Краткий очерк истории автоматизации

ОБЩИЕ ВОПРОСЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

На самой заре своего развития человек пытался использовать различные приспособления, действующие без его участия, то есть самостоятельно. Древнегреческое слово «автоматика» и обозначает «самодействие».

Термин автомат произошел от греческого слова automatos, что в переводе на русский язык означает самодействующий (5в. до н. э., Др. Греция и Др. Рим).

Первые автоматы: (эпоха античности VIII в. до н. э. — VI вв. н. э.)

– капканы и катапульты, которые приводили к выполнению запрограммированного конструкцией действия по команде человека или животного;

–Греческий изобретатель Филон Византийский (умер около 220 г. до н. э.) создал робота женского пола. Она держала кувшин с вином в правой руке. Когда на ее левой руке размещался кубок, она наливала в него вино и смешивала его с водой, если того пожелает хозяин.

–Описание многих интересных автоматов оставил нам смотритель библиотеки знаменитого Александрийского маяка Герон Александрийский (10 – 70 г.н.э.) в книге «Пневматика», написанной в I в.н.э. В ней показаны известные автоматы Древнего Египта, начиная со II в. до н.э., в том числе для продажи воды или вина, открывания дверей храма, зажигания священного огня и т. д.

Автомат для продажи «святой воды» перед храмом богини Изиды   Вода из резервуара 1 отпускается при открытии клапана 2 рычагом 3, на который опускается монета 4.   Автомат для открывания ворот храма
Двери 1 раздвигаются двумя воротами 2, поворот которых осуществляется грузом 3 и бадьей с водой 4. Наполнение бадьи начинается при разжигании священного огня 5, металлическая чаша которого через стержень нагревает воду в баке 6. При этом образуется пар, вытесняющий воду из бака 6 в бадью 4. После того как огонь гаснет, вода из бадьи всасывается обратно в бак и двери закрываются.

– Первым примером применения обратной связи в автоматических устройствах является поплавковый регулятор уровня. Такой регулятор был применен в водяных часах александрийского ученого Ктезибия, построенных в II веке до н. э.

Вода из верхнего резервуара через сопло 1, прикрываемое поплавком 2, поступает в резервуар 3, откуда и вытекает через мерное отверстие 4 в накопитель (нижний бак) 5. По мере наполнения накопителя поплавок 6 поднимает указатель, отмечающий время, по циферблату 7. Фактически часы Ктезибия имели более сложное устройство. Дело в том, что в Древнем Риме сутки имели 12 дневных и 12 ночных часов, продолжительность которых была разная, так как определялась длиной светового дня, зависящей от времени года. Поэтому в этих часах циферблат был нанесен на вращающийся барабан 8, поворачивающийся на один оборот в год с помощью не показанного на рисунке дополнительного водяного механизма в основании.

Водяные часы Ктезибия

В данном случае использовано два автоматических устройства:

– поплавковый регулятор уровня воды в баке;

– водяной интегратор, отмеряющий уровень воды в накопителе, пропорциональный времени.

Поплавковый регулятор уровня обеспечивает постоянный напор воды в баке 3, а следовательно, и стабильную скорость подъема воды в накопителе, реализуя важнейший принцип регулирования — обратную связь. В данном случае поплавок соединяет функции чувствительного (измерительного) элемента и исполнительного механизма.

Часы Ктезибия были единственной альтернативой солнечным или песочным часам вплоть до XIV в., когда им на смену пришли механические часы без маятника, а затем, с XVII в., и с маятником.

После падения Западной Римской империи (в конце V века – начало эпохи средневековья) развитие науки и техники в Европе приостановилось, и только на Арабском Востоке известно применение поплавковых регуляторов и водяных часов в VIII—XII вв.

В эпоху Возрождения (начало XIV – последняя четверть XVI в., начало XVII в.) интерес к изобретению автоматических устройств возобновился.

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).

Леонардо да Винчи

(разрабатывал аппарат вертикального взлёта и посадки, предложил первую схему телескопа с двумя линзами (известная сейчас как зрительная труба системы Кеплера), проект водолазного костюма, проект моста через пролив Босфор, экскаватор; велосипед; танк; прожектор.

– колесцовый замок для пистолета (заводившийся ключом) – механизм огнестрельного оружия, в котором необходимая для воспламенения порохового заряда искра высекается с помощью вращающегося колёсика с насечкой. (Единственное его изобретение, получившее признание при его жизни). Был настолько совершенен, что продолжал встречаться и в XIX веке.

– человекоподобный механизм двигающий головой и руками (приблизительно 1495 год). Чертежи робота были найдены в документах Леонардо, обнаруженных в 1950-х годах. Неизвестно, была ли разработка осуществлена.

Правда, до нас дошли сведения о создании такого рода механизмов ещё в более ранние эпохи. Например, немецкий ученый из Кельна Альберт Великий (1193-1280) создал «железного человека», который служил ему привратником: открывал и закрывал двери.

Изобретение Христианом Гюйгенсом в 1673 г. часового механизма с маятником привело к созданию весьма совершенных программируемых механических автоматов-игрушек («андроидов» и «автоматонов»), имитирующих внешние черты и поведение животных или человека.

Например, механик Жак де Вокансон (Jacques de Vaucanson) в 1739 г. создал утку, принимающую пищу.

Пьер Жаке-Дроз (родился в 1721 году в швейцарском городе Ла-Шо-де-Фон) гениальный мастер по созданию автоматических механизмов, искусный создатель анимированных часов.

Создание автоматонов было лишь способом привлечения внимания знатных людей для продажи часов. Самыми знаменитыми из его автоматонов стали:

– Музыкант – это девушка, играющая на органе и состоящая из 2500 деталей. 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, которые были написаны сыном Пьера Жаке-Дроз – Анри-Луи Жаке-Дроз.

– Художник – это автоматон, созданный в 1773 году и состоящий из 2000 деталей. Он может рисовать три картинки: портрет Людовика XV и его собаку с надписью «Mon toutou» (с фр. – мой пёсик), королевскую чету Марию Антуанетту и Людовика XVI, а также сцену с Купидоном, управлящим колесницей, запряжённой бабочками.

Механизм состоит из системы кулачков, которые управляют движением руки в двух измерениях, а также отвечают за подъем карандаша. Помимо этого автоматон ёрзает на стуле и периодически сдувает пыль с карандаша.

–Аллиграф – это самый сложный автоматон, завершённый в 1772 году и состоящий из 6000 деталей. 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.

Корнелиус Дреббель – знаменитый голландский ученый изобрел в начале XVII в. инкубатор для цыплят, который оснастил ртутным термостатом, что давало возможность поддерживать постоянную температуру в инкубаторе. (Дреббель известен также как создатель одной из первых подводных лодок и изобретатель мощного микроскопа.)

Французский физик и математик Дени Папен (Denis Papin), ассистент Гюйгенса, построил одну из первых паровых машин, паровой котел которой был оснащен предохранительным клапаном. Регулируя положения груза, можно было задавать предельное давление сброса пара из котла. До сих пор все паровые котлы оснащаются подобными клапанами.

Автоматы в допетровской Руси