Аркадий Воловник - Знакомьтесь, информационные технологии
Сегодня электронных элементов не хватает. Потому и создаются новые производственные мощности, призванные уменьшить этот дефицит. Так, компания Motorola приступила к строительству неподалеку от Детройта завода, который будет заниматься производством компьютерных чипов, электронных систем и различной коммуникационной продукции для нужд автомобилестроения.
Однако сегодняшний уровень развития информационных технологий для автомобилей кажется уже недостаточным. И вот компания Hyundai и корпорация Microsoft объявили о заключении стратегического альянса по развитию информационных технологий в автомобильной индустрии. Глава Hyundai и председатель Microsoft подписали меморандум о взаимопонимании и намерениях обмениваться технологиями и создавать совместные предприятия. Обмен технологиями будет сосредоточен в сферах применения искусственного интеллекта в автомобильных системах, на телематических возможностях или на изготовлении систем обеспечения автомобилей беспроводным доступом к услугам Internet [115] .
Электроника меняет конструкцию автомобиля
Количество переходит в качество. Эта старая истина верна и в отношении автомобиля. Множество компьютерных систем (их число в некоторых моделях превосходит 20), связанных друг с другом, сегодня управляют в автомобиле практически всеми узлами. Настала пора качественного изменения автомобиля. И различные автомобильные компании приняли этот вызов и начали создавать концептуальные автомобили, заложив в их конструкцию новое качество.
В 2000 году научный центр компании BMW «BMW Technik» создал концепт-кар, названный Z22. В этом автомобиле практически все механические приводы заменены электрическими. BMW Technik использует специальный термин «мехатроника» для обозначения электроники, выполняющей функции механики. Есть и более привычное обозначение – «Управление по проводам» («Drive by Wire»). Управление с использованием электрических приводов давно применяется в авиации. В автомобилях дело обычно ограничивается «электронной» педалью акселератора. В последнее время появляются механические коробки передач с автоматическим управлением, которые также не имеют «прямой связи» с рычагом. На Z22 полностью электрическими сделаны приводы тормозов и рулевого управления. Помимо снижения риска неисправности тормозов из-за повреждения шланга, теперь очень просто решается задача реализации функций ABS и других систем безопасности – уже не нужно преобразовывать электрические сигналы в открытие – закрытие клапанов гидропривода. Так что, система работает даже быстрее и эффективнее.
В качестве двигателя в автомобиле предусмотрен бензиновый двигатель внутреннего сгорания. Для обеспечения энергией всей электронной системы машина оснащена 5-киловаттным стартер-генератором и тройной электросистемой: на 14, 42 и 200 вольт. При этом значительная часть мощности двигателя (до 50 %) расходуется на производство электрической энергии.
С рулевым управлением получилось еще лучше – «независимость» рулевого колеса от механических соединений заметно упрощает компоновку: не нужна сложная конструкция деформируемой при ударе колонки. К тому же на Z22 можно реализовать такие алгоритмы работы рулевого привода, которые с механической связью практически нереализуемы. Например, в зависимости от скорости по-разному меняется не только усилие на руле (его имитирует специальный электромотор), но и угол поворота. А при парковке достаточно повернуть руль менее чем на пол-оборота, чтобы колеса вышли в крайнее положение. Поэтому здесь и появился прямоугольный штурвал, с которым проще и легче работать.
Но не только немецкая компания ищет новые решения. Знаменитая итальянская фирма Bertone совместно с компанией Nokia разработала концепт-кар Filo («нить, провод») – попытка поменять сложившиеся представления о функциональности. Здесь также жесткие механические связи рулевого управления, дроссельной заслонки, коробки передач, тормозов заменены электрическими приводами. Естественно, данные от соответствующих органов управления передаются на исполнительные механизмы по проводам. Такое решение позволило фактически перейти от привычных кнопок, рычагов и педалей к клавиатуре. Все необходимые водителю управляющие кнопки сконцентрированы на штурвале и сблокированном с ним пульте. Поскольку рулевой колонки в привычном понимании нет, управление легко можно разместить справа, слева и даже посередине. Нет и педалей.
Filo связан с внешним миром беспроводными сетями, разработанными Nokia. Совершенная аудио– и видеотехника, доступ в Internet, навигационная система. С помощью беспроводных систем машина сама позаботится об оплате парковки и проезда по платным дорогам.
Разработчики считают, что сейчас главное – отработать программное обеспечение, систему контроля и сбора данных о состоянии отдельных узлов и автомобиля в целом, а также надежные системы передачи управляющих сигналов и приводных элементов. Ну а двигатель машины может быть любым – бензиновым, электрическим, гибридным. Bertone уверяет, что уже через пару модельных поколений, а это 4–8 лет, подобный автомобиль начнет выпускаться серийно.
Можно считать, что в таком автомобиле единственной жесткой механической связью остается карданный вал, передающий мощность с двигателя на колеса. Но и эта связь в некоторых машинах разорвана – мотор-генератор вырабатывает электричество, которое передается на мотор-колесо. Раньше так строились только карьерные самосвалы, например БелАЗ'ы. Но концепт-кары компании 2000-го года Peugeot также выполнены по этой схеме. Мотор-генератор обеспечивает энергией не только колеса, но и всю электронику машины.
Не только автомобиль
Применение компьютеров на транспорте стало уже столь привычным, что никого не удивляет показанная в американском фильме автоматическая посадка самолета в аэропорту Лос-Анджелеса. Действительно, все современные самолеты имеют несколько компьютеров, которые прокладывают курс, следят за исправностью систем самолета, обеспечивают оптимальный режим работы всех систем. Для авиационной компьютерной техники придуман даже специальный термин – авионика (именно этот термин стал базисом для нового понятия – механтроника).
Однако компьютеры есть не только в самолетах. На судах их также несколько и выполняют они многие функции, в том числе прокладку курса и маневрирование в портах, контроль состояния систем судна и управление работой двигателя, контроль надводного и воздушного пространств и обработку данных от локационных систем.
Постепенно оснащается компьютерами и железнодорожный транспорт, даже управление стрелками передано цифровым устройствам.
Московский метрополитен представляет собой сложную компьютерную сеть, связывающую между собой поезда, станции, депо. Так, например, все турникеты на всех станциях метрополитена подключены к единой многоуровневой сети. Нижний уровень – турникеты и рабочие места кассиров. На втором уровне – сервера станций. А верхний уровень – сервер метрополитена. Система позволяет в реальном времени контролировать работу всех составных элементов, учитывать пассажиропоток, следить за денежными поступлениями. В дальнейшем она может обеспечить оплату проезда в зависимости от расстояния, времени суток, категории пассажира. Естественно, компьютеры также следят за движением поездов и блокируют его в случае возникновения непредвиденной ситуации. Аналогичные системы работают и на других метрополитенах мира.
Широко применяются на транспорте и различные программные продукты. Целая группа программ носит название «транспортные». Они позволяют оптимизировать транспортные и грузовые потоки, которые возникают при наличии многих поставщиков и получателей грузов. Без компьютерных расчетов невозможно обеспечить оптимальное использование транспорта при больших грузопотоках. А это уже задачи государственной важности: здесь и сокращение потребления топлива, и экология, и потребность в транспортной сети.
В течение последних 15 лет на качественно новый уровень организации вышел морской транспорт, и сегодня значительная часть грузов перевозится в контейнерах. Такой вариант транспортировки означает, что груз загружается в контейнер в точке отправления. Далее этот контейнер может перевозиться на грузовике, поезде, речном или морском судне и даже на самолете. Использование контейнеров резко сокращает время погрузки и разгрузки, т. к. кран за один раз можно погрузить до 30 тонн (столько весит контейнер с грузом). Контейнеры, имеющие одинаковые размеры, очень просто установить в несколько рядов друг на друга. Сегодня уже эксплуатируются суда-контейнеровозы, принимающие на борт по 6 тысяч контейнеров. Эти суда движутся по определенным маршрутам (заходя только в крупные порты), соблюдая расписание. Их применение сократило время трансокеанских перевозок (вместе с перевалкой груза в портах) в несколько раз. Одновременно снизилась и стоимость перевозки – на судах работает небольшая команда. Нормальная работа всего этого всемирного комплекса (порты, суда, отправители и получатели грузов) возможна при постоянном учете нахождения каждого контейнера. Только тогда можно размещать контейнеры на судне так, чтобы не надо было снимать верхние ряды для того, чтобы снизу достать нужный контейнер. Поэтому еще до прибытия судна в порт определяется последовательность выгрузки и загрузки контейнеров так, чтобы и в последующих портах перевалка шла с минимальными затратами. Реализовать такой алгоритм работы можно только при постоянном использовании информационных технологий, в первую очередь компьютеров с программным обеспечением и глобальных систем связи. Сегодня рассматривается вопрос об оснащении всех контейнеров электронными метками, которые позволяют отслеживать со спутника перемещение каждого контейнера. В этом случае оперативность перевозок (и не только морских) еще более повысится.
