но нам ничего другого не оставалось, как только снять сливки, до которых мы могли дотянуться уже сейчас, оставив прорехи "звездного пространства" будущим исследователям.

Но и в этом случае сотни лаборантов сутками напролет готовили материалы – проводили химические реакции, очищали кристаллизацией, перегонкой, возгонкой; сотни техников создавали изделие – формовали металлические или стеклянные основы, наносили активные вещества, запекали, обрабатывали газами, крепили электрические выводы, запаивали в стеклянные баллоны, откачивали воздух. А затем за дело брались другие сотни лаборантов, которые выполняли исследования характеристик изготовленного прибора. Так что работа шла простая по сути и сложная по факту из-за своего объема. А потом еще оформители результатов по графикам и цифрам строили графики в нужных разрезах, по которым самые опытные из ученых, техников и лаборантов выявляли зависимости между параметрами прибора и окружения, составляли план дальнейших исследований, чтобы их эффективность была максимально высокой с точки зрения улучшения качества будущих приборов и технологий. И все повторялось. А потом, выявив по ограниченному набору параметров области с наилучшими характеристиками, проводили уточняющие опыты уже по другим параметрам, зафиксировав уже пройденные в более узкой области значений. Например, найдя зависимость чувствительности от размера зерна фотокатодов, мы исследовали уже само зерно, точнее – его производство – как его лучше сушить – сколько и с какой скоростью прогревать, сколько времени прокаливать, сколько и с какой скоростью остужать – и смотрели на поведение приборов, использовавших зерно одного размера, но сделанное по процессам с различающимися параметрами – из звездного скопления значений вырастал рукав по направлению одного из параметров.

Так мы и брутфорсили законы природы, чтобы поставить их себе на службу. Только за первый "научный" год мы поставили более миллиона опытов, в среднем по сотне на сотрудника. Искусственное топливо, пороха и взрывчатка из растительного и животного сырья, стекловолокно, стеклопластики, напыление металлов и керамики, катоды для радиоламп, ИК-элементы – вот что было основным направлением нашей научной деятельности. За следующий год – с лета сорок второго до лета сорок третьего – мы выдали на гора уже пятнадцать миллионов опытов, в среднем по пятьсот на сотрудника – увеличилось как количество сотрудников, так и материальная база для исследований. Из них более двенадцати миллионов опытов пришлись на исследования в области электроники – я "гнал" прежде всего это направление – чтобы выжить, нам нужен рывок в новой технологии, пока ее не заценили другие участники гонки. Хотя транзисторы в частности и полупроводники вообще тут были уже давно известны. Лосев изобрел свой кристадин в двадцать втором, Иоффе еще в тридцать первом опубликовал статью с названием "Полупроводники – новые материалы электроники". Более того, полевой транзистор был запатентован в США Лилиенфельдом еще в двадцать шестом – он модулировал проводимость полупроводникового канала входным сигналом, описывая его работу исходя из принципов электростатики. В тридцать пятом немец Хейл получил в Англии патент на полевой транзистор с изолированным затвором, Шокли тоже предложил два вида транзистора, но работа была прервана войной. Так что мои идеи насчет исследования и производства полупроводниковых приборов не вызвали какого-то удивления сами по себе, народ лишь удивился, зачем они вообще нужны, с довольно посредственными характеристиками. Удалось пропихнуть эти работы под предлогом создания схем для замены реле, то есть для работы в режиме ключа – как раз то, что и было нужно для цифровых компьютеров, и уже потом народ стал исследовать и аналоговые способы применения транзисторов. Так что опытов требовалось море. И без автоматизации научных исследований мы провели бы от силы половину из этих двенадцати миллионов опытов – двадцать тысяч реальных людей, работавших в лабораториях и опытных производствах, с помощью автоматизации превращались уже в девяносто семь тысяч "работников", с перспективой выхода к концу сорок третьего на двести тысяч только за счет автоматизации работ – у нас наконец появлялась целая система научного оборудования, которую мы назвали Единая Система Научно-Исследовательского Оборудования – ЕС НИО.

Эта система появлялась у нас постепенно, и все началось с термошкафов. Для разделения веществ и проведения реакций требуется выдерживать определенные температуры, причем зачастую – изменяющиеся по графику. Поэтому уже в начале нашей деятельности у нас стало развиваться производство этого оборудования. Поначалу оно было с ручным управлением – оператор следил за температурой по показаниям термометра и изменял температуру поворотом рукоятки. А при нагреве или охлаждении веществ зачастую требуется не просто выставить температуру и пойти заниматься своими делами, а выдерживать график ее изменения. И вот человек сидит, наблюдает за термометром и понемногу подворачивает температуру реостата – увеличивает или уменьшает скорость нагрева. Эта «работа» явно напрашивалась на автоматизацию. И хотя ею занимались как правило люди с небольшим образованием, но все-равно – их ведь можно было засадить за парты, чем заставлять заниматься такой «интеллектуальной» деятельностью.

Поэтому, хотя один человек мог управляться сразу с несколькими шкафами, научники вскоре начали колдовать над автоматизацией – пытались приделывать разные конструкции, вплоть до часов-ходиков с изменяемой длиной маятника – с их помощью реостат сдвигался с заданной скоростью и соответственно менял нагрев. Поэтому, когда в достаточном количестве появились вакуумные лампы, народ тут же приспособил их для этой деятельности – RC-цепочки задавали скорость нарастания напряжения, которым управлялись реостаты, как правило – через электромоточики – поначалу использовали уже существующее лабораторное оборудование, навешивая на него разные приспособления. Ну а операционники позволили апроксимировать графики изменения температуры как душе угодно. С автоматизацией этой работы человеку оставалось только загрузить исходное вещество, выставить подвижными рукоятками множества проволочных резисторов, как на музыкальном пульте, график изменения температуры, масштаб шкалы температуры и масштаб времени, указать теплоемкость вещества – и электроника сама начинала отслеживать температуру, интерполировать ее изменение по контрольным точкам, увеличивать или уменьшать нагрев в том числе и с учетом тепловой инерции системы – с этими аппаратами мы получали вещества с чистотой до трех девяток, применяя только лишь перекристаллизацию, возгонку и перегонку. Один человек мог обслуживать уже до сотни термошкафов, особенно если процесс должен был идти длительное время. И таких шкафов и муфельных печей мы изготавливали уже семьдесят штук в день, под разные диапазоны температур – от минус пятидесяти до нуля, от нуля до двухсот, от ста пятидесяти до семисот и от шестисот до тысячи двухсот – последние шли в том числе стекольщикам и металлургам – первые исследовали новые сорта стекла и способы его изготовления, а вторые игрались со сплавами.

Но изменение температуры по заданному закону стало лишь первым шагом автоматизации научных исследований и производства чистых материалов. Автоматизированные термошкафы стали тем зародышем, вокруг которого постепенно кристаллизовалась целая система оборудования и средств управления. Сначала кому-то потребовалось делать перекристаллизацию при пониженном давлении, и они врезали в стенку термошкафа переходник на вакуумный насос – просто варварски просверлили отверстие, ввернули штуцер, протянули трубу до насоса и получили то, что хотели. Правда, пришлось учесть изменившийся теплообмен стенок через незапланированную дырку (назвать ее отверстием язык не поворачивался) – сначала они попытались задать ее исключительно уравнениями на операционниках, но потом плюнули, поставили два датчика температуры – внутри и снаружи около отверстия (так и быть) – и завели их показания как новые входные параметры для электронной схемы управления.

В принципе, этим их шагом можно было гордиться. Мы ведь натаскивали народ на то, чтобы учесть максимально возможное количество параметров и условий процессов – еще на этапе обучения студенты должны были рассказывать преподавателям и кураторам весь ход экспериментов, до мельчайших подробностей – как пойдут реакции, как будет проходить перенос масс, теплоперенос – это позволяло студентам не только глубже изучить предмет, научиться мыслить системно, но и давало возможность преподавателям комплексно проверить уровень учащегося, его готовность к профессиональной деятельности. Поэтому, начав работу в лабораториях и на производстве, бывшие студенты уже просто привыкли так действовать, порой даже перебарщивая. Но тут уж лучше перебдеть, чем недобдеть – слишком много проектов погорело именно из-за неучета каких-то мелочей, оказавшихся фатальными. Да и "бывшими" студенты были условно – их курс обучения продолжался, менялось лишь соотношение времени, затрачиваемого на учебу и на работу – после прохождения очередного курса они работали по полученным знаниям, а потом снова садились за парты.

В общем, эти рационализаторы стали первым звоночком, так как вскоре другой группе исследователей захотелось делать перегонку растворов, причем при повышенном давлении. Ну а что? Термошкаф поддерживает нужную температуру – почему бы и не использовать это его свойство? Эти ввернули уже два штуцера – для нагнетательной системы и для холодильного оборудования – змеевика с системой охлаждения. Поколдовали с датчиками давления и температуры, пошаманили с добавлением операционников – и получили желаемый результат. Причем они надыбали операционники разных версий, так недолго думая, сделали сопряжение электрических уровней.

И зажили бы они долго и счастливо, если бы все это безобразие не увидело начальство в моем лице. Я как раз делал очередной набег на лаборатории, чтобы прочувствовать обстановку, подпитаться атмосферой творчества, да и просто узнать – чего новенького, чем живут наши исследователи, какие есть проблемы – живое общение с непосредственными исполнителями порой давало столько новой информации, что не получишь и за десяток планерок, где информация выдается уже в виде сводных параметров, без тех особенностей, что присущи любому живому делу – нет в сводных таблицах тех страстей, что кипят "на земле", а по ним зачастую можно понять – взлетит дело или нет. И вот, увидев этого франкенштейна из с миру по нитке собранных деталей и узлов, я задумчиво сказал "Та-а-а-ак…!", и потом пять минут отбивался от научников, что грудью встали на защиту своего детища, доказывая, что с ним работа пошла в три раза быстрее, "а если еще добавить ввод перекиси водорода по таймеру, то тогда мы сможем…" – и еше три минуты они рассказывали, как все у них будет замечательно с этим блоком. Да я, в общем-то, и не спорил, вот только пора было брать процесс в свои руки, так как это была уже не первая самоделка, что я встречал в лабораториях – на ней у меня лишь сложилась общая картинка, что надо ставить всю эту вольницу на научно-промышленную основу, анархии у нас и без них хватало.

Так у нас и стала появляться Единая Система Научно-Исследовательского Оборудования – ЕС НИО. Причем появлялась она постепенно. Первым шагом стали новые термошкафы, в которых отверстия для подключения дополнительного оборудования были уже стандартным элементом. Причем сначала было предложение сделать только четыре отверстия, но я напомнил, что сколько ни сделай – все-равно окажется мало, так что сделали сразу десять – шесть снизу и четыре – сверху. Неиспользуемые отверстия закрывались заглушками с теплоизоляцией, да и штуцера имели такую же защиту, чтобы температурные поля внутри камеры были бы максимально однородными. Хотя некоторым исследователям требовались, наоборот, неоднородные поля, но их они получали введением местных электрических нагревателей или охладителей – змеевиков, а то и просто трубок с подачей холодного воздуха – соединить холодильный агрегат с нагнетательным насосом – вот и холодный воздух. А потребуется чистый воздух – поставить еще блок фильтров – один, два, три или четыре, хотя больше у нас пока не было – только фильтровый, где воздух продувался через фильтры, циклонный, где он закручивался внутри аппарата и отбирался по центру, жидкостный, где воздух пропускался через жидкость, да электростатический, где он проходил между пластинами и проволоками, на которые подавалось высокое напряжение, притягивавшее частицы пыли и дыма. Естественно, вместо воздуха мог подаваться любой газ, да и жидкости и фильтры были разных марок.

И все это хозяйство соединялось штуцерами и патрубками. Штуцера были либо обычные – одиночные, двойные, тройные переходники, либо имели стандартизированные разъемы для подключения датчиков внутри реакторной камеры – через корпус штуцера выходили электрические провода, а с внутренней стороны камеры штуцер имел крепления для установки датчиков – давления, температуры, светового потока – кому что потребуется. Ну а снаружи к этим штуцерам подключалось дополнительное оборудование – холодильные агрегаты для перегонки, возгонки или местного охлаждения, вакуумные насосы, позволявшие снизить давление в камере, нагнетатели, очистители воздуха. Потом потребовалось добавить различные исполнительные устройства – мешалки, дозаторы, заборщики проб, нагреватели – термошкаф с помощью этого набора оборудования и датчиков превращался в практически универсальный химический реактор.

Да и физики использовали оборудование ЕС НИО очень активно, для них потребовалось создать отдельные системы для работы с вакуумом – вакуумноплотные штуцера, уплотнители, механизмы, которые выделяли меньше газов и жидкостей. А из оборудования им потребовались ионизаторы, электростатические и магнитные линзы и системы развертки, подвижные механизмы для манипуляции твердыми образцами.

Ну а для самых жадных пришлось выпускать термошкафы в виде наборных конструкторов, в которых стенки реактора составлялись из колец – сплошных либо с набором отверстий для подключения аппаратуры – тут уж можно было вводить до сорока трубок и исполнительных устройств. Так что все эти отверстия, резьбовые и уплотнительные соединения, переходники были как бы интерфейсами расширения термошкафов, через которые исследователи могли собирать стенды под конкретное применение – насколько только хватит фантазии и возможностей аппаратуры.

Но реакции и исследования – это только одна часть дела. Не забывали мы и про подготовку веществ. Для той же перекристаллизации требовалось растворить исходное вещество в растворителе – воде или другой жидкости, причем надо это делать при определенной температуре, тщательно перемешать, и уже затем можно проводить эксперименты. Или, представьте – требуется, например, исследовать фотопроводимость фоточувствительного элемента в зависимости от температуры и времени спекания, с сеткой десять значений температуры и для каждой – пять значений длительности спекания. То есть надо подготовить пятьдесят образцов, для которых необходимо тщательно отмерить исходные компоненты, размешать их, спрессовать в таблетки – и только потом помещать в печи. До начала автоматизации все эти действия выполняли люди – насыпали на положенные на весах бумажки исходные вещества, причем каждое вещество – отдельно, чтобы отсыпать излишек, затем смешивали компоненты каждой порции, затем последовательно помещали под небольшой пресс, и полученные таблетки помещали в тигли, которые ставили в печки и засекали время. Тонкая и кропотливая работа, и основная трудоемкость приходилась именно на подготовку смесей.

С аппаратами подготовки все пошло гораздо быстрее. Восемь бункеров для сыпучих и четыре для жидких веществ позволяли создавать довольно сложные комбинации. Вещество из нужных бункеров по виброжелобу высыпалось на чашку весов, откуда после отвешивания нужной массы ссыпалось в смесительную пробирку, потом следующее вещество, потом следующее – сколько будет задано настройками. Причем можно было задавать постепенное увеличение или уменьшение навески каждого из исходных веществ – трудоемкость опытов, связанных с исследованиями влияния концентраций разных веществ, резко снизилась. И вот, набрав шихту, наборный аппарат передавал емкость на смесительный аппарат, а сам вдвигал под себя следующую – лабораторные установки позволяли составить до сорока составов из одной кассеты с пробирками, а потом просто подавали звуковой и световой сигнал, что надо установить новые пробирки.

Вместимость смесительного аппарата составляла всего десять пробирок, зато он позволял как смешивать сыпучие вещества, так готовить и жидкие образцы, причем с поддержанием температуры. Оператор, услышав очередной "дзыньк" или увидев, что на каком-либо аппарате потухла красная и загорелась зеленая лампочка, доставал емкость и помещал ее в термошкаф для кристаллизации, или передавал пробирки для прессования таблеток, или менял кассеты с пробирками – в зависимости от аппарата и выданной им сигнализации – загрузка и выгрузка была пока автоматизирована только на некоторых участках, больше относящихся к производству чистых материалов для промышленности, чем к исследовательским лабораториям. Но даже при такой неполной автоматизации первые три аппарата по набору смесей, что мы изготовили в конце сорок второго, экономили нам более сотни человеко-часов каждый день.