CC BY
243
ТЕОРИЯ И МЕТОДЫ ОРГАНИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА
РОБОТИЗАЦИЯ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА НА БАЗЕ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА В.В. Мыльник, А.В. Мыльник
Статья посвящена исследованию процессов развития роботизации промышленного производства на основе искусственного интеллекта в диалектике развития общественных и экономических систем. Авторами проводится анализ исторического развития робототехники. В контексте технологического развития рассмотрены три поколения роботов. В рамках исследования разработана структурно-функциональная робота третьего поколения, включающая в себя основные подсистемы, отвечающие за реализацию управления, сенсорных функций, коммуникации и моторики робота. Авторами рассматриваются специфические особенности адаптации и интеграции роботов в человеческое сообщество. Предлагается прогноз технологического развития робототехники. Авторами формализуются две основные задачи содействия роботов людям в процессе рабочего взаимодействия. Определяется зависимость развития роботов от развития средств вычислительной техники и программных систем искусственного интеллекта. Определены факторы образования синергетического эффекта при интеграции промышленных роботов в робототехнологические комплексы
Ключевые слова: промышленные роботы, робототехнологические комплексы, искусственный интеллект, промышленность, синергетический эффект
В 1920 г. Чешский писатель К.Чапек написал пьесу «РУР» («Россумские универсальные роботы»), в которой отдельными персонажами были люди и роботы, т.е. искусственно созданные люди. Один из персонажей этой пьесы дает понятие робота, заключающееся в том, что роботы - это люди, обладающие невероятно сильным интеллектом, но у которых нет «души». Впоследствии появилось новое понятие «робот», применяемое в фантастической литературе, науке и технике. Характерными чертами роботов являются их «механическое совершенство» и «сильный интеллект». Имея такие характерные черты, роботы способны работать и совершенствоваться как люди. В приведенной пьесе они вышли из-под контроля людей и принялись их уничтожать. Фантастические образы К. Чапека предвосхитили диалектику развития инновационного развития промышленного производства.
Интенсивное развитие и применение робототехники в промышленности начинается со второй половины XX века. Рядом ученых в это время определены новые научные направления - информатика, синергетика (самоорганизация), искусственный интеллект, иннова-тика. Появились интеллектуальные роботы, способные наряду с человеком, осуществлять определенные операции и реагировать на изменения внешней среды. Основными
причинами разработки и применения интеллектуальных роботов являются:
• высвободить человека в процессе производства продукции от тяжелых видов работ, а также его участия в экстремальных условиях (загрязненной среде, химической среде, опасной для жизни и т.п.);
• существенное повышение производительности труда при выполнении операций в процессе производства продукции;
• значительное повышение качества продукции, производимой в промышленном производстве с помощью промышленных роботов;
• снижение себестоимости продукции, производимой на определенном промышленном предприятии.
Создание и выпуск первых промышленных роботов в индустриально развитых странах был осуществлен в 1963 г. - США, в 1967 г. - Англией, в 1968 г. - Швецией, в 1971 г. -Японией, в 1972 г. - Францией, в 1973 г. - Италией. В нашей стране первый отечественный манипулятор для транспортировки и укладки металлических листов был применен предприятием ЭНИКМАШ (г. Воронеж) - 1966 г.
С точки зрения инновационного развития робототехнику в промышленности принято делить на три поколения в зависимости от степени их функциональных возможностей и предназначения в будущем.
Первое поколение - промышленные роботы, основанные на применении автоматических устройств, имеющих одну или несколько «рук». В отличие от автоматов, роботы - это универсальные автоматические системы многоцелевого назначения. Наиболее эффективное применение такие роботы находят при выполнении технологических операций, автоматизации транспортных операций и других видов работ.
Второе поколение промышленных роботов представляют собой адаптивные роботы, которые контролируются устройством адаптивного управления. Такие роботы относятся к более совершенным, способным реагировать на изменения внешней среды с помощью датчиков обратной связи, т.е. сенсорными устройствами и определенным зрением. Роботы второго поколения называют очувств-ленными, способными с помощью обратной связи осуществлять действия, направленные на адаптацию к изменениям во внешней среде производственного процесса. Такая особенность является основной, отличающая адаптивных роботов от роботов первого поколения.
Третье поколение - роботы с искусственным интеллектом. Искусственный интеллект
представляет собой научную отрасль, занимающуюся исследованием и моделированием естественного интеллекта человека. Под интеллектом в данном случае (от лат. ЫеПеСш -познание, понимание, рассудок) понимается способность мышления, рационального познания. Роботы третьего поколения существенно отличаются от предыдущих роботов в связи с тем, что они оснащены средствами передвижения. Сенсорные возможности роботов определяются разнообразием и характером искусственных органов чувств, позволяющих имитировать восприятия из внешней среды. «Моторика» роботов в этом случае определяется числом степеней свободы исполнительных механизмов, а также их конструкцией.
На основании изложенного можно дать определение роботов третьего поколения. Роботами третьего поколения называются универсальные компьютерные системы, способные обучаться в процессе активного взаимодействия с окружающей средой и предназначенные для имитации разнообразных операций, совершаемых человеком в процессе умственного и физического труда. Конструкция таких роботов приведена на рис. 1.
Структура робота третьего поколения
Рис. 1. Структурно-функциональная схема робота третьего поколения
В общем случае робот третьего поколения состоит из следующих систем:
• измерительно-информационной;
• управляющей системы;
• системы связи с человеком или другими роботами;
• исполнительной (моторной) системы. Измерительно-информационная, или сенсорная, система представляет собой искус-
ственные органы чувств робота. Они, как и органы чувств человека, предназначены для восприятия и преобразования информации о состоянии внешней среды и самого робота в соответствии с потребностями управляющей системы, играющей роль «мозга» робота.
Управляющая система, или «мозг» робота, служит для выработки действий управления двигателями механизмов исполнительной системы на основе сигналов обратной связи от сенсорной системы, а также для организации общения человека с роботом на определенном языке. Мозг роботов обычно реализуется на базе применяемых средств вычислительной техники (СВТ).
Исполнительная система, определяющая «моторику» робота, т.е. его способности совершать разнообразные движения, служит для отработки управляющих сигналов, фор-
мируемых управляющей системой, и воздействия на окружающую среду. В качестве исполнительных систем обычно используется совокупность манипуляторов.
В различные периоды существования человеческой цивилизации лидирующими направлениями научных исследований были философия, геометрия, астрология, алхимия, химия, а также такие разделы физики как механика, электричество и магнетизм, физика элементарных частиц и квантовая механика, ядерная физика. Тем не менее, начиная со второй половины XX в. и по настоящее время лидирующие позиции по темпам развития занимает компьютерная наука (информатика). Схема развития информатики, отражающая современное состояние ее сущности, приведена на рис. 2.
Наука
Информатика
Искусственный интеллект
Рис. 2. Схема современного развития информатики
Из всех разделов информатики наиболее быстрыми темпами (в области теоретических разработок и практического применения) развивается искусственный интеллект. До середины 1980 г. лидирующие позиции в практическом приложении удерживали экспертные системы. Однако, в течение последних десятилетий они постепенно уступили лидерство разделу искусственного интеллекта - нейронным сетям.
При создании первых интеллектуальных роботов использовались технологии экспертных систем, согласно которым в систему управления роботами закладывались базы пра-
вил, предписывающих их поведение. В дальнейшем, нашли широкое применение нейро-компьютерные технологии. Благодаря этому роботы приобрели способность адаптироваться к окружающей среде и гибко реагировать на ее изменения и самоорганизовываться.
Совокупность проблем, объединяемых понятием «искусственный интеллект», достаточно широка. В общем плане под искусственным интеллектом, с нашей точки зрения, следует понимать состав компьютерной целенаправленной переработки информации (знаний) в соответствии с приобретаемым в процессе обучения и адаптации
при решении интеллектуальных задач. Исследования по созданию роботов с искусственным интеллектом находятся в настоящее время на определенной стадии. В основном, такие системы существуют в виде специализированных программ для ЭВМ, способных решать такие интеллектуальные задачи как передвижение робота в пространстве, реакция на внешние воздействия, самостоятельно брать и переносить изделия, взаимодействовать со станками с числовым программным управлением (ЧПУ) и т.д.
Искусственный интеллект является неотъемлемой частью тех роботов, которые предназначены для имитации интеллектуальной деятельности человека. Рассматривая интеллект роботов, вряд ли можно сомневаться в том, что источником многих понятий и представлений для них послужил окружающий мир. Однажды постигнутые понятия и представления, включая модель окружающего мира, роботы могут начать развиваться совершенно независимо от человека. В частности, они могут, как это произошло с человеком, подняться к высотам обобщения и абстракции, освобождаясь от первоначального своего происхождения. В процессе этой «внутренней» эволюции роботов могут рождаться новые понятия и представления, которые в свою очередь могут чудодейственным образом повлиять на весь ход естественного исторического развития человечества.
Достаточно длительное время в промышленности идет процесс интеграции роботов в робототехнологические комплексы (РТК). При их интеграции возникает синер-гетический эффект (эффект взаимодействия). Сущность синергетических процессов рассматривается И.Пригожиным [2], применительно к химическим и физическим процессам, а также научная школа Г.Хакена [1], отражающая синергетические процессы в области применения лазерной техники. В области изучения синергетики и ее влияние в различных направлениях жизнедеятельности человека существуют такие научные школы отечественных ученых как В.И. Арнольд,
С.П. Курдюмов, Е.Н. Князева, Д.С. Чернав-ский, Г.Г. Малинецкий и др.
Сущность синергетических процессов при создании РТК состоит в том, что они представляют собой естественные процессы при формировании отдельных промышленных роботов в системные комплексы в целях получения дополнительного синергетическо-го эффекта. В данном случае под синергети-ческим эффектом робототехнологических комплексов понимается возрастание социально-экономического эффекта при однонаправленном действии отдельных роботов для решения определенных производственных задач и достижения поставленной цели.
Как показывает практика, синергетиче-ский эффект в результате применения РТК в промышленном производстве образуется за счет следующих факторов:
• однонаправленности действий отдельных роботов, объединенных в систему, для решения производственных задач и достижения поставленной цели;
• использования единой информационной базы, единого технического, программного и лингвистического обеспечения;
• согласованности задач функционирования промышленных роботов;
• сокращения времени на простой и технологические перерывы;
• ускорения передачи управляющей информации и т.п.
Синергетический эффект от применения РТК представляет собой часть социально-экономического эффекта, образующегося в результате интеграции отдельных промышленных роботов в определенные комплексы. Например, при сборке автомобилей, тракторов и других машин. Появление положительного синергетического эффекта проявляется в результате однонаправленного и целостного построения роботизированных технологических комплексов. Помимо положительного эффекта при реализации РТК может возникнуть отрицательный эффект, который может быть связан с несогласованной работой роботов при их встраивании в заранее запланированный комплекс.
При взаимодействии человека с роботами появляется ощущение того, что в роботах все хорошо и здорово, похоже на человека, но «чего-то» в роботах не хватает. Это «чего-то» означает отсутствие у них «души», которая имеется у человека. Если количество интеллектуальных роботов при встрече с человеком достаточно большое, то у человека появляется неосознанный страх, как будто он попал в «зловещую долину», не отвечающую его жизненным устоям и закономерностям жизнедеятельности окружающей среды. В связи с этим, человек вступает в противоречивые отношения с робототехникой. С одной стороны, робототехника выполняет за человека определенные физические и умственные операции, а с другой, робототехника со временем может выйти из подчинения и вступить в конфликтные отношения с человеком. Такое положение приводит человека в напряженное психологическое состояние, которое не может быть продолжительным. В связи с этим, человеку нельзя постоянно находиться во взаимодействии с робототехникой и периодически выходить из контакта с ней.
В будущей жизнедеятельности человека робототехнику можно представить как гармонизацию программных, очувствленных и интеллектуальных роботов, обеспечивающих все более возрастающие потребности человека. Растущие потребности человека ставят перед робототехникой две основные задачи. Первой задачей является выполнение достаточно большого количества физических и умственных функций человека роботами с учетом повышения производительности труда в промышленном производстве. Вторая задача заключается в упрощении эксплуатации РТК. Необходимость решения этих задач состоит в том, что в перспективе развития роботы становятся более очувствленны-ми и интеллектуальными.
Исходя из прогнозирования развития робототехники следует отметить, что будущее роботов в большой степени зависит от инновационного развития средств вычислительной техники. Производительность и универсальность роботов зависит в основном от про-
граммного и информационного обеспечения. Управляющие системы роботов второго и третьего поколения в будущем будут создаваться на базе параллельно работающих проблемно-ориентированных процессоров, специализированных на решении отдельных классов задач. Такие процессоры могут с помощью метапрограмм проблемного типа использоваться при решении интеллектуальных задач. Распараллеливание процессоров создает большие возможности для распознавания зрительных, звуковых и тактильных образов. К числу таких процессоров относятся персеп-троны с многослойной структурой, а также однородные среды нейронных сетей.
В несколько отдаленном будущем появятся роботы, реализованные не на электронной базе, а на нейронно-волоконной основе. В настоящее время в нервных и мышечных волокнах скрыто еще много секретов. Открытие таких секретов позволит создать искусственные волокна с аналогичными свойствами. Хорошо известно, что по нервным волокнам, представляющим собой диэлектрики, могут свободно распространяться электрические сигналы. Такое явление имеет место в нервных волокнах, но механизм зарождения и распространения этих сигналов пока еще не раскрыт, и воспроизводить их пока не умеем. Если такая задача будет решена, тогда появится возможность создавать логические вычислительные и запоминающие элементы не на электронной, а на биологической основе. Прогресс в области развития робототехники будет зависеть от того, каким образом мозг «формирует» мысли, наши движения «следуют» по нашей воле, а генетическая программа «рассчитывает» функции организма.
Литература
1. Хакен, Г. Синергетика / Г. Хакен. -М.: Мир, 1980.
2. Пригожин, И. Порядок из хаоса / И. Пригожин, И. Стенгерс. - М.: Ком Книга, 2005.
3. Князева, Е. Н. Синергетика / Е. Н. Князева, С. П. Курдюмов. - М.: Ком Книга, 2007.
4. Тимофеев, А. В. Роботы и искусственный интеллект / А. В. Тимофеев. - М.: Наука, 1978.
5. Туровец, О. Г. Организация производства и управление предприятием / О. Г. Ту-ровец. - М.:ИНФРА-М, 2005.
6. Родионова, В. Н. Основные тенденции развития организации производства / В. Н.
Родионова, Ю. С. Коваленко // Организатор производства. - 2012. - № 3 (54).
7. Sinder C., Lee C. The effect of head-nod recognition in human-robot conversation, 3, 2008.
8. Svennebrings J., Koenig S. Building terrain covering and robots. Autonomous robots, 16, 2004.
Мыльник Владимир Владимирович, доктор экономических наук, профессор кафедры Финансовый менеджмент, МАТИ - Российский государственный технологический университет имени К.Э. Циолковского (г. Москва, Российская Федерация), [email protected].
Мыльник Алексей Владимирович, кандидат экономических наук, МАТИ - Российский государственный технологический университет имени К.Э. Циолковского (г. Москва, Российская Федерация), [email protected].
ROBOTIZATION INDUSTRIAL PRODUCTION BASED ON ARTIFICIAL
INTELLIGENCE
V.V. Mylnik, MATI - Russian State Technological University named after K.E. Tsiolkovsky, Moscow, Russian Federation, [email protected].,
A.V. Mylnik, MATI - Russian State Technological University named after K.E. Tsiolkovsky, Moscow, Russian Federation, [email protected].
The article investigates the processes of development robotics industrial production based on artificial intelligence in the dialectic development of social and economic systems. The historical development of robotics is analyzed. Three generations of robots have been examined in the context of technological development. The study designed structural-functional robot third generation, which includes the major subsystems, responsible for implementing the control of sensory functions, communication and motor skills of the robot. The authors examined the specific features of adaptation and integration of robots in human society. It is proposed to forecast technological development of robotics. The authors formalized two main objectives for collaboration robots with people in the process of working interaction. The dependence development of the robots from the development of computer hardware and software systems artificial intelligence has been identified in the article. The authors determined the factors of synergetic effect on the base of integration industrial robots in robotized complexes
Key words: industrial robots, robotized systems, artificial intelligence, industry, a synergistic effect.
References
1. Haken G. Sinergetika [Synergy]. Moscow: Mir, 1980.
2. Prigozhin I., Stengers I. Porjadok iz haosa [Order out of chaos]. Moscow: Kom Kniga, 2005.
3. Knjazeva E.N., Kurdjumov S.P. Sinergetika [Synergy]. Moscow: - M.: Kom Kniga, 2007.
4. Timofeev A.V. Roboty i iskusstvennyj intellekt [Robots and artificial intelligence] Мoscow: Nauka, 1978.
5. Turovec O.G. Organizacija proizvodstva i upravlenie predprijatiem [Organisation of production and business management]. Moscow: INFRA-M, 2005.
6. Rodionova V.N., Kovalenko Ju.S. Osnovnye tendencii razvitija organizacii proizvodstva [The key development trends of production organization]. Organizator proizvodstva [Production Manager], 2012, no. 3 (54).
7. Sinder C., Lee C. The effect of head-nod recognition in human-robot conversation, 3, 2008.
8. Svennebrings J., Koenig S. Building terrain covering and robots. Autonomous robots, 16, 2004.
КЛАССИКИ МЕНЕДЖМЕНТА В.В. Добрынин
Василий Васильевич Добрынин в 20-Х гг. предпринял попытку упорядочить категориальный аппарат науки организации и управления производством.
Указав на пестроту существующих определений научной организации производства и их недостаточную обоснованность В.В. Добрынин дает собственное определение, согласно которому, это - «творческий процесс внедрения науки в жизнь и замены старых форм, сложившихся стихийно и эмпирически новыми, более совершенными, построенными сознательно, путем применения точных научных методов и на основе данных науки и практики».
«Саму науку, по его мнению, следует понимать как систему организационных знаний, включающую в себя три главных раздела: учение о принципах и методах рациональной организации жизни и поведения отдельной личности; учение о принципах и методах рациональной организации деятельности различного рода коллективов (учреждений, предприятий и организаций); учение о принципах и методах рациональной организации социальных агрегатов (народного хозяйства).
Из выделенных трех разделов В.В. Добрынин концентрирует свое внимание на втором, считая, что теория организации должна ответить на следующие вопросы:
1. Как организовать предприятие, чтобы оно имело возможность больше шансов на успех и как руководить им для того, чтобы этот успех был действительно достигнут?
2. Как установить, какого рода деятельность приведет к успеху предприятия, правильно поставить цель и разработать план мероприятий, быстро ведущих к успешному их достижению?
3. Как привлечь хороших руководителей и организовать наиболее работоспособный руководящий центр предприятия?
4. Как привлечь средства, необходимые для рациональной организации и успешной деятельности?
5. Как устроить и оборудовать предприятия для возможности развития наибольшей производительности?
6. Как обеспечить предприятие хорошим составом способных, знающих и опытных сотрудников, принимающих все усилия для его процветания?
7. Как привлечь показатели и обеспечить быстроту реализации продукции?
8. Как обеспечить правильную работу всего предприятия в целом?
В основе организационной концепции В.В. Добрынина лежит его понимание организации как «деятельности, направленной на комбинацию определенных сил для проявления ими желательного действия».
В.В. Добрынин - автор «организационной модели» управления предприятиями, под которой он понимает творческий образец данного действия или совокупности действий. Для того, чтобы реализовать конкретную цель - создать или усовершенствовать организационную систему - надо разработать модель системы, которая затем будет осуществлена.
Руководитель должен озаботиться созданием условий, необходимых для достижения цели, выделить достаточные средства и ресурсы, осуществлять постоянное руководство работой. В своих работах автор всесторонне исследует все этапы построения и реализации организационной модели.
Анализируя возможные варианты построения структур системы управления на предприятии - линейную и функциональную, В.В. Добрынин приходит к выводу об эффективности «штабной» структуры управления.
В.В. Добрынин был одним из инициаторов проведения организационных игр, которые использовались уже в 20-е гг. в стране для подготовки организаторов производства.
Статья подготовлена по книге Э.Б. Корицкого, Ю.А. Лаврикова, A.M. Омарова «Советскаяуправленческая мысль 20-х годов». М.: Экономика, 1990.
