Автомат

Автомат

Агрегат, представляющий собой систему
механизмов и устройств (электронных,
электрических, пневматических,
гидравлических), в которой полностью
механизированы, то есть выполняются
без непосредственного участия человека,
процессы получения, преобразования,
передачи и использования энергии,
материала или информации. 

Тайное слово дедушки Само

Есть такая книжка сказок Евгения Пермяка. Называется она "Чудесная шкатулка". В этой шкатулке лежит сказка о старике - потомственном уральском рабочем дедушке Само, добром волшебнике, который знал тайное слово. Стоило его произнести, как лопата становилась самокопательной, топор - саморубным.

Какому инструменту ни передаст слово дедушка Само, этот инструмент сам по себе работать начинает. Даже станки саморезные появились. Сами собой резали.

Печи-самоварки - стой да приказывай: сами шихту загружают, сами сталь выпускают.

Когда умер дедушка Само, тайное слово он в могилу не унес, а развеял его по заводам цветочной пылью. "Придет такое время, - говорится в сказке, - что эта самая цветочная пыль такие плоды даст, что и сказать невозможно. Каждую машину, каждый станок именем дедушки Само прозывать будут, а они сами по себе работать станут".

Если бы был жив старый рабочий дедушка Само, он увидел бы, что цветочная пыль, с помощью которой он развеял по заводам заветное слово, дала отличные плоды - появились и самоработающие станки, и самоработающие машины.

...В цехе все необычно. Очень светло. Просторно. Нет рабочих. Лишь мерный гул двигателей и резкие звуки инструментов говорят о том, что здесь идет работа.

Подойдем поближе к станку. Первое, на что обращаешь внимание,- это фреза. Материал сопротивляется, а она упрямо вгрызается в толстую стальную пластину, и постепенно вырисовываются контуры фигурной детали, как будто нарочно очерченной сложнейшими кривыми.

Когда наблюдаешь работу обычного станка, видишь, как фрезеровщик то подкрутит небольшое колесико-штурвал, то тронет чуть-чуть рычаг, то вдруг пустит станок медленнее, то быстрее. И становится ясно, что к чему, зачем нужны все эти манипуляции - серия управляющих станком действий.

Здесь же, у самоработающего станка, все непонятно: вращаются детали, движется фреза, меняя еле заметно свой ход, а кто ею управляет? Как станок без человека "разбирается" в сложном процессе обработки?

Ответ начнем издалека.

В древности византийский император восседал на золоченом троне в тени золотого дерева с золотыми ветвями и золотыми листьями. На ветвях сидели золотые птицы. Два льва из чистого золота, словно живые, глядели на приближающегося посетителя со своих возвышений слева и справа от трона. Но не это сплошь золотое великолепие поражало людей. Когда кто-либо приближался к трону, искусственные птицы начинали петь, а львы - громоподобно рычать. Люди, конечно, при этом падали ниц перед троном. И вот, когда они, придя в себя, поднимали глаза, то видели, что император и его трон исчезли: все сооружение было поднято (вверх. Теперь божественные очи императора метали молниеподобные взгляды с высоты.

Все эти таинственные манипуляции - пение птиц, рычание львов, исчезновение трона - проделывали секретные механизмы искусно сделанного автомата.

А знаменитый древнегреческий математик и механик Герон Александрийский оставил описание целого "автоматического" театра. Вот как шло в нем удивительное представление, сюжет которого был заимствован из так называемой малой "Илиады".

В первой картине данайцы чинят суда перед спуском в воду, пилят, рубят, сверлят и со стуком вбивают гвозди. Во второй картине ахейцы тянут суда в воду. При следующем открытии дверей зритель видит небо и спокойное море, по которому плывут под парусами в кильватерной колонне суда, возле них ныряют дельфины. Затем море становится бурным, и суда сбиваются в кучу. В четвертой картине на сцене стоят герои: Навплий рядом с Афиной, и в его руке загорается факел. В пятой картине видно кораблекрушение. Аякс плавает в волнах, затем слышится гром, Аякса поражает молния, и он исчезает; исчезает также и Афина.

Все эти сложные действия разыгрывали механические фигуры. После каждой картины автоматически закрывались двери, автоматически же происходила смена декораций, двери опять сами открывались, и фигурки начинали представление.

И в более позднее время на протяжении двух тысяч лет умелые руки искусных механиков строили различные автоматы-игрушки, поражавшие людей. Но все они или почти все служили для забавы и развлечения знати.

На первый взгляд может показаться, что такие игрушки - бесцельные творения для увеселения бездельников. На самом же деле "чудеса" механики прошлого показывают начало пути, которым шло развитие автоматов. В основу их были положены достижения техники того времени - века механической энергии текущей воды, силы ветра или сжатых пружин.

Пружины приводили в движение сложнейшие системы зубчатых колес, рычажков, штанг, кулачков, винтов и других деталей всевозможных автоматов.

Поэтому можно смело сказать, что механические игрушки-автоматы были неким подобием часов.

Как известно, часы - одно из самых совершенных созданий человека в технике. Именно часы, как говорил К. Маркс, первый автомат, созданный для практических целей, подали человеку мысль применить автоматы на производстве. Не случайно известный изобретатель механических игрушек француз Жак Вокансон пробовал строить ткацкий станок, который послужил образцом для более совершенного станка-автомата, созданного Жаккардом.

Станок Вокансона заменил пятьдесят ткачей. Не прошло и двадцати лет, как автоматический станок появился на многих шелкоткацких фабриках Франции и Англии.

Победно зашагала техника. Машины появились не только в текстильной промышленности, но и в металлообрабатывающей, горной и других отраслях. Повсюду шел бурный процесс внедрения машин.

Особенно большое значение имело изобретение автоматического суппорта токарного станка. Русский механик Андрей Нартов, а затем англичанин Модели заставили резец автоматически перемещаться вдоль детали, обрабатываемой на токарном станке. Впервые рука человека была освобождена от непосредственной обработки материала.

Пар во всю силу "легких" прокричал миру о своем могуществе. Паровой двигатель - удобный источник энергии - заставил отойти на второй план живой двигатель: лошадей, волов, мулов, ослов.

Но век пара не наступил бы, если бы требования времени не заставили талантливого русского механика Ивана Ползунова придумать к своей "огнедышащей махине" поплавковый регулятор, с помощью которого "вода, огонь и пар сами себя в движении держали". Паровые двигатели вряд ли смогли бы проникнуть всюду и везде, если бы развитие техники не натолкнуло английского изобретателя Уатта на идею паровой машины с центробежным регулятором скорости.

Люди обрели неведомую дотоле силу. Перед толпами восхищенных двигались и вращались не всевозможные "куриозные", ради забавы созданные, а настоящие "деловые" машины-труженики, машины-рабочие.

Регулирующие устройства первых машин оказались всепроникающими. Их стали приспосабливать к самым разнообразным агрегатам. А с наступлением века электричества с его громадными мощностями, скоростью и большой точностью постепенно вся техника оказалась во власти автоматики. Автоматизация стала основной тенденцией развития техники.

Теперь автоматы - всюду.

Чтобы разобраться во множестве автоматических машин, инженеры провели их классификацию. Автоматы различают по их назначению: технологические, транспортные, военные, вычислительные и т. д.

В наше время в связи с развитием кибернетики автоматы стали различать и независимо от их назначения, по так называемому информационному признаку.

Что это за признак?

Посмотрим, как работает автомат. Например, станок-автомат, изготовляющий болты.

Так работает автомат

Неуловимое для глаза движение рычага - и латунный стержень, из которого делают болты, выдвинулся на точно отмеренную величину. Поворот держателя - и заготовка приближается к резцам. Сбегает золотистая, мелко завитая стружка. Несколько секунд - и стерженек обработан на всю длину. Резцы отходят, еще поворот - и вместо них включаются в работу новые. Снова сбегает стружка -- происходит нарезка резьбы. Одновременно снимаются фаски и обрабатывается плоская пятка головки болта. Еще несколько секунд - и новый резец отрезает болт от стерженька. Звякнув о металлическую стенку бункера, он ложится среди точно таких же изделий. А станок уже начал изготовление следующего болта.

Как тут не вспомнить сказку про дедушку Само! Даже специалисты говорят, что, несмотря на разнообразие всех видов автоматических процессов, внешние проявления в известном смысле едины и общи. Общим внешним признаком является впечатление чего-то "самостоятельного", которое они производят. Процессы протекают как бы "сами собой", "самопроизвольно".

Все это так, скажете вы, но что же все-таки определяет в автомате его "самостоятельность", "самопроизводительность"?

Тут-то и следует рассказать о важнейшем признаке современного автомата - информационном.

Что бы ни делал автомат, его рабочие циклы определяются программой. Ее можно задавать, например, металлорежущему станку копировальным устройством: все изгибы контура "ощупывает" специальное приспособление и передает резцу для обработки детали. Кинопроектором-автоматом командует кинолента, проходящая через лентопроводящий механизм.

Программу можно задать и отверстиями на перфокартах или перфолентах, или в виде магнитофонной записи, или любым другим способом, позволяющим снять, записать и передать команду.

Самую простую программу для работы автомата каждый из вас держал в руках. Вы входите в метро. Опускаете в прорезь электронно-оптического турникета монету и тем самым задаете программу - "пропустить". Монета служит программой и для торговых автоматов, отпускающих газированную воду, спички, карандаши, газеты, тетради.

Автомат с разомкнутой системой управления

Автомат с замкнутой системой управления

" В таких автоматах путь информации - что и как делать - ясен. На схемах он показан черной стрелкой. Это разомкнутая система управления. Здесь один поток информации.

Но бывают более сложные автоматы. Им в процессе работы необходим дополнительный сбор информации.

Например, измерение температуры, размеров, электрического напряжения и т. п.

Они работают так:

Это уже замкнутая система управления. Здесь два потока информации.

В век кибернетики появились автоматы и более, высокого класса. Они могут запоминать то, что делают, даже обобщать опыт своей работы, более того - вырабатывать наилучшую программу, которая могла бы в процессе работы изменяться в соответствии с возникающими условиями.

Вот схема их работы:

Здесь программа определяет конечную цель работы - что мы хотим получить от автомата. Это первый поток информации. Действующая программа, управляющая работой, поступает из блока оперативной памяти. Это второй поток информации. Третий поток, как нетрудно догадаться, идет от блока измерений.

Этот автомат способен самостоятельно настраиваться на нужный ритм работы

Бывают автоматы и с большим числом потоков информации. У них, конечно, возможности еще шире.

Мир автоматов в наши дни очень многообразен. Он все время расширяется и усложняется. Поэтому потребовалось создать для них и стройную научную теорию.

Основы ее покоятся на прочном фундаменте старой классической теории автоматического (регулирования. Но теперь ей приходится решать необычайно сложные задачи, чтобы можно было создавать надежные, хорошо работающие автоматы. В теории автоматов, например, приходится определять так называемую устойчивость систем и тем вести борьбу с различными отклонениями в работе. Надо изучать чувствительность автоматов. Ведь в процессе работы свойства систем регулирования не остаются постоянными. Есть еще много других сложных проблем, которые решаются теорией автоматического регулирования, способствуя успешному развитию автоматов.

Тайное слово дедушки Само