Технології. 7 клас. Біленко

§ 10. Автоматизація, комп’ютеризація та роботизація сучасних технологічних процесів

• Як зробити життя людей більш комфортним і позбавити їх важкої та одноманітної праці?

• Що допоможе пришвидшити виготовлення виробів та зробити його ефективнішим?

Основним завданням сучасної промисловості є зростання матеріального рівня життя людей, чому сприяє застосування автоматизації технологічних процесів.

Автоматизація виробництва — процес, за якого функції управління й контролю виконують прилади та автоматичні пристрої.

Переваги автоматизації виробництва

Запровадження автоматизації на виробництві дає змогу значно підвищити продуктивність праці, забезпечити стабільну якість продукції, що випускається, зменшити кількість працівників, зайнятих у різних сферах виробництва, тощо.

Перлини мудрості

Одна машина здатна виконати роботу п’ятдесяти ординарних людей, але жодна машина не виконає роботу однієї неординарної людини.

Елберт Хаббард, американський письменник і філософ

Рис. 2.25. Автоматизовані лінії з виробництва: а) триплексу (багатошарового скла); б) зерносумішей; в) будматеріалів

Сторінками історії

Найпершим автоматом, який використовувала людина, була пастка на звіра. Вона мала можливість замінити знаряддя полювання, адже працювала за відсутності людини. Роль «виконавчих органів» відігравали колоди, стріли, гілки із зашморгами.

Звір діє на «чутливий елемент», той — на «виконавчий орган», а останній — на звіра; система взаємодії «звір — пастка» замкнулася.

Автоматизація виробництва — один з головних напрямів науково-технічного прогресу. Автоматизовані системи впроваджують у таких галузях, як металургія, автомобільна, хімічна, нафтова, харчова, ювелірна промисловість, та інших видах діяльності, що пов’язані з багатоступеневим процесом виробництва й потребують великої концентрації уваги працівників.

Рис. 2.26. Автоматичний рубильник-вимикач

Рис. 2.27. Автоматичне поливання газонів

Складовою частиною автоматизації є роботизація.

Робот — автоматичний пристрій, створений за принципом живого організму й призначений для виконання виробничих та інших операцій, який діє за заздалегідь закладеною програмою та отримує інформацію про зовнішній світ від датчиків.

Це цікаво

Киянка Вероніка Ніколаєва в 6 років стала учасницею Всесвітньої олімпіади з робототехніки в Данії в дружньому турнірі. Зараз вона продовжує вивчати робототехніку та мріє стати науковицею.

Сторінками історії

У 1495 р. Леонардо да Вінчі вперше сформулював ідею «механічної людини», інакше кажучи — робота. За задумом майстра, цей пристрій мав являти собою манекен у лицарських обладунках, здатний відтворювати кілька людських рухів. Перший механічний пристрій, віддалено схожий на запропонований да Вінчі, сконструював французький механік Жак Вокансон у 1738 р.

А термін «робот» (від спільного для слов’янських мов слова «робота») на позначення механічних людей уперше вжив чеський письменник Карел Чапек у п’єсі «R.U.R.» на початку XX ст.

Для сучасного виробництва потрібно чимало механічних рук роботів — для завантаження й транспортування різноманітних штучних об’єктів, виконання зварювальних процесів, контролювання продукції тощо. Промислових роботів створено на основі кібернетики, тобто на базі найпрогресивніших методів науки, техніки та технологій.

Рис. 2.28. Зварювальний робот

Рис. 2.29. Роботизована техніка на заводі Volkswagen

Застосування роботів дає змогу скоротити основний (машинний) час для більшості операцій.

Артгалерея

Johnny 5 («Коротке замикання», 1986) — перевихований бойовий робот

Wall Е («Валл І», 2008) — маленький робот-прибиральник сміття

Термінатор («Термінатор») — кіборг-убивця (1984) та робот-захисник (1991, 2003)

Артгалерея

Робокоп («Робокоп», 1987) — кіборг-поліцейський

R2D2 («Зоряні війни», з 1977) — навігаційний дроїд

СЗРО («Зоряні війни», з 1977) — робот, що знає 2 млн мов

Чаппі («Робот на ім’я Чаппі») — робот-вундеркінд, здатний відчувати і думати

Sonny («Я, робот», 2004) — робот, здатний відчувати емоції, не закладені в його програмі

Сталевий гігант («Сталевий гігант», 1999) — робот-зброя, але водночас і захисник

Зазвичай роботи запрограмовані на виконання завдань, які не може виконати людина. Як правило, це праця з отруйними речовинами або в небезпечному для життя людини середовищі. Роботи мають справу з радіоактивними матеріалами, працюють під водою, досліджують поверхні інших планет.

Перлини мудрості

Те, що сьогодні наука, — завтра техніка.

Едвард Теллер, американський фізик

Це цікаво

«Батьком» робототехніки вважають американського письменника-фантаста Айзека Азімова (1920-1992). Саме він у своєму оповіданні «Я, робот» (1941) сформулював три так звані закони робототехніки — обов’язкові «правила поведінки» для роботів, які є наскрізною темою його оповідань:

1. Робот не може заподіяти шкоду людині або своєю бездіяльністю дозволити, щоб людині було заподіяно шкоду.

2. Робот повинен підкорятися наказам людини, окрім тих, які суперечать першому пункту.

3. Робот повинен захищати самого себе, якщо тільки його дії не суперечать першому і другому пунктам.

Письменник вигадав особливу професію робопсихолога — спеціаліста, який на основі трьох законів робототехніки інтерпретує поведінку роботів. Айзеку Азімову також належить термін «робототехніка» (англ. robotics), який переріс сферу наукової фантастики й увійшов у реальне життя.

Наприкінці свого життя в романах із циклу «Заснування» Азімов запровадив четвертий, або нульовий закон робототехніки: «Робот не може заподіяти своїми діями чи бездіяльністю шкоду людству».

Також існує безліч типів роботів, здатних вирішити різні повсякденні завдання та допомогти людині впоратися з побутовими домашніми справами. До таких пристроїв належать робот-мийник вікон, робот-пилосос, робот-газонокосарка, робот-чистильник басейнів, робот-офіціант, робот для моніторингу будинку, робот-очищувач повітря тощо.

Рис. 2.30. Робот-мийник вікон

Рис. 2.31. Робот-пилосос

Це цікаво

Щороку в різних країнах проходить Всесвітня олімпіада з робототехніки — World Robot Olympiad (WRO) — одна з найбільших олімпіад світу для учнів, студентів і дорослих. Робототехніка — чудова платформа для здобуття навичок, необхідних у XXI ст. Розв’язання робототехнічних задач дає початок інноваціям і креативності, які згодом знайдуть відображення в науці, інженерії та комп’ютерному програмуванні.

Перші змагання з робототехніки відбулися в 2004 р. в Сінгапурі, де було представлено 12 країн і 4 тис. команд. Зараз у них бере участь понад 20 тис. команд з майже 60 країн, у тому числі з України.

Щорічний Всеукраїнський фестиваль ROBOTICA є національним відбірковим етапом до участі у WRO.

Останнє покоління роботів представлене пристроями зі штучним інтелектом, які можуть діяти розумно без втручання людини.

Це цікаво

Людиноподібна роботеса Софія, розроблена гонконзькою компанією Hanson Robotics, набула неабиякої популярності завдяки своїй подібності до людини, набору мімічних реакцій із 60 емоцій і неоднозначними висловлюваннями під час публічних дискусій. Її спроєктовано таким чином, щоб навчатися та адаптуватися до людської поведінки, а також працювати з людьми. Із Софією відбулося безліч зустрічей в усьому світі (у 2018 р. її презентували в Києві). У жовтні 2017 року вона стала підданою Саудівської Аравії, а отже, першим роботом, що отримав громадянство якоїсь країни.

Новітні досягнення науки, техніки та технології

Компанія Toyota (Японія) нещодавно успішно завершила перші випробування робота Human Support Robot (HSR), розробленого для допомоги людям з інвалідністю в повсякденному житті.

22-річний українець Антон Головаченко отримав нагороду на міжнародному конкурсі Robot Launch 2016 зі своїм проєктом бюджетного екзоскелета UniExo, який дає людям з інвалідністю та захворюваннями опорно-рухового апарату можливість повноцінно пересуватися.

Сьогодні автоматизація виробництва неможлива без застосування комп’ютерів, які дають змогу зробити інформаційні й технологічні процеси ефективнішими. У наш час відбувається широке впровадження комп’ютерів у різні сфери людської діяльності. Наприклад, для:

управління технологічними процесами, транспортом, виробництвом і передаванням енергії та іншими виробничими процесами;
проєктування складних об'єктів; планування, обліку й обробки статистичних даних, організаційно-адміністративного управління;
проведення наукових досліджень, навчання, діагностування тощо).

Перлини мудрості

Так, неминучим результатом роботизації стане скорочення робочих місць для людей. Однак люди також стануть вільнішими та зможуть присвячувати себе іншим заняттям.

Пітер Тіль, американський бізнесмен, мільярдер, венчурний інвестор, співзасновник платіжної системи Pay Раl, член ради директорів Facebook

Створено в Україні

Віктор Михайлович Глушков (1923-1982) — український учений, піонер комп’ютерної техніки.

Запропоновані ним розробки «око-рука», «читаючий автомат», «самоорганізуюча структура» поклали початок новим прикладним технологіям, унікальним розробкам, пов’язаним зі створенням так званого штучного інтелекту.

Поширення комп’ютерів відіграло неабияку роль у розвитку суспільства. Автоматизація обробки інформації дає змогу за лічені секунди виконати роботу, на яку раніше було потрібно тижні, інформування керівників про стан підприємств і робочих місць теж відбувається миттєво.

Це цікаво

Наймолодший програміст і робототехнік

Виходець з Індії Рохан Агравал (Купертіно, Каліфорнія, США) почав займатися програмуванням з 4 років. Він вивчав HTML і в 5 років створив свій перший вебсайт. На шостий день народження батьки-інженери купили йому буклет із цифровими схемами і комплект деталей для збирання. Рохан відточував свої навички, відвідуючи клуб робототехніки. У 9 років він отримав радіолюбительську ліцензію й розпочав вивчення плат Arduino. У 12 років юний програміст-самоук почав свій штурм робототехніки в компанії OLogic, що спеціалізується на дослідженнях і проєктуванні робототехніки в галузі споживчої електроніки та іграшок. Серед клієнтів OLogic такі компанії, як Google, Disney і Hasbro. Рохан також є засновником консалтингової компанії Аlеорilе, яка спеціалізується на робототехніці, вебдизайні та друкованих платах.

На розроблення нових проєктів так само витрачають набагато менше часу, адже сучасні комп’ютери здатні підтримувати складне графічне програмне забезпечення й обробляти великі масиви даних.

Робота в парах або групах

Обговоріть питання застосування автоматичних систем, комп’ютеризації та роботизації технологічних процесів на підприємствах вашого (або найближчого) міста. Організуйте дослідження, проведіть пошук інформації, створіть мультимедійну презентацію.

У виготовленні виробів етнодизайну тобі теж стануть у пригоді сучасні комп’ютерні програми та застосунки. Це, зокрема, 3D-конструктори.

Marvelous Designer — програма для створення тривимірних елементів одягу та інших виробів із тканини та шкіри: штор, покривал, оббивки диванів та ін.

Рис. 2.32. Можливості програми Marvelous Designer

Створення схем для вишивки хрестиком — складний і трудомісткий процес. Однак з появою комп’ютерних програм цей процес значно полегшився. Сучасні програми, які допомагають розробити схеми для вишивання: Pattern Maker, PCStitch, Stitch Art Easy, Embrobox та ін.

Програму Pattern Maker призначено для створення й перегляду схем для вишивки хрестиком у форматі xsd. За її допомогою вподобану картинку можна легко перетворити на схему для вишивки хрестом. Програма має безліч корисних функцій: вибір видів стібків; кольорів ниток різних фірм; редагування на свій смак кольору і символів для його позначення; інформацію (ключ) до схеми тощо.

Рис. 2.33. Програма Pattern Maker та її можливості

Програму PCStitch призначено для створення й перегляду схем для вишивки хрестиком у форматі pat. Вона допомагає розробити власну схему чи перетворювати на схему будь-яке зображення, дає можливість використання різних варіантів колірної гами, вибору стібків і символів, роздруку й експортування схеми в інший формат тощо.

Рис. 2.34. Програма PCStitch

Embrobox — один з найбільш доступних і зручних графічних редакторів, що допомагає створювати схеми для вишивання хрестиком. Він дозволяє автоматично перетворювати на схеми будь-які зображення (фотографії або малюнки). Потрібно лише завантажити зображення в програму, а вона сама добере кольори, відтінки-аналоги ниток різних виробників, здійснить розрахунок довжини ниток, розміру майбутнього малюнка на канві й навіть розрахує собівартість матеріалів.

Рис. 2.35. Розроблення схеми для вишивки в програмі Embrobox

Програма Stitch Art Easy створює схеми для вишивання за будь-яким зображенням, здійснює друк, а також експорт схеми в редактор Microsoft Excel. На відміну від попередніх, у цій програмі є лише основні, прості та зручні у використанні функції. У процесі підготовки схеми (у кольоровому або чорно-білому варіанті) програма може змінювати розмір вихідного зображення, зменшувати кількість використовуваних кольорів тощо.

Рис. 2.36. Можливості програми Stitch Art Easy

Створено в Україні

Ornament Name — єдиний онлайн-конструктор для створення унікального національного українського орнаменту з літер українського алфавіту. Орнамент збирають з букв і символів за правилами, розробленими й описаними в книзі «Текстова вишивка. Бродівське письмо» Володимира Підгірняка.

Інтерфейс програми Ornament Name

Також існує чимало програм для створення схем в’язання гачком та спицями (Crochet Stitch Software, Creative Design Chart Maker, ISO Crochet Pattern, Filet DB-Bead Designs та ін.).

Програмне забезпечення не лише створює розрахункову схему, а й надає друковану версію готового проєкту, що дає змогу побачити вигляд моделі. Програми також можуть зазначати список, номери і коди кольорів ниток, необхідні для роботи.

Є свої програми та застосунки для макраме, квілтингу тощо.

Рис. 2.37. Створення схеми для в’язання за допомогою комп’ютерної програми

Завдання. За допомогою комп’ютерних програм розроби виріб та його оздоблення в техніках декоративно-ужиткового мистецтва. Зверни увагу на те, наскільки складним та ефективним виявився цей процес. Оціни отриманий результат.

Робота в парах або групах

Складіть переліки програм і застосунків для обраного виду декоративно-ужиткового мистецтва.

Перевір себе та поміркуй

1. Які переваги автоматизації виробництва?
2. Яка користь від роботизації в сучасних технологічних процесах?
3. Як застосовують комп’ютерну техніку в сучасних технологічних процесах?
4. Чому сучасні технологічні процеси неможливо уявити без автоматизації, комп’ютеризації та роботизації?
5. Як сучасні автоматичні системи допомагають виконувати домашню роботу?
6. Визнач, у яких ще галузях життєдіяльності людини потрібні автоматизовані системи.
7. Придумай новий автоматичний пристрій, який допомагав би виконувати побутові справи.
8. Намалюй свою кімнату, оснащену найсучаснішими автоматичними системами.

Твоя проєктна діяльність

Теми інформаційних, дослідницьких, пошукових проєктів