Автоматы повсюду

Загадка древних пещер

Многим ребятам я задавал вопрос: "Как вы думаете, давно ли появился первый автомат?" И почти все отвечали примерно так:

- Наверное, давно, но все-таки не очень. Тогда, когда изобрели разные машины, разную технику.

Верно ли? Прежде чем ответить, хочу рассказать такую историю. Случилась она лет тридцать назад во Франции. Четверо школьников из небольшой деревушки отправились на прогулку. День был великолепный. Ребята шли по лесной дороге, шутили, смеялись. Впереди бежал лохматый пес. И вдруг собака исчезла, словно под землю провалилась. Так оно и было.

Когда мальчики присмотрелись, они заметили у поваленной сосны большую дыру. Оттуда слышался лай. Недолго думая, один из мальчишек по имени Равида полез в темный проход. Метров пять или шесть он полз на четвереньках. Затем проход расширился, и Равида увидел (у него был электрический фонарик), что стоит в пещере, а рядом прыгает его четвероногий друг. Он позвал приятелей, и скоро все четверо с интересом разглядывали каменные своды пещеры.

- Смотрите, - сказал один из мальчиков, - олень!

- А там лошадь! - крикнул другой.

На сводах пещеры черной, красной, желтой краской были нарисованы животные: лошади, олени, быки. Школьники открыли пещеру с рисунками первобытных людей.

Таких пещер во Франции, в Испании и в других странах обнаружено немало. Есть они и в нашей стране. Ученые внимательно изучают первобытное искусство. Еще бы! Эти картины нарисованы в каменном веке, тысячелетия назад. И надо сказать, нарисованы замечательно. Первобытные художники прекрасно знали животных.

Автоматы повсюду...

Когда археологи пригляделись к древним рисункам, они заметили рядом какие-то линии. Никто не мог понять, что они означают. Ученые так и записали: "неясные знаки". И только много времени спустя догадались, что это нарисованы ловушки для зверей.

Вот и ответ на вопрос: как давно появились на земле первые автоматы? Десять, а может быть, даже двадцать тысяч лет назад!

Первобытным охотникам автоматические ловушки были нужны, как воздух. Очень уж трудно жилось древнему человеку. Заниматься земледелием, разводить домашних животных он еще не умел. Целые дни проводил в поисках добычи.

Человек учился у природы. Случалось, что животные попадали в глубокие лесные ямы.

- Ага, - догадывался человек. - Так и я могу. Вырою яму, прикрою ее ветвями, засыплю их листьями. Зверь пойдет и провалится. Яма сама поймает мне зверя.

Человек замечал, что ветки и тонкие стволы деревьев упруги, и, в конце концов, придумал капкан с деревянной пружиной. Постепенно люди изобрели множество самых разных ловушек для зверей и птиц. Приладит древний охотник ловушку, зарядит ее, нацелит приманку и уйдет. Ловушки-автоматы стали охотиться за человека.

Самые первые охотничьи автоматы, разумеется, не сохранились. Но ловушки, которыми люди пользовались значительно позднее (да и сейчас еще кое-где пользуются), очень похожи на те, первые. Как-то в одном из наших музеев я видел такую автоматическую ловушку. Вся она из жилок, палочек, ремешков. Работники музея рассказывали, что им пришлось долго разбираться в устройстве этого охотничьего автомата. Остроумными, выходит, людьми были наши далекие предки.

Время автоматов

Древние греки очень любили театр, в котором самодвижущиеся фигурки разыгрывали целые представления. Например, в одной драме на сцене строился корабль. Механические артисты стучали молотками и топорами. Затем корабль спускался на воду. Он в море. Вокруг резвятся дельфины. Начинается шторм. Гремит гром, сверкают молнии. Корабль тонет... И все это делалось с помощью зубчатых колес, валиков, шнурков. Самодвижущиеся фигурки греки называли автоматами.

Автоматы повсюду... автоматы

Прошли века. Автоматы уже не только развлекали. Они стали помогать человеку, управлять работой машин. И долгое время считалось, что автоматы освобождают от тяжелого труда лишь руки человека. Как будто при управлении машинами человек не работает головой. Еще как работает! Теперь на автоматы смотрят иначе. Считают, что они - такие устройства, которые могут взять на себя выполнение и некоторых видов умственного труда. Вот как менялся взгляд на автоматы, а роль их становилась все важнее и важнее.

Огромных успехов добился человек в освоении космического пространства. Космонавты по нескольку месяцев жили на орбитальных станциях. Земляне уже ходили по Луне. Межпланетные автоматы опустились на Венеру и Марс. Почему это стало возможным лишь в наше время?

Вы скажете, что раньше не было космических ракет. Верно. А для того, чтобы создать ракету, нужно было получить прочные материалы, специальное топливо, построить мощнейшие ракетные двигатели.

Но этого мало. Надо было придумать очень сложную автоматику. Ракета без автоматики, словно человек без мозга, без глаз, без ушей. Она сразу собьется с пути, разладится работа ее механизмов. Ни о каком полете в космос на такой ракете не может быть и речи.

Или взять орбитальные станции. К примеру, наш "Мир". Много месяцев летает станция вокруг Земли, на огромной высоте, в космической пустоте. На станции живут и работают космонавты. Там и тепло, и свежий воздух. Тоже благодаря автоматике.

Да что в космосе? Без автоматики и на Земле теперь никак не обойтись. Например, на атомных электростанциях. Знаете, сколько там разной автоматики! А современный химический завод? В некоторых его цехах вредно и опасно работать человеку. Выручает автоматика. Она не боится ни жары, ни холода, ни ядовитых газов.

Торговый автомат из Древнего Египта

Автоматы ведут самолеты и поезда, управляют судами. Станки-автоматы обрабатывают металл, печатают книги, ткут ткани. Автоматы делают конфеты и электрические лампочки, бутылки и вкусные пирожки.

Самые сложные автоматы из всех - это электронно-вычислительные машины. И глазом не успеешь моргнуть, а машина уже произвела сложнейший расчет. Но эти машины умеют не только считать. Они играют в шахматы, переводят с одного языка на другой, определяют болезни, предсказывают погоду, обучают студентов и школьников, сочиняют музыку и стихи.

Нам не открылся бы космос, не покорился бы атом, мы не сделали бы многих важных дел без своих надежных помощников - автоматов.

Всегда к услугам

В Японии есть автомат, у которого можно занять порядочную сумму денег. Достаточно опустить в него специальную кредитную карточку. Автомат проверит ее: не поддельная ли? И если все в порядке, выдаст деньги. Долг безусловно через некоторое время нужно возвратить и даже с добавкой, но все равно - удобство. А рядом с этим, денежным, автоматом стоят торговые: яркие, сверкающие. Их сейчас в Японии более полутора миллионов.

У нас тоже много торговых автоматов. Их можно встретить где угодно: на улицах, в магазинах, в кафе, на вокзалах. Они всегда к услугам покупателей. Нет у них ни перерывов на обед, ни отпусков.

Вы конечно не раз пили газированную воду, приготовленную автоматом, и, может быть, думаете, что изобретен он недавно. Ошибаетесь. Автоматы торговали водой уже... две тысячи лет назад! Правда, стояли они не на улицах, а в египетских храмах и продавали не газированную воду с апельсиновым сиропом, а "святую".

Торговые автоматы

Вообще-то вода была самая обыкновенная, из колодца, но жрецы выдавали ее за особенную. Люди верили и платили за нее деньги. Казалось чудом, как это из кувшина, когда в него бросают монету, начинает вдруг течь вода. А жрецы помалкивали, что все "чудо" заключено в нехитрой механике автомата. Невыгодно им было раскрывать секрет.

Торговые автоматы изобрели снова лет девяносто назад. Англичанин Ивритт сделал автомат для продажи спичек. Развесил он свои ящики в лондонских магазинах. Лондонцам спичечные автоматы понравились. Тогда изобретатель резонно рассудил: "Если автоматы способны торговать спичками, то почему они не могут продавать, например, плитки шоколада?" И в самом деле, шоколадные автоматы заработали не хуже спичечных. Но тут случился конфуз.

Однажды Ивритт извлек из автомата вместо монет целую кучу железных кружочков. Ох и проклинал же он нечестных любителей шоколада! Нужно было что-то придумывать, как-то "учить" автоматы отличать настоящие монеты от фальшивых.

Не сразу, но и этому автоматы "научились". А некоторые, если в них кто-то бросал простую железку, возвращали ее и громко произносили: "Будьте любезны в следующий раз опускайте настоящую монету". Внутри у них включался патефон. Были и такие вежливые автоматы, которые приятным голосом благодарили за покупку.

Работа автоматов

Теперь во всем мире несколько миллионов торговых автоматов. Есть магазины и кафе, где все продается только автоматически. В некоторых странах уличные автоматы выстроились в длинные-длинные ряды. Например, в Стокгольме, столице Швеции, такая "улица автоматов" вытянулась на тридцать метров, и купить здесь можно товары тысячи наименований.

Чем только автоматы не торгуют! Прохладительными напитками, газетами, открытками, карандашами, конфетами, бутербродами, молоком, бензином, пирожными, духами, сосисками, железнодорожными билетами, пудрой, губной помадой... Перечислить все невозможно, потому что этот список состоял бы из названий пяти - шести тысяч различных предметов, вещей, продуктов и кушаний.

Карты Жаккара

Приглядывались ли вы когда-нибудь к ткани, из которой сшита ваша рубашка? Если нет, присмотритесь внимательно. Ткань - это густая- густая сетка из перекрещивающихся нитей. Нити, идущие вдоль ткани, называются основой, а те, что поперек - утком. Есть очень красивые узорчатые ткани, и чем сложнее переплетение нитей, тем красивее получается узор.

Когда-то ткани с узорами изготовлялись вручную. Точнее, не совсем вручную: на ткацких станках, но руками приходилось работать - только успевай. Труд ткачей был тяжелым, да и не каждый ткач мог выделывать узорчатые ткани.

Многие изобретатели пытались создать станок, который бы автоматически вырабатывал узорчатую ткань. Самый удачный станок изобрел в 1801 году француз Жозеф Мари Жаккар, простой ткач из Лиона. Ему пришла в голову счастливая мысль применить для управления станком картонные карты с отверстиями. В карту упирались специальные иглы. Вернее, упирались не все, а только те, которые не попадали в отверстия, пробитые в карте.

Станок Жаккара

Для получения сложного узора требовалось несколько тысяч карт, отличавшихся друг от друга расположением отверстий. Карты соединялись в цепь - "картон", навешивались на станок и, когда он начинал работать, по очереди подходили к иглам-щупам. От того, какие иглы проваливались в отверстия, а какие упирались в карту, зависел характер переплетения нитей, а значит, и вид узора. И тут от ткача уже не требовалось большого мастерства, да и скорость работы станка намного увеличилась. Стоило повесить на станок другую картонную цепь - и станок начинал ткать новый узор.

Не сразу станок Жаккара был оценен по достоинству. Лионские ткачи с подозрением следили за работой изобретателя.

- Что он там хочет придумать, этот Жаккар? - тревожно спрашивали они. - Уж не собирается ли он лишить нас работы, а наши семьи куска хлеба?

Когда первые станки Жаккара появились на фабриках Лиона, ткачи вытащили их на городскую площадь, разбили вдребезги и подожгли, а самого изобретателя чуть не бросили в реку Рону. Но Жаккара не так-то легко было сломить. Он верил в полезность своих станков. И действительно, через несколько лет только на родине Жаккара, во Франции, работало десять тысяч его станков. А в 1840 году на площади, где горели жаккаровские станки, был поставлен изобретателю бронзовый памятник с надписью: "Жаккару - благодарный Лион".

Способ, придуманный Жаккаром, оказался настолько удобным, что дырчатые карты и ленты применяются до сих пор для управления самыми сложными, самыми современными машинами.

На "магнитном языке"

Любая машина состоит из деталей. Крохотных и огромных. Большинство из них обрабатывают на металлорежущих станках: токарных, сверлильных, фрезерных, расточных, шлифовальных.

Выточить простой валик - работа нехитрая. Любой токарь с этим справится. Но в технике встречаются часто детали крайне сложной формы. Сделать такую деталь, управляя станком вручную, чрезвычайно трудно или даже вовсе не возможно.

Более двухсот лет назад русский механик Андрей Константинович Нартов изобрел токарно-копировальный станок, на котором вытачивались замечательные барельефы, кубки, различные украшения.

Делалось это так. Сперва вручную изготовляли деталь-образец. Или, как еще говорят, копир. Устанавливали эту деталь на станке, и механический палец точка за точкой начинал ощупывать ее. Станок "чувствовал" форму, все изгибы детали-образца и вытачивал похожую. По одному копиру можно было изготовить много деталей-близнецов.

Теперь на копировальных станках обрабатывают не кубки и портреты, а вещи поважнее: гребные винты для кораблей, турбинные лопатки, детали самолетов. Нередко гигантские детали.

За два века копировальные станки сильно усовершенствовались, но главное в них осталось неизменным. Остался копир, и его надо сначала как-то изготовить. Сейчас для этого применяются специальные станки, но все равно труда и времени затрачивается уйма.

Обработка металла

Чем сложнее машина, чем больше в ней деталей, тем больше требуется копиров. Чтобы изготовить, например, все детали крупного самолета, нужно около двух тысяч копиров. А изменилась конструкция самолета, старые копиры приходится выбрасывать и делать новые. Дороговато получается, но ничего лучшего до поры до времени никто не мог предложить.

Обрабатывать металл - дело куда более сложное, чем ткать узорчатые ковры или кружева. Точность тут нередко требуется ювелирная. Вот почему лишь после того, как развилась электроника, удалось создать станки-автоматы, которые могут обрабатывать самые фигурные детали и никаких копиров им не требуется.

Задание станку, программу его работы, "записали" отверстиями на длинной бумажной ленте. Каждое отверстие означало цифру: на сколько, на какую долю миллиметра должен станок передвинуть свой режущий инструмент - резец, сверло, фрезу. Поэтому такие станки стали называть станками с цифровым программным управлением.

Потом инженеры пришли к выводу, что вместо бумажной ленты лучше взять магнитную. Вроде той, что применяется в магнитофонах. Отверстия в ленте конечно пробивать не стали, а нанесли на ней магнитные метки, штришки. Одним словом, задание станку выдали на "магнитном языке". Электронные устройства хорошо понимают такой "язык".

Электронные устройства

Рулон магнитной ленты - это программа для обработки детали определенной формы. Другая лента - другая деталь. Удобно!

Лет тридцать назад цифровых станков-автоматов было немного, единицы. Сегодня - тысячи.

"Умная" карусель

Хоть и разная работа у торговых автоматов и автоматических станков, а есть у них одно общее: работают они по программе. У газетного автомата она простая: бросил покупатель в щель две копейки, нажал на рукоятку - автомат выдал газету. У цифрового станка - программа очень сложная. Это один вид автоматов. Они так и называются - программные.

А теперь я хочу рассказать про другой вид, про самые распространенные автоматы. Они есть на кораблях и на самолетах, на электростанциях и на химических заводах. Даже в каждой квартире есть: в холодильниках, телефонах, часах.

Изобретены они тоже давно, около двух веков назад. Тогда на Алтае (вы об этом читали, наверное) первый русский теплотехник Иван Ползунов построил свою знаменитую "огнедействующую" машину. Она была громадной, высотой с пятиэтажный дом. В здоровенных цилиндрах вверх- вниз с шумом ходили поршни. Машина требовала много пара. Его получали в котле - медном баке, вмурованном в кирпичную топку.

Паровая машина

Воду в котел нужно было постоянно добавлять. Иначе бы она быстро выкипела. Чтобы не стоять все время у котла, не следить за водой, Ползунов придумал несложный автомат. Он поместил внутри котла шар-поплавок и соединил его с клапаном, через который в котел поступала вода. Автомат следил, чтобы котел всегда был наполнен до одного уровня. Если уровень воды понижался, поплавок опускался вместе с водой, открывал клапан. Вода шла сильнее, и котел наполнялся снова. А если, напротив, уровень повышался, то поплавок прикрывал клапан, уменьшал подачу воды.

Примерно тогда же другой изобретатель, Джемс Уатт, в Англии тоже думал над тем, как усовершенствовать паровую машину. Чтобы ход ее был равномерным, он сделал так: взял два тяжелых металлических шара, прикрепил их к двум стержням, а стержни за концы подвесил к оси, вращавшейся от вала паровой машины. Получилось что-то вроде маленькой карусели. Уатт соединил ее рычагами с паровым клапаном. Когда ход машины ускорялся, шары от быстрого вращения расходились в стороны и тянули за собой рычаги. Клапан прикрывался. Пара в машину начинало поступать меньше, и скорость ее восстанавливалась. Если же ход машины замедлялся, автомат подачу пара увеличивал.

Регуляторы

С развитием техники понадобились автоматы, регулирующие давление, температуру. Такие автоматы получили название регуляторов. Они стали управлять работой паровых котлов, турбин, химических аппаратов. Они освободили людей от необходимости постоянно следить за машинами. А многие машины вообще не смогли бы работать без регуляторов. Вот какие это важные автоматы!

Чем регуляторы "чувствуют"

Не видя, не слыша, не осязая, мы - беспомощны. Так и регуляторы. И они не смогут управлять машинами, аппаратами, если не будут иметь своих "органов чувств". Только инженеры называют их иначе: датчиками.

Вспомним регулятор Ползунова. Какой он имел датчик?

Ну конечно же поплавок, который хорошо "чувствовал", сколько в котле воды: много, мало или как раз достаточно. А регулятор Уатта? Он должен был "чувствовать", с какой скоростью вращается вал машины, поэтому имел датчик совсем другой конструкции - расходящиеся шары. Очень хороший датчик! Двести лет прошло с тех пор, как он изобретен, исчезли паровые машины, а он все еще применяется. В любой современной турбине его можно встретить.

Если соединить кончики двух проводов из разных металлов (например, один провод взять медный, а второй из сплава константана) и кончики эти нагревать, то в проводах возникнет электрический ток. Чем выше температура нагрева, тем больше напряжение тока. Вот вам и датчик, "чувствующий" температуру. Его называют термопарой и широко применяют.

Есть датчики, которые "ощущают", что изменилось давление пара, или содержание одного газа в другом, или сколько протекает какой-нибудь жидкости по трубе. Инженеры стремятся использовать в датчиках разные физические явления. У человека пять органов чувств. Датчиков для автоматов значительно больше, и "чувствуют" они нередко тоньше, чем наши пальцы, уши, глаза.

"Мускулы" автоматов

Без сильных мускулов много не сделаешь. Решаем мы головой, а выполняем все при помощи мускулов. Берем ли что-либо руками, пишем ли, бегаем ли. Внутри нас работают более шестисот мускульных "моторов". И тут опять сходство: регулятору, чтобы управлять, тоже нужна сила. Правда, первые регуляторы никаких специальных "мускулов" не имели. Их датчики были одновременно и органами чувств, и мускулами. Поплавок в регуляторе Ползунова и за уровнем воды следил, и водяной клапан двигал. В регуляторе Уатта шары тоже работали за двоих.

Регулятор

Для управления мощными котлами, турбинами от регуляторов потребовалась сила, и немалая. Ну а какая там сила, например, у поплавка? Большой клапан ему ни открыть, ни закрыть. И тогда инженеры снабдили регуляторы "мускулами", специальными двигателями. Им ничего не стоит открыть или закрыть какой угодно клапан. А командуют этими двигателями датчики. Такие регуляторы могут управлять любой турбиной, самой огромной, любым котлом-гигантом.

Чаще всего "мускулы" регуляторов - это электрические моторы. Но не всегда. Используется и сила сжатого воздуха, и масло, которое под большим давлением нагнетается в цилиндр с поршнем.

Однако какой бы двигатель ни применялся: электрический, масляный или воздушный, называют его в автоматике одинаково - исполнительный механизм. "Исполнительный" потому, что самостоятельно он ничего не предпринимает. Он лишь исполняет "приказы" автомата.

Экскурсия на фабрику электричества

Когда поздно вечером подъезжаешь к большому городу, над горизонтом видишь золотистое зарево. Это горят тысячи уличных фонарей, светятся бесчисленные окна домов. На улицы и в дома электричество приходит с электростанций. Все больше энергии требуют заводы, фабрики, железные дороги, стройки. Сейчас в нашей стране электричества вырабатывается в пятьсот раз больше, чем до революции. Через каждые десять лет выработка электрической энергии у нас утраивается. Строятся новые электростанции, увеличивается мощность существующих. Давайте посетим одну из них. Давайте посмотрим, как она работает и как ей помогает при этом автоматика.

Реле - старое изобретение телеграфистов

Территория станции - просторная, много цветов. Огромные белые корпуса, а над ними высокие-высокие трубы. Слышится негромкий гул. Это гудят паровые турбины. Они вращают генераторы, машины, вырабатывающие электричество.

Зайдем в корпус, в котором установлены паровые котлы. Вот это котлы так котлы! Они поднимаются до самого потолка высоченного здания. Сложнейшие сооружения - и рядом никого. За их работой следят из специального помещения. Там - пульт управления. В глазах рябит от обилия приборов, кнопок, переключателей. За пультом сидят операторы. По приборам они видят, как работают котлы. Управляет котлами автоматика.

А где же она? В соседней комнате. Стоят здесь металлические шкафы - щиты. В них и сосредоточена вся автоматика.

Что значит управлять автомобилем, самолетом, трактором - ясно. А что значит управлять котлом? Дело это непростое, если перед вами котел высотой с десятиэтажный дом.

В котле всегда должно быть достаточно воды. Об этом заботится регулятор уровня. Например, начинает уровень падать, датчик регулятора шлет в усилитель сигнал. Усилитель сигнал этот усиливает и посылает дальше, к реле, переключателю. Хлопнет реле - и заработает двигатель, исполнительный механизм. Он соединен с водяным клапаном. Клапан откроется побольше. Подача воды увеличится. А это как раз и требовалось.

Давление пара в котле тоже может стать и больше и меньше. Для турбин же необходимо, чтобы оно было одинаковым, постоянным. Если давление поднялось, убавляется подача топлива в котел. Огонь в топке тогда поутихнет, вода медленнее начнет испаряться, и давление пара снизится. Если нужно, наоборот, увеличить давление, подача топлива усиливается. Все это делает регулятор давления пара.

Но если топлива в топку стало поступать больше, то и воздуха туда нужно подавать больше. Без воздуха топливо гореть не сможет. Воздух в котел нагнетает вентилятор. Ревет он так, что, стоя рядом, разговаривать невозможно: не слышно голоса. Воздухом заведует особый регулятор.

Очень важно, чтобы не только давление, но и температура пара всегда была постоянной. Значит, необходим также регулятор температуры.

Вокруг котла много разных механизмов, насосов, аппаратов. Им тоже нужны свои регуляторы. И получается, что одним котлом управляют десятки автоматов.

Робот

Ушли в прошлое времена, когда труд у паровых котлов был изнурительно тяжелым. Обливаясь потом, кочегары лопатами швыряли уголь в прожорливые топки. Теперь не так. Теперь котлами управляет автоматика и неплохо с этим справляется.