История развития средств вычислительной техники

История внедрения и развития вычислительной техники и автоматизированных систем на их основе в ФЦДТ «Союз». Аналогично происходила эта работа во многих других научных учреждениях в стране.

К концу пятидесятых годов уровень автоматизации вычислительных работ и управления производством на нашем предприятии был чрезвычайно низким, как и в целом по стране. Расчётные работы выполнялись с использованием логарифмических линеек, арифмометров и шумных импортных, в основном немецких, электромеханических вычислительных устройств - «Рейнметалл», «Целлатрон». Использовались для бухгалтерского учёта и грохочущие табуляторы, тоже вначале немецкие, а затем их отечественные аналоги. Расшифровка результатов испытаний, регистрируемых на осциллограммах, велась вручную, а их обработка производилась с использованием таких же вычислительных устройств. В связи с примитивностью применяемых вычислительных средств теоретики были вынуждены применять упрощённые расчётные методы, результаты расчётов получались весьма приблизительными, поэтому их приходилось уточнять путём проведения большого количества дорогостоящих и опасных экспериментов и испытаний.

Исследовательская работа по созданию новых рецептур ракетных топлив велась исключительно опытным путём, требовавшим огромного количества мешек, сжиганий образцов, с помощью которых удавалось подбирать оптимальные составы компонентов, их пропорций и способов изготовления. Это была весьма вредная для здоровья и далеко не безопасная для самой жизни исполнителей работа. Ещё сложнее были условия в опытном химическом производстве, в котором для загрузки опасных компонентов в аппараты смешения использовался в основном ручной женский труд, а обслуживание такого оборудования было весьма рискованным делом для мужчин. При огневых стендовых испытаниях готовых изделий из-за нештатных ситуаций нередко случались аварии. В процессе создания и отработки топлив участвовало большое количество исполнителей, на разных этапах которого сотрудники теряли своё здоровье, а нередко и саму жизнь. Велик был в этих случаях и материальный ущерб. На все эти жертвы и затраты приходилось идти для поддержания на должном уровне оборонного потенциала страны, в который наше предприятие вносило немалый вклад.

Поэтому важной задачей являлось резкое сокращение численности персонала на опасных фазах, обеспечение безопасности труда на производстве, сведение к минимуму контакта исполнителей с вредными веществами. И самым эффективным средством решения этих проблем являлось широкое внедрение средств автоматизации с использованием вычислительной техники, дистанционного контроля, математического моделирования процессов на всех фазах создания, отработки, производства и испытаний составов и изделий. Справедливости ради следует сказать, что много средств тратилось и на поддержание здоровья работающих: специальное питание, санаторное и профилактическое обслуживание, повышенная пенсия и досрочный выход на пенсию.

Развитие средств вычислительной техники (СВТ) в ФЦДТ «Союз» в первую очередь связно с именем генерального директора предприятия академика РАН Жукова Б.П., а на начальном этапе и его заместителя по науке Смирнова Л.А. Они уделяли большое внимание развитию средств автоматизации научных разработок, проектно-конструкторских работ, экспериментальных исследований, систем управления предприятием и производством. Б.П.Жуков требовал, чтобы их уровень соответствовал ведущей роли нашего предприятия в области разработки и производства составов, зарядов и двигателей на твёрдом ракетном топливе на всех этапах их отработки. Но невозможно было решить эти проблемы сразу, приходилось реализовывать их поэтапно, шаг за шагом.

Развитие вычислительной техники для расчётно-теоретических работ и систем автоматизированного проектирования(САПР)

Первый шаг был сделан в 1958 году, когда дирекция приняла решение о приобретении первой серийной отечественной ЭВМ «Урал-1» для автоматизации научных расчётов, По теперешним меркам её технические характеристики были просто смешные: быстродействие-100 операций в секунду, объём памяти-4 килослова, ввод данных – вручную, с клавиатуры или с использованием перфоленты. Программы для ЭВМ составлялись в машинных кодах, так как отсутствовали языки программирования и операционная система. Многое было необычно: архитектура ЭВМ, двоичная система счисления, элементная база на триггерах и логических элементах с использованием 400 электронных ламп. Принципиальные схемы устройств, диаграммы прохождения сигналов, тесты проверки машины приходилось заучивать наизусть. Это было необходимо для обеспечения нормального функционирования ЭВМ, так как довольно часто возникали отказы, и на восстановление работоспособности отводились десятки минут. Ввод машины в эксплуатацию состоялся в канун 1959 года.

Специалисты по ЭВМ входили в состав отдела, которым руководил известный учёный, участник разработки зарядов для «Катюш» профессор Ю.А.Победоносцев, а начальником лаборатории стал доктор технических наук Р.Е.Соркин, специалист по ракетной технике. Он и стал идеологом постановки задач для ЭВМ и вместе со своими учениками разработал множество задач в области внешней и внутренней баллистики, газотермодинамики, которые нашли решение с помощью быстродействующих ЭВМ, введённых в эксплуатацию в последующие годы. Под его руководством в 1962 году был создан расчётно-теоретический отдел № 7. После 1965 года отдел постепенно расширился до 7 лабораторий, в том числе была создана лаборатория ЭВМ. С 1970 по 1975 год отделом руководил молодой учёный, ученик Соркина А.М.Липанов, который в дальнейшем сделал успешную карьеру и стал академиком РАН; с 1978 по 2010 год главой отдела был кандидат, и затем доктор технических наук Б.И.Ларионов.

Бурное развитие научных разработок и исследований требовало соответствующего наращивания вычислительных мощностей предприятия. И уже в 1962 году состоялась сдача в эксплуатацию ЭВМ М-20 производительностью 20 тысяч операций в секунду, с развитыми языками программирования, операционной системой и диагностическими средствами. Базовым языком программирования стал АЛГОЛ. Элементная база состояла из комбинации полупроводников и электронных ламп, причём в блоках машины находилось 4000 ламп. За год выходило из строя до двух тысяч электронных ламп, и только благодаря высокой квалификации специалистов была обеспечена устойчивая работа машины с полезным временем 18 часов в круглосуточном режиме. ЭВМ имела автономные системы электропитания и кондиционирования, комплект устройств машины занимал площадь более 500 квадратных метров, потребляемая мощность составляла 100 киловатт.

Работы возглавил автор этих строк. Бригада специалистов включала 18 специалистов разных специальностей. Соответственно развивалась и лаборатория программирования под руководством кандидата технических наук В.А.Дудко. Внедрение ЭВМ М-20 позволило существенно поднять уровень автоматизации расчётно-теоретических, научно-исследовательских работ и дало толчок к внедрению следующих поколений вычислительных машин. В 1968-1969 годах для решения задач научного направления были приобретены и введены в эксплуатацию полупроводниковые ЭВМ М-220 и М-222 на замену выработавшей свой ресурс М-20.

Но настоящим прорывом в развитии универсальных ЭВМ явилось создание в стране легендарной высоконадёжной высокопроизводительной ЭВМ БЭСМ-6 на интегральных схемах производительностью 1 миллион операций в секунду. Она была разработана Институтом вычислительной техники Академии наук под руководством академика Лебедева. По своим техническим характеристикам она не уступала лучшей американской вычислительной машине того времени- ЭВМ «Стреч». Высокая надёжность машины обеспечивалась не только достаточно надёжной элементной базой на интегральных схемах с резервированием, но и совершенным системным программным обеспечением. На предприятии она была внедрена в 1973 году.

На БЭСМ-6 решение задач производилось как с запуском операторами с пульта машины для решения сложных задач, так и дистанционно в многопользовательском режиме с терминалов, установленных в подразделениях при решении несложных задач. Число одновременно работающих пользователей доходило нескольких десятков, при этом решение этих задач шло одновременно с решением фоновых задач, запущенных с пульта. Всё это стоило не дёшево. Стоимость комплекса составляла немыслимую для того времени сумму — свыше 1 миллиона рублей. Группой технических специалистов по освоению и эксплуатации этих ЭВМ руководил Р.Н.Гайнанов.

БЭСМ имела более совершенную операционную систему, в качестве автоматизированного языка программирования использовался отлично адаптированный для решения научных задач ФОРТРАН. На БЭСМ-6 было решено огромное количество расчётно-теоретических задач в области моделирования процессов, газотермодинамики и внутренней баллистики пороховых зарядов и двигателей, прочности, надёжности корпусов и зарядов, автоматизированного проектирования изделий, технологического оборудования и оснастки, прогнозирования характеристик составов, их стабильности в процессе хранения и других областях.

Но ЭВМ и её системное программное обеспечение являлись лишь инструментом, конечный продукт создавался совместным трудом теоретиков, ведущих исполнителей головных отделов: расчётно-теоретического, проектных, рецептурных, технологических и других, прикладных программистов. Всё это позволило вывести научно-исследовательские работы на новый уровень, значительно сократить сроки разработки изделий и количество испытаний при их отработке, повысить качество продукции, продлить сроки хранения и использования ракетных зарядов и двигателей. В частности, количество испытаний изделий, необходимых для их отработки, сократилось в несколько раз, как и количество экспериментов при отработке рецептур. Можно представить, какой временной, экономический и качественный эффект это дало и позволило с лихвой возместить затраты.

По мере внедрения персональных компьютеров весь этот комплекс программных средств постепенно был переведён на них, и после вывода ЭВМ из эксплуатации прикладные задачи стали решаться в научных отделах самими постановщиками задач. Развитое программное обеспечение персональных компьютеров позволяло это делать. В 1980 году было введено новое здание вычислительного центра, в 1982 создан отдел вычислительной техники с составе 3 лабораторий под руководством автора статьи.

Использование ЭВМ в системах управления предприятием(АСУП)

Наряду с интенсивным использованием ЭВМ для научно-расчётных работ на предприятии активно велись работы по использованию СВТ в других важных направлениях. На первом этапе задачи по управлению предприятием были реализованы на ЭВМ БЭСМ-6, в дальнейшем для создания автоматизированных систем управления предприятием были внедрены ЭВМ М-3000 и АСВТ М-4030. Они использовались для создания подсистем планирования и контроля работ, сетевого планирования отработки и изготовления изделий, систем управления качеством работ и оптимального использования технологического оборудования.

Разработка АСУ предприятия длительное время велась под руководством начальника отдела Н.В.Гелашвили. Для контроля хода работ по отработке важнейших изделий былf создана автоматизированная информационно-координирующая система(АИКС) с большим экраном для визуального отображения этапов отработки.

Начиная с 1973 до средины девяностых годов, на предприятии последовательно вводились в эксплуатацию ЭВМ единой системы: ЕС-1020, 2 комплекта ЕС-1033, ЕС-1045, которые использовались в основном для решения задач в системе бухгалтерского учёта и в системе управления предприятием. ЭВМ ЕС-1033 и ЕС-1045 использовались также для решения научных задач. Нужно отметить, что эти ЭВМ, являвшиеся копиями американских ЭВМ IBM, были значительно хуже по надёжности нашей ЭВМ БЭСМ-6. В комплекте с ЭВМ работала система подготовки данных СПД-9000, на пультах которой бригада операторов осуществляла ввод данных с бухгалтерских документов на промежуточные носители для последующего ввода в ЭВМ.

По мере внедрения персональных компьютеров задачи по АСУП также были переведены на эти современные устройства. Внедрение автоматизированных систем управления предприятием позволило решить ряд важных проблем: планирование, контроль и оптимизация финансово-хозяйственной деятельности предприятия, отработки важнейших изделий, повышение оперативности и качества управления предприятием, существенное сокращение управленческого персонала: в бухгалтерии, плановом отделе, отделе кадров и других службах управления. В последние годы удалось развить ряд новых направлений по автоматизации с применением современных информационных технологий и средств вычислительной техники

Автоматизация научных исследований

Работы по автоматизации научных и экспериментальных исследований на предприятии всегда находились под руководством лауреата Государственной премии В.А.Гамия. На первом этапе для автоматизации обработки информации, получаемой при огневых стендовых испытаний зарядов и двигателей на твёрдом ракетном топливе,  использовалась система на базе мини-ЭВМ «Днепр». В начале 70 годов на испытательной станции был внедрён информационно-измерительный комплекс «Лотос-3А». В дальнейшем комплекс «Лотос-3А» был заменён более надёжным и мобильным вычислительным комплексом ВЛ-1033-ВЛ-1035. В последние годы стали внедряться более современные средства с использованием специализированных персональных компьютеров.

Важным направлением работ являлась автоматизация обработки информации при прочностных испытаниях изделий. В системе автоматизации гидроиспытаний корпусов зарядов и двигателей нашли применение мини-ЭВМ СМ-3 и СМ-4, позднее они были заменены на системы с использованием цифровых датчиков, преобразователей и персональных компьютеров. На базе таких же ЭВМ функционировали системы автоматизации испытаний на прочность образцов составов, они в дальнейшем были заменены на специализированные устройства также с применением персональных компьютерах. В системе автоматизации обработки информации при проведении экспериментов по определению скорости горения порохов штатных составов на первых этапах использовались специализированные устройства КЛ-13, далее были разработаны и внедрены системы с использованием компьютеров. При исследовании экспериментальных составов первоначально в качестве вычислительных устройств использовались мини-ЭВМ Д3-28, «Искра-336», впоследствии им на смену также пришли персональные компьютеры.

Внедрение систем автоматизации научных исследований позволило более глубоко исследовать процессы при создании и отработке составов и изделий, существенно повысить точность и оперативность обработки информации, получаемой при проведении экспериментов. Это, в свою очередь, привело к значительному сокращению сроков их отработки, сокращению количества дорогостоящих экспериментов, выводу значительного количества сотрудников из опасных зон при проведении экспериментов. Некоторые из апробированных систем внедрялись далее на предприятиях отрасли.

Создание и развитие автоматизированных систем управлении технологическими процессами (АСУТП)

На первых этапах внедрения автоматизации технологических процессов в опытном химическом производстве решались сравнительно простые, но жизненно необходимые задачи по выводу персонала из опасных зон и повышения качества продукции. Для этого, начиная с конца пятидесятых годов разрабатываются и внедряются простейшие дозаторы сыпучих компонентов, уровнемеры, позднее — телевизионные системы дистанционного наблюдения за ходом процессов, радиационные приборы контроля качества зарядов и другие устройства. В семидесятых годах в технологии порохов внедряются два новшества, имевшие поистине революционное значение: непрерывное производство самого опасного компонента баллиститных порохов — нитроглицерина и создание высокоэнергетических смесевых твёрдых топлив и технологии их производства. Оба эти процесса контролируются автоматизированными системами на базе средств вычислительной техники.

АСУТП опытных химических производств, внедряемые на предприятии, не могли в автоматическом режиме выполнять функции управления, вследствие высокой взрывоопасности производства, фактически они были советчиками операторов, управляющих процессами. Приборы на базе вычислительных устройств, называемые контроллерами, поддерживали уровни важных параметров: температуру, давление, скорость вращения и других, и при выходе значений параметров за допустимые пределы оператор брал управления процессом на себя. В дальнейшем автоматика стала брать на себя всё большее число функций, сфера вмешательства операторов сокращалась, и в настоящее время АСУТП практически выполняет функции управления, за исключением предаварийных ситуаций.

Работы по автоматизации опытного механического производства на базе средств вычислительной техники велись в направлении внедрения металлообрабатывающих станков с числовым программным управлением и создания системы управления намоточными станками для изготовления корпусов ракетных двигателей из стеклопластиковых и углеродных нитей.

Внедрение и развитие АСУТП в производственных цехах позволило решить ряд важнейших задач предприятия:
 -обеспечение значительно более безопасных условий труда персонала;
 - повышение качества выпускаемой продукции, снижение уровня брака;
 - сокращение численности персонала, находящегося в опасных зонах; -
 - повышение производительности труда и снижение затрат на производство.