КРАТКИЙ ОЧЕРК ПО ИСТОРИИ АВТОМАТИЗАЦИИ

Термин автомат произошел от греческого слова automatos, что в переводе на русский язык означает самодействующий (5в. до н. э., Др. Греция и Др. Рим). Таким образом, капканы и катапульты уже можно отнести к первым автоматам, которые приводили к выполнению запрограммированного конструкцией действия по команде человека или животного. К этому же времени относится и появление в древних храмах автоматических дозаторов для выдачи порций «святой воды». В конце 6 века в Западной Европе впервые были сделаны механические часы, которые безусловно следует отнести к автоматическим устройствам. Согласно упоминаниям в древних книгах немецкий ученый из Кельна Альберт Великий (1193-1280) создал «железного человека», который служил ему привратником: открывал и закрывал двери. Существовала даже легенда, что привратник со временем научился говорить.

Эпоха Возрождения была отмечена появлением большого количества разнообразных автоматических машин - игрушек. Именно на них проверялись новейшие научные и технические достижения того времени. Неоспоримый вклад в развитие этого направления деятельности людей внесли Леонардо да Винчи (1452-1519), Христиан Гюйгенс (1629-1995), Исаак Ньютон (1643-1727), Готфрид Вильгельм Лейбниц (1646-1716), Жан Лерон Д`Аламбер (1717-1783). Так, например, Гюйгенс изобрел современные механические часы со спусковым механизмом в 1657 году.

С давних времен известна швейцарская деревушка Шо-де-Фон, где все жители от мала до велика были часовыми мастерами. Но самым умелым и опытным был Пьер Дро, который родился в первой половине восемнадцатого века. В 1770 году мастер закончил очередной многолетний труд - механического «человека». Каллиграф — это самый сложный автоматон, завершённый в 1772 году и состоящий из 6000 деталей. Используя механизм, схожий с рисующим мальчиком, он может писать текст, состоящий из 40 букв. Текст закодирован на колесе и буквы выбираются последовательно друг за другом. Мальчик использует гусиное перо, которое он периодически макает в чернильницу, при этом встряхивает перо, чтобы предотвратить кляксы. Глаза атоматона двигаются вслед за текстом, и голова поворачивается к чернильнице, когда он макает в неё перо. На легком табурете за столиком сидел курчавый мальчик лет пяти-шести. В руке у него гусиное перо. Мальчик макает перо в чернильницу и старательно ровным, аккуратным почерком выводит слова. Он наклоняет голову, время от времени останавливается, как будто думает, что дальше писать. Особой популярностью пользовалась музыкантша, состоящая из 2500 деталей. Одетая в красивое кружевное платье, она сидела перед фисгармонией - старинным музыкальным инструментом. Пальцы ее нажимали на клавиши. Играла она хорошо, легко, а закончив выступление кланялась публике. Музыка не поддельная, она не записана и не проигрывается музыкальной шкатулкой: кукла в самом деле касается пальцами клавиш инструмента, изготовленного по специальному заказу и состоящего из 24 труб. Кукла даже «дышит» (можно увидеть, как двигается грудь) и совершает некоторые движения, как настоящий музыкант, а глаза её следят за тем, куда двигаются пальцы. Девушка может проигрывать пять мелодий.

Чрезвычайно большое влияние на развитие научно-технического прогресса оказали создатели текстильных машин. По сути дела в текстильной промышленности появились первые сложные машины-автоматы технологического назначения. Первая прядильная машина создана в 1733-1738 годах. Она наматывала на катушки необработанную шерсть.

Подъем механического прядения начался в 1765 году, когда Джемс Харгривс изобрел «спиннинг-дженни» - первую механическую прядильную машину, которая увеличила производительность труда прядильщицы шерсти в 120 раз, оставив затраты человеческой энергии на прежнем уровне. В 1769 году Ричард Аркрайт применил для привода «спиннинг-дженни» гидравлическую турбину.

Ткацкое производство составляет последнюю фазу в процессе изготовления текстиля. Революционное изменение произошло в нем в 1733 году, когда Джон Кей изобрел движущийся челнок. Его последовательное внедрение в ткацкие и чесальные мастерские привело к четырехкратному возрастанию производительности. Своей второй революцией ткачество обязано Эдмонду Картрайту, создавшему в 1784 году механический ткацкий станок. Это усовершенствование впервые в истории техники наткнулось на ожесточенное сопротивление английских рабочих, видевших в механизации прямую угрозу своим рабочим местам. Организованные отряды луддитов - по имени стоявшего во главе движения рабочего Неда Лудда - в период с 1780 по 1820 годы занимались уничтожением станков.

Работа, начатая Картрайтом, была продолжена французом Жозефом Мари Жаккаром, а затем в 1813 году англичанином Горроксом, создавшим недорогой ткацкий станок. К 1830 году механический ткацкий станок уже нашел массовое применение в Англии. Станок Жаккара был одним из самых крупных технологических новшеств в текстильной промышленности и носил имя изобретателя. Этот станок был замечателен тем, что давал возможность осуществлять определенную ткацкую программу. Являясь первым автоматическим станком, он работал с использованием установленных на нем перфорированных карт, позволяющих оператору вырабатывать ткань именно с таким рисунком, который был создан художником. Устройство машины включало иглы, управляющие нитями основы, движение которых зависело от расположения перфораций на карте. Окончательный вариант станка имел тысячу двести игл и позволял воспроизводить очень сложные рисунки. Карта Жаккара являются прабабушкой перфоленты и перфокарт ЭВМ и станков с ЧПУ. Текстильные машины по сей день имеют, пожалуй, самую сложную механику и их проектирование опирается на последние научно-технические достижения.

В начале восемнадцатого века были созданы первые станки, работавшие на гидравлическом приводе и предназначенные для изготовления основных деталей паровых машин и пушек. Станок революционизирует производство, он заменяет кустарей на тех работах, которые требуют сноровки, и позволяет обрабатывать металл с повышенной точностью. Станок служит для изготовления средств производства и, поэтому, станкостроение является фундаментом промышленного и сельскохозяйственного производства.

У истоков отечественного станкостроения стоял Андрей Константинович Нартов (1693-1756), русский механик и изобретатель. Он построил оригинальные станки различных конструкций, в том числе токарно-копировальный и винторезный с механизированным суппортом и набором сменных зубчатых колес. На основе идей, заложенных в копировальный станок Нартова, до сих пор работают машины для обработки сложных поверхностей лопастей современных турбин, гребных и самолетных винтов.

В начале XIX века в изобретении станков лидировали английские инженеры Модслей, Нэсмит и Витворт. Мотслей изобрел первый современный станок из металла - токарный, а позже - паровую машину. В 1800 году истек срок действия патента, полученного Уаттом на его паровую машину. После этого число технических изобретений значительно увеличилось. Особенностью тех станков было то, что все они приводились в движение сначала от одной турбины, а потом от паровой машины через многочисленные трансмиссии.

Первый электрический двигатель постоянного тока, пригодный для практических целей, изобрел в 1838 году русский ученый Борис Семенович Якоби (1801-1874). Он был испытан для привода корабельного гребного винта. К семидесятым годам XIX века электродвигатель стал настолько совершенным, что практически ничем не отличается от своих современных собратьев. Дальнейшее бурное развитие электротехники привело к тому, что появилась возможность оснащать станки одним или даже несколькими приводными двигателями. Это ознаменовало современную эпоху в истории станкостроения.

Машины-автоматы окружают современного человека в его повседневной жизни. Автоматы пропускают пассажиров на станции метрополитена, продают газированную воду, разливают молоко в бутылки, упаковывают чай, печенье, макаронные изделия и крупы, пекут хлеб и варят сыр, шьют обувь и стирают белье и т.д. Именно благодаря автоматам человечество имеет приемники, магнитофоны, телевизоры, фотоаппараты и другую бытовую технику массового спроса.

Рассмотрим наиболее интересные достижения в области автоматостроения.

Автомат, созданный в Калининграде, за одну минуту пересчитывает две с половиной тысячи монет, раскладывает их ровными стопками по пятьдесят - сто штук в каждой.

В Белоруссии создан автомат, который моет за час более двух тысяч тарелок.

Французскими конструкторами создан автомат для пришивания пуговиц с производительностью двадцать пришитых пуговиц в минуту.

Финскими инженерами спроектирована автоматическая бумагоделательная машина для Канады с производительностью 1500 метров высококачественного бумажного полотна в минуту. Такие удивительные примеры можно перечислять бесконечно.

Специалистами СССР и ГДР был разработан автомат для производства тортов. Он приготавливал тесто, резал бисквит на квадраты, поливал их сиропом и даже украшал рисунками. Автоматический кондитер производил одиннадцать тортов в минуту.

Инженерами нашей страны был создан автомат для изготовления бутербродов. Всего за три секунды он успевал нарезать хлеб, положить на него все необходимое и подать готовый бутерброд покупателю.

В Японии сделаны удочки-автоматы. Эти удочки выполняют все то, что должен делать рыболов. Они могут вытащить рыбу весом до тридцати килограммов. Считается, что удочка-автомат ловит вдвое больше рыбы, чем самый опытный рыболов.

Этот список удивительных достижений человека в области создания автоматических устройств различного назначения можно продолжать до бесконечности. В дальнейшем будут рассматриваться только средства автоматизации промышленного назначения.

В отечественной литературе в автоматизации промышленности выделяют три этапа.

Первым этапом автоматизации производственных процессов явилась автоматизация рабочего цикла машины, создание машин-автоматов и полуавтоматов. Все эти машины обычно классифицируются по следующим признакам:

а) технологическое назначение ( токарные, шлифовальные, сборочные, намоточные, ткацкие, печатные, упаковочные и т.п.);

б) степень универсальности (универсальные, специализированные, специальные);

в) степень автоматизации (автоматы, полуавтоматы).

Высшей формой автоматизации производства на первом этапе было создание поточных линий из автоматов и полуавтоматов, где основные технологические процессы обработки выполняются автоматически, а межстаночная транспортировка, накопление заделов, контроль качества обработанных изделий, удаление отходов выполняются вручную. В поточных линиях из полуавтоматов, кроме того, вручную выполняются операции загрузки-выгрузки обрабатываемых изделий.

Второй этап автоматизации - автоматизация системы машин; создание автоматических линий охватывает решение таких конструкторских задач, как создание механизмов межстаночной транспортировки, изменения ориентации, накопления заделов, а также систем управления машинными комплексами.

Данные задачи коренным образом отличаются от задач внутристаночной транспортировки, которые решаются посредством механизмов, действующих в ограниченном пространстве (автооператоры, мальтийские механизмы поворота и др.) и в едином рабочем цикле машины. Механизмы межстаночной транспортировки должны по возможности быть независимыми от оборудования, перемещать изделия с заданным ритмом и накапливать их. Задачи межстаночной транспортировки потребовали поиска принципиально новых конструктивных решений. В автоматических линиях существуют и проблемы с управлением. Так, например, нельзя обеспечить согласованность работы отдельных автоматов автоматической линии посредством одного общего распределительного вала. Поэтому, большинство взаимосвязей между агрегатами линии осуществляется электрически.

Первая в СССР автоматическая линия была создана в 1939 году на Волгоградском тракторном заводе И.П.Иночкиным. К этому же времени относятся попытки создания первых простейших автоматических линий на заводах подшипниковой промышленности.

Третьим этапом автоматизации назвали комплексную автоматизацию производственных процессов. Под комплексной автоматизацией понимают такую автоматизацию, которая охватывает весь комплекс производства конкретных изделий, вплоть до самых сложных, включая технологические процессы заготовительных цехов, механической и термической обработки, сборки, контроля и упаковки готовой продукции. Такая автоматизация позволяет обеспечить технический прогресс производства в целом. Однако, в соответствии с данной классификацией человечество все еще находится на начальной стадии третьего этапа. Практически все многочисленные попытки создать полностью автоматическое производство не увенчались успехом. Даже заводы-автоматы для производства простейших деталей узлов (цепей, поршней, зубчатых колес и проч.) либо имели низкую надежность и в основном ремонтировались, либо их стоимость в несколько десятков раз превышала стоимость выпущенной продукции. В конечном итоге они были демонтированы или модернизированы путем занижения уровня автоматизации производства за счет использования ручного и механизированного труда.

Таким образом, в перспективе имеется достаточно сложный и интересный путь для специалистов самого разного профиля, работающих в сфере создания автоматизированного и автоматического производственного оборудования.

Вопросы для самоконтроля

1. Откуда произошли термины «автомат» и «автоматический»?

2. Когда человек сделал свой первый автомат?

3. Назовите имена выдающихся ученых эпохи Возрождения, сделавших большой вклад в развитие идей автоматизации и заложивших ее научную базу.

4. Какое назначение имели подавляющее число автоматических устройств эпохи Возрождения?

5. В какой отрасли промышленного производства появились первые автоматические машины?

6. Когда, где и кем был создан современный токарный станок?

7. Назовите русского механика, стоявшего у истоков отечественного станкостроения. Как используются идеи этого талантливого изобретателя в настоящее время?

8. Когда, кем и с какой целью была изобретена перфокарта?

9. Чем приводились в движение первые промышленные автоматические машины?

10. Как и почему повлияло развитие электротехники на развитие автоматостроения?

11. Перечислите этапы развития автоматизации в нашей стране и дайте им краткую характеристику.

12. Что называют комплексной автоматизацией производства?

13. Когда, где и кем в нашей стране была создана первая автоматическая линия?

14. Перечислите характерные признаки первого этапа автоматизации производства?

15. Что являлось высшей формой автоматизации на ее первом этапе?

16. По каким признакам классифицируются машины для автоматизации технологических процессов?

17. Перечислите проблемы, решаемые на втором этапе автоматизации производства.