Трудове навчання (обслуговуючі види праці). 9 клас. Терещук

Розділ 3

ОСНОВИ ТЕХНІКИ, ТЕХНОЛОГІЙ ТА ПРОЕКТУВАННЯ

§ 22. Автоматизація, комп'ютеризація та роботизація сучасних технологічних процесів

Пригадайте...

• Наведіть приклади механізації технологічних процесів. Яка роль людини в механізованих виробництвах?

Що таке автоматизація технологічних процесів

На Всесвітньому економічному форумі 2016 р. зазначали, що людство переживає технологічну революцію, яка докорінно змінить наш спосіб життя, роботи, навчання і спілкування. Нічого схожого досі не було, і як розвиватиметься та до чого приведе ця революція - теж невідомо. На наших очах відбувається автоматизація і роботизація галузей, які видавалися непідвладними машинам.

Автоматизація бере початок у механізації, оскільки автоматизація, з одного боку - це найвища форма механізації, а з іншого - перехід до самокерованих систем. На відміну від механізації, яка звільняє людину від тяжкої фізичної праці, автоматизація виробництва передбачає, що керувати машинами і механізмами мають прилади й автоматичні пристрої. Донедавна насамперед ішлося про спеціалізовані машини, що виконують одноманітні повторювані дії, наприклад на заводі.

Цілі автоматизації:

підвищення продуктивності праці;

поліпшення якості продукції;

зниження виробничих витрат;

підвищення безпеки.

Як зауважує C. Ліллі у книжці «Люди, машини й історія», при автоматизації машина обладнується автоматичними контрольними пристроями, які дозволяють їй ніби «спостерігати» за результатами своєї роботи і приймати «рішення», що їй робити далі. Таким чином машина набуває здатності самостійно виконувати низку складних операцій. І вона вже не потребує оператора. Роль людини зводиться до конструювання і створення машини та підтримки її у робочому стані.

Етапи автоматизації

У розвитку автоматизації виробництва умовно виділяють три етапи, протягом яких відбувся перехід від часткової до комплексної автоматизації.

• Вже перед Першою світовою війною з'явилися автоматизовані універсальні токарні верстати, на яких заготовка проходить послідовно 6-8 позицій, і на кожній такій позиції може відбуватися операція свердління, заточування, нарізання, розгортки.

І. Розробка, створення і використання у виробництві окремих робочих машин і верстатів-автоматів

У цей період з'явилися універсальні верстати з ручним управлінням, універсальні та спеціалізовані напівавтомати і автомати.

• Універсальний верстат - верстат, призначений для виконання багатьох технологічних операцій.

Автомат - машина (або їхня сукупність) здійснює за заданою програмою, без участі людини, процеси отримання, перетворення, передачі і використання енергії, матеріалу та інформації.

Напівавтомат - машина, що самостійно здійснює один повний робочий цикл і вимагає зовнішнього втручання лише для повторення циклу (наприклад, завантаження-розвантаження, встановлення заготовки тощо).

Спеціалізовані напівавтомати і автомати використовують для виробництва певних видів продукції.

Основи промислової автоматики почали закладатися в період першої промислової революції. Жозеф Марі Жаккард у 1805 р. створив автоматичний верстат, на якому за допомогою перфокарт можна було виробляти тканини із запрограмованим малюнком. Тільки у Франції протягом 7 років були введені в дію 10 тис. таких верстатів.

Іншою подією, що слугувала поштовхом до розвитку робототехніки, стало створення першої обчислювальної машини. На основі способу програмування, застосованого Жаккардом, ідею обчислювальної машини висловив і розвинув англійський математик, економіст і механік Чарльз Беббідж (1792-1871). Понад 35 років він працював над втіленням своєї ідеї. Розроблена в результаті аналітична машина за своїми структурними особливостями була вже комп'ютером у сучасному розумінні, мала майже ті самі функціональні блоки, а введення даних здійснювали за допомогою перфокарт. Цю машину не побудували через обмежені можливості тогочасної техніки, але Ч. Беббідж увійшов в історію як «батько обчислювальної машини».

ІІ. Розробка і впровадження систем автоматичних машин (автоматичних ліній), початок комп'ютеризації виробництва

За масового виробництва технологічний процес передбачав, що робоча деталь передається вздовж довгого ряду машин, кожна з яких виконує певну операцію (наприклад, фрезерування однієї площини, свердління тощо). У кожної машини був оператор, який мав передавати деталь з конвеєра на машину, закріплювати, вмикати привід та ін. - тобто людина виступала «підсобником» машини. Щоб оптимізувати процес, потрібно було забезпечити автоматичне переміщення деталі від машини до машини, вмикання і вимикання приводу тощо. 1954 р. американські інженери Джордж Девол і Джозеф Енгельбергер винайшли спосіб переміщення предметів між різними виробничими ділянками на основі керуючої програми на перфокартах, аналогічних до тих, що колись запропонував Ч. Беббідж.

• В Україні одна з перших автоматичних ліній почала працювати в 1947 р. на Харківському тракторному заводі. На ній обробляли головки циліндрів для гасових двигунів. Згодом на заводі стала до ладу автоматична лінія з обробки головок блоків циліндрів для дизельних двигунів ДТ-54.

• Автоматична лінія (АЛ) - це система машин, розташованих відповідно до послідовності технологічного процесу, що пов'язана єдиною транспортною системою, має єдину систему автоматичного керування і призначена для виконання всіх технологічних операцій без участі людини. Людина має виконувати початкове налагодження устаткування й усувати проблеми.

У цей період починається впровадження комп'ютерів у виробництво, що відбувалося у двох напрямах:

• створення систем комп'ютерного керування автоматами, верстатами з ЧПК (числовим програмним керуванням), автоматичними лініями, промисловими роботами;

• автоматизація обробки технологічної інформації (наприклад, САПР - система автоматизованого проектування).

Одним з результатів об'єднання електронно-обчислювальної машини і металообробного верстата стали верстати з ЧПК, які дозволяли без участі людини встановлювати заготовку, обробляти її різними інструментами і відправляти готовий виріб для подальшої обробки.

Поява систем програмування зумовила створення промислових роботів (ПР) - гнучкого обладнання, яке придатне до ефективної роботи в мінливих умовах.

• Промисловий робот - автономний пристрій, що складається з механічного маніпулятора (для відтворення рухових функцій руки людини) і системи керування, яку можна перепрограмовувати. ПР застосовують для переміщення об'єктів у просторі та для виконання різних виробничих операцій, наприклад зварювання, фарбування, складання, завантаження устаткування, переміщення тощо.

Робот, який активно взаємодіє із довкіллям, загалом має містити такі системи: керуючу, інформаційно-вимірювальну (сенсорну), систему зв'язку, виконавчу (моторну).

Слово «робот» вперше вжив як похідне від чеського слова robota - панщина, примусова праця, у п'єсі «R. U. R.» («Россумські універсальні роботи») чеський письменник Карел Чапек (1890-1938).

• Керуюча, або інтелектуальна система - «мозок» робота. Важлива функція цієї системи - розпізнавання ситуацій і моделювання середовища функціонування робота, планування дій і прийняття цілеспрямованих рішень, програмування та оптимізація рухів, а також організація спілкування робота з людиною і пристроями.

• Інформаційно-вимірювальна, або сенсорна система - «органи чуття» робота, призначені для сприйняття і перетворення інформації про стан довкілля і самого робота. Як елементи сенсорної системи використовуються телевізійні та оптико-електронні пристрої, лазерні та ультразвукові далекоміри, акустичні датчики, тактильні, контактні та індукційні датчики, а також датчики положення, швидкості, сил тощо.

• Система зв'язку - «мова» робота, слугує для передачі сигналів інформації між системами робота, а також для організації обміну інформацією між роботом і людиною або іншими роботами і пристроями.

• Виконавча, або моторна система - це пристрої, призначені для прямого впливу на навколишні об'єкти або взаємодії з ними відповідно до сигналів керування, що формулюються інформаційно-вимірювальною системою або безпосередньо оператором. Як елементи моторної системи використовуються приводи (двигуни), передавальні пристрої (передачі), маніпулятори та ін.

• Поштовхом до появи маніпуляторів промислового застосування став початок ядерної епохи. У 1947 р. в США під керівництвом Раймонда Гьорца розробили перший автоматичний електромеханічний маніпулятор з копіювальним управлінням, що повторював рухи людини-оператора і був призначений для переміщення радіоактивних матеріалів - роботи, яку не могла виконати людина.

ІІІ. Комплексна автоматизація

Комплексна автоматизація передбачає автоматичне виконання всіх виробничих операцій, включаючи допоміжні, транспортні, однак за людиною залишаються функції загального керування і контролю.

За повної автоматизації автоматизуються навіть функції загального керування і контролю.

Автоматизований розкрійний комплекс GERBER на швейній фабриці NUI VERY м. Харків

Роботизація як основа сучасної автоматизації

На сучасних автоматизованих виробництвах промислові роботи виконують безліч завдань: упакування та сортування продукції, маркування та нанесення етикеток, переробка та обробка харчових продуктів, полірування, зачищення, шліфування, завантаження верстатів, фрезерування і свердління, обслуговування ливарних машин, фарбування, нанесення клею і герметиків тощо.

З 2010 р. найбільше роботів використовує автомобільна промисловість. Однак на наших очах її почали стрімко наздоганяти інші галузі.

Промислових роботів використовують вже кілька десятиліть, але їхнє поширення стримувала висока ціна і негнучкість використання. Технологічні прориви, передусім у галузі програмного забезпечення, створили роботів, що здатні пристосовуватися до змін у виробничому циклі.

• Джозеф Енгельбергер, засновник і президент першої у світі робототехнічної фірми Unimation, якого визнають «батьком сучасної промислової робототехніки», вважає, що фахівці, створюючи сучасних роботів, мають дотримуватися законів робототехніки, які сформулював американський вчений і письменник-фантаст Айзек Азімов.

Три закони робототехніки (1942)

1. Робот не може зашкодити людині або своєю бездіяльністю сприяти заподіянню їй шкоди.

2. Робот має виконувати накази людини, крім тих, які суперечать першому закону.

3. Робот має забезпечувати власну безпеку, крім тих випадків, коли це суперечить першому і другому законам.

Водночас роботи дешевшають - настільки, що їх стає вигідно використовувати навіть у країнах із традиційно дешевою робочою силою. А європейські й американські компанії переносять свої потужності ближче до споживачів продукції.

Донедавна автомати і роботи створювали як знаряддя праці. Мартін Форд, автор бестселера «Повстання роботів», звертає увагу на таке: якщо раніше працівник завдяки автоматизації отримував досконаліші інструменти для роботи, які підвищували його продуктивність, а отже, й добробут, то тепер роботи самі стають працівниками, що забирають робочі місця у людей. Автоматизація та високі технології починають конкурувати з людиною - передусім там, де йдеться про одноманітну фізичну й розумову працю.

Використання промислових роботів за галузями, 2013-2015 рр. Джерело: World Robotics, 2016

Роботи наступають

Нове покоління роботів, що мають надчутливі сенсори, підвищену мобільність, здатність навчатися, завойовують дедалі більше сфер.

ударний безпілотник MQ-1 Predator

робот-пиловсмоктувач iRobot

роботи Savioke працюють у готелях: розвозять білизну, рушники тощо.

роботи Kiva на складах Amazon пересуваються зі швидкістю 7,5 км/год, можуть перевозити вантажі 280 кг і в 4-5 разів ефективніші за працівників.

Комп'ютеризація швейного обладнання

Комп'ютеризація торкнулася багатьох сфер життя людини, не пройшла вона і повз швейне обладнання. Дуже поширеним є автоматизований розкрій тканини із впровадженням систем автоматизованого проектування (САПР). Інноваційна САПР для швейної фабрики - це досить складна програмно-технічна система, яка дозволяє автоматизувати деякі види робіт на різних стадіях виробництва одягу і дає можливість суттєво спростити процес створення одягу, зменшивши його тривалість і збільшивши продуктивність.

Сучасні швейні машини побутового та професійного призначення, оснащені комп'ютером, суттєво спростили їхню експлуатацію, скоротили час виконання операцій, підвищили якість роботи і забезпечили більш високу продуктивність.

Швейна машина з комп'ютерним керуванням

Переваг сучасних електронних машин перед традиційними механічними або електромеханічними дуже багато. Всі необхідні операції закладені в мікропроцесор, кількість їхня варіюється від 20 до 100. Багато моделей машин оснащені рідкокристалічним дисплеєм, за допомогою якого здійснюється повноцінне керування всіма процесами шиття.

Розширити можливості швейного виробництва здатні комп'ютерні швейно-вишивальні машини. Вони оснащені блоком для вишивання, мають підключення до комп'ютера та можуть самостійно створити будь-який візерунок. Функція оператора полягає лише в тому, щоб вчасно міняти колір нитки та заправляти тканину в п'яльці. Така апаратура створює візерунки в техніці рішельє, гладь, мережка, хрестик та інші. Повністю комп'ютеризована машина має необмежені можливості, створює понад 10 видів петель, виконує 500 робочих і декоративних операцій. Виробник зацікавлений у своїх клієнтах, тому з кожним роком удосконалює своє обладнання і прямує у бік полегшення праці людини.

Вишивальна машина з комп'ютерним керуванням

Застосування комп'ютерної техніки в побуті

• Пригадайте, як використовують комп'ютери у конструюванні швейних виробів. Які існують комп'ютерні програми для конструювання швейних виробів? З якими з них ви працювали?

Сьогодні на ринку програмних продуктів представлена велика кількість САПР закордонного й вітчизняного виробництва, які здатні забезпечити автоматизоване виконання всіх етапів проектування швейного виробу: від створення ескізу за допомогою графічних редакторів до вдягання віртуального виробу на електронний манекен. Створюють ескізи та технічні рисунки моделей одягу за допомогою спеціальних програм - графічних редакторів, серед яких широко відомі Corel Draw, Adobe Illustrator тощо.

У мережі Інтернет є програми, які працюють у режимі онлайн. Знявши мірки та обравши модель, можна за допомогою програми побудувати викрійку. Інший тип програм, які допоможуть побудувати викрійку, потребує встановлення на комп'ютер. Проте й можливості у них більші. Серед великої кількості можна виокремити такі системи, найпростіші в користуванні: «Грація», «Леко», Grafis, «Компас-3D», «Закрійник», Red Cafe, Optitex та ін. З ними ви знайомилися у 8-му класі. Але є ще програми, якими можна користуватися, займаючись різними техніками рукоділля:

• Програми для перегляду і створення схем вишивки.

Якщо ви хочете самостійно розробити схему вишивки хрестом, наприклад за світлиною або малюнком, це можна зробити за допомогою спеціальних програм для вишивки хрестом, які є в Інтернеті. Найбільш зручні з них Pattern Maker, PCStitch, PATCrossStitchPro.

Існують сайти, на які можна просто завантажити малюнок, задати бажану кількість хрестиків по ширині й висоті, кількість кольорів і отримати готову схему.

• Калькулятор рівномірного додавання або зменшення кількості петель.

Калькулятор розраховує рівномірне додавання або зменшення петель на початку і в кінці ряду. Додаток не вимагає встановлення на комп'ютер і працює в браузері (Opera, Mozilla Firefox, Google Chrome, Internet Explorer та ін.). Тепер з'явилася можливість додавати або убавляти петлі тільки зліва, тільки справа або з обох боків одночасно. За допомогою калькулятора ви зможете визначити, скільки петель у яких рядах потрібно додавати або зменшувати, щоб отримати необхідну деталь виробу.

• Програма DB-BEAD для складання схем візерунків для в'язаних джгутів. Вона безкоштовна та легка в освоєнні, але доступна тільки англійською і німецькою мовами.

• Принтери з технологією 3D-друку поступово освоюють галузь виробництва одягу, передусім виробництво дизайнерських моделей. На Тижні високої моди в Парижі нідерландський модельєр Айріс Ван Херпен представила колекцію «Напруга», всі моделі якої були створені за допомогою 3D-принтеpa. Ця технологія дає змогу використовувати для виготовлення одного предмета одягу кілька різних матеріалів. Такий підхід дозволяє вирішити проблеми, пов'язані з міцністю та еластичністю речей. Одяг, надрукований 3D-принтером, поки що можна побачити тільки на показах мод. Але, можливо, в недалекому майбутньому ми зможемо, не виходячи з дому, надрукувати собі нову сорочку, вечірню сукню або навіть шубу.

Зразки тканини та одяг, надруковані 3D-принтером

Запитання та завдання для повторення

• 1. Що таке автоматизація технологічних процесів?
• 2. Що таке автоматична лінія?
• 3. Схарактеризуйте етапи автоматизації виробництва.
• 4. Наведіть приклади автоматизації, комп'ютеризації та роботизації технологічних процесів.
• 5. Обґрунтуйте застосування автоматичних пристроїв на виробництві й у побуті.

Творче завдання

Користуючись інформаційними джерелами, складіть каталог комп'ютерних програм для вишивання, в'язання гачком, в'язання спицями, печворка, плетіння бісером тощо.

Створіть презентацію.