Трудове навчання (технічні види праці). 9 клас. Туташинський

Розділ 3. Основи техніки, технологій і проектування

Вивчаючи цей розділ, ви дізнаєтеся про:

- автоматизацію, комп'ютеризацію та роботизацію технологічних процесів; - застосування автоматичних пристроїв у побуті та у виробництві;

- використання методу біоніки у проектуванні.

Ви станете компетентнішими у професійному самовизначенні та навчитеся проектувати свою майбутню професійну діяльність.

§ 6. Автоматизація, комп’ютеризація та роботизація технологічних процесів

• 1. Як ви вважаєте, для чого необхідні автоматичні пристрої?
• 2. Чи може робот замінити людину?

Сучасний рівень і перспективи розвитку виробництва, підвищення рівня життя людей нерозривно пов'язані з автоматизацією, комп'ютеризацією та роботизацією технологічних процесів. Із кожним роком дедалі більше робіт на виробництві та в побуті виконують автоматичні пристрої та машини. Автоматизація технологічних процесів надає можливість полегшити працю людей.

Мал. 42. Автоматичні машини і пристрої: а) пральна машина-автомат; б) торгівельний автомат; в) автоматичний вимикач електричного струму

Автоматизація — це напрям розвитку сучасної техніки і технологій, який характеризується звільненням людини не тільки від затрат мускульної енергії для виконання рухів, пов'язаних з виробничим процесом, а й від оперативного керування відповідними пристроями, машинами і процесами.

В автоматизованих виробництвах працю людей заміняють машини-автомати, комп'ютери та роботи.

Мал. 43. Сучасне автоматизоване виробництво на Запорізькому автозаводі

Робота автомата залежить від програми - певної послідовності дій, яку задає людина. Програма роботи автоматичного механізму чи пристрою може бути закладена в його конструкцію у механічних годинниках, терморегуляторах прасок, запобіжниках і автоматичних вимикачах електричного струму.

У машинах-автоматах, які виконують певну роботу, програма вводиться ззовні за допомогою носіїв інформації.

Робота автоматами здіснюється за допомогою елементів автоматики - блоків автоматичної системи керування, кожен із яких має своє призначення і забезпечує здійснення певних процесів. Наприклад: передавання сигналів для автоматичного ввімкнення освітлення чи сигналізації, виконання технологічних операцій з оброблення деталей виробу, відкривання або закривання водопровідного крана тощо.

Сигнали від задавального (що задає програму дій) блока передаються до керівного блока, який управляє роботою автомата і надсилає команди до виконавчого блока. Машина або механізм, яким керує елемент автоматики називається керованим об'єктом. За такого керування технологічним процесом керівний блок і об'єкт керування (керований блок) утворюють автоматичну систему керування (АСК). За принципом дії автоматичні системи керування поділяються на системи з розімкнутим і замкнутим колом впливу (мал. 43)

Мал. 44. Автоматичні системи керування: а - з розімкнутим колом впливу; б - із замкнутим колом впливу.

Автоматичною системою із розімкнутим колом впливу називають таку, в якій вхідними є тільки зовнішні дії керівного пристрою. Ці дії визначені раніше і не залежать від справжнього стану керованого об'єкта або процесу. Таку систему використовують лише для керування простими процесами, які відбуваються в одних і тих самих умовах і у визначеному порядку.

Автоматичною системою із замкнутим колом впливу називають таку, в якій вхідними для керуючого пристрою є як зовнішні, так і внутрішні (контрольні) дії. Приклад замкнутої системи - автоматична система регулювання. В ній керівні дії виробляються внаслідок порівняння справжнього значення певного параметру з наперед заданим його значенням. Пристрій, що виконує функцію регулювання, називається автоматичним регулятором.

Автоматичні системи керування класифікують за принципом керування об'єктом або технологічним процесом та керівного впливу на них. У залежності від керівного впливу на об'єкт АСК поділяються на стабілізаційні, програмні і слідкуючі.

Стабілізаційна автоматична система підтримує керовану величину постійно. Наприклад, підтримування на заданому значенні температури в будинку, автомобілі, цеху та інших фізичних параметрів.

Програмна автоматична система змінює керовану величину відповідно до раніше заданої послідовності змін у часі. Наприклад, зміна температури і вологості повітря в приміщенні відповідно до заданих режимів. Програма може задаватись комп'ютерною програмою, термометром, іншими засобами.

Слідкувальна автоматична система змінює керовану величину залежно від значення системи. Така система має здатність слідкувати за змінами, які відбуваються в якому-небудь процесі. Наприклад, зміна діаметра оброблюваної деталі, її довжини тощо.

Системи автоматичного керування широко застосовують у всіх галузях промисловості не тільки для керування верстатами, а й для контролю якості оброблення деталей, їх сортування тощо.

Прикладом розімкнутого кола впливу є автоматичні лінії - сукупність машин-автоматів, які в певній послідовності, автоматично, без участі людини виконують технологічні операції. Кожен верстат, виконавши певну технологічну операцію, передає деталі іншому верстату за допомогою автоматичного пристрою. Керування автоматичною лінією, а також контроль усіх технологічних операцій здійснюється з пульта керування. Проте в разі будь-якої неполадки на автоматичній лінії вимагатиметься припинення технологічного процесу і втручання людини. Наприклад: за поломки верстата оператор технологічної лінії отримує сигнал про збій у роботі керованого об'єкта (верстата). У цьому випадку розмикається коло технологічного процесу. З пульта керування оператор автоматичної лінії повідомляє про поломку верстата наладнику, який здійснює налагодження та ремонт технологічних машин.

Для автоматичної заміни інструментів, усунення інших неполадок, налагодження технологічних процесів вже сконструйовано також такі автомати, у яких зазначені проблеми вирішуються автоматичними пристроями. Вони без втручання людини можуть замінити інструмент, що вийшов з ладу, на інший, переналагодити автоматичне виконання певного технологічного процесу тощо. Тобто сприймальний блок зафіксує певну неполадку, вибере автоматично рішення, подасть відповідну команду на керівний блок, який виконає певні дії для усунення неполадок. Такі автомати називаються автоматами з числовим програмним управлінням.

Ще більш досконалими є гнучкі виробничі системи, що забезпечують універсальність і можливість швидкого переналагодження виробництва для виготовлення нової продукції, виконання інших технологічних операцій.

Пошук нових технологій виконання тяжких, монотонних, шкідливих для організму людини робіт привів до створення промислових роботів.

Промисловий робот - це автономно функціонуюча машина-автомат, яка призначена для відтворення деяких рухових функцій людини під час виконання допоміжних і основних виробничих операцій без її безпосереднього втручання.

Незважаючи на різноманітність конструкцій, у промислових роботах можна вирізнити кілька основних функціональних елементів (мал. 46). Основа 1, за допомогою якої промисловий робот жорстко встановлюється поблизу основного технологічного устаткування, кріпиться на станині цього устаткування або переміщається по напрямних уздовж устаткування, яке обслуговується роботом. У корпусі монтуються приводи робочих органів. Корпус зв'язує всі органи робота, визначає компоновку, габаритні розміри та його функціональні можливості.

Мал. 45. Робот із маніпулятором.

1 - основа;

2 - робочий орган;

3 - захватний пристрій.

Мал. 46. Будова маніпулятора.

Для налагоджувальних переміщень робочого органу робота він оснащується керівним пристроєм, який формує і видає керуючі дії (команди) виконавчому пристрою відповідно до заданої програми керування.

За принципом керування промислові роботи поділяються на чотири види або, по-іншому, на чотири покоління: жорстковбудовані, програмовані, адаптивні, інтелектуальні.

Жорстко вбудовані роботи - це автомати з двома або кількома ступенями рухомості маніпулятора. Його «рука» жорстко пов'язана з технологічним устаткуванням. Такі роботи застосовують у монотонних або небезпечних для здоров'я людини умовах, а також у масовому виробництві однотипних деталей.

Програмовані роботи одноманітно повторюють рухи (команди), задані програмою, наприклад, штампування заготовок для надання їм визначеної форми.

Адаптивні роботи в ході виконання технологічної операції залежно від обставин можуть перепрограмовуватись (адаптуватись) автоматично. Наприклад, якщо до верстата надійшла заготовка, що має відхилення в розмірах, робот вибраковує її і захоплює іншу заготовку.

Найдосконалішими є інтелектуальні роботи. Вони можуть аналізувати ситуації, вибирати рішення, розв'язувати задачі, навчатися. Їх ще називають роботами зі штучним інтелектом. Такі роботи застосовуються для дослідження космосу, океану, в зонах високого радіаційного забруднення. Нині такі роботи набувають широкого використання у виробництві. Вони дають можливість виготовляти якісну продукцію, знижувати її собівартість, виконувати різні виробничі операції в недоступних для людини місцях, можуть самостійно контролювати технологічні процеси та вибирати необхідні рішення. За такими роботами майбутнє.

Залежно від призначення роботи умовно поділяють на промислові, сільськогосподарські, медичні, військові, космічні та інші. У всіх випадках робот — це машина, яка виконує технологічні операції, подібні до тих, що й людина, але без її участі. При цьому оператор спостерігає за її роботою і при необхідності контролює її виконання, вдосконалює технологічний процес.

Наприклад, на автомобільних заводах роботи виконують зварювальні операції, фарбують автомобілі, транспортують їхні складані одиниці. У лікарнях медичні роботи допомагають виконувати складні хірургічні операції, рятувати найдорожче - життя і здоров'я людей. Космічні роботи досліджують інші планети та неосяжний космічний простір.

Механічна система робота може виконувати функції, подібні до тих, що виконує рука людини. У техніці вона має назву маніпулятора.

Мал. 47. Використання маніпулятора у виробництві

До безперечних переваг сучасної „механічної руки” треба віднести те, що вона без утоми може велику кількість разів здійснювати одні й ті ж операції, не допускаючи похибок.

Із застосування промислових роботів, які замінили людину на операціях, завантаження та розвантаження, транспортування заготовок і деталей між верстатами, заміни інструментів на верстатах, контролю оброблених деталей та їх складування почалося створення гнучких виробничих систем. Вони можуть автоматично переналагоджувати всі об'єднані між собою технологічні машини та устаткування в разі переходу від випуску одного виробу до іншого.

Гнучка виробнича система (ГВС) - комплекс технологічного і допоміжного устаткування, пов'язаного єдиною системою автоматичного керування з комп'ютера для виконання різних технологічних операцій.

Використання гнучких виробничих систем, автоматизація, комп'ютеризація та роботизація технологічних процесів надають можливість виготовити більше продукції вищої якості з мінімальними затратами фізичної енергії людини в умовах безпечної праці. Тому завданнями сучасного підприємства є його автоматизація та запровадження нових технологій виробництва з використанням промислових роботів та комп'ютерної техніки.

Вже сконструйовано роботи, якими можна обладнати робоче місце будь-де. Вони можуть обстежувати мінні поля, проводити розвідку, виконувати роботу в забрудненій радіацією місцевості, заступати руки людини.

Мал. 48. Робот-дрон

Мал. 49. Біонічний маніпулятор

Роботи та інші машини-автомати також можуть виконувати різні домашні справи: мити посуд, прати, сушити білизну, прасувати, допомагати у створенні комфортних умов життя.

Дедалі ширше застосування в технологічних процесах виробництва та в побуті знаходить комп'ютерна техніка.

Комп'ютери застосовуються на всіх етапах сучасного виробництва — від проектування виробу до його реалізації.

Застосування комп'ютерів на етапі проектування виробу вивільняє людей від виконання ескізів і креслеників, надає можливість суміщати роботу дизайнера, конструктора, кресляра і технолога.

На основі комп'ютерної техніки створено креслярсько-графічні автомати, які швидко і точно виконують кресленики. Автомат об'єднує комп'ютер, пристрій для введення графічної інформації, графічний дисплей, принтер і електромеханічний графопобудовник. Автоматизоване робоче місце (АРМ) надає змогу вивільнити людину від виконання малопродуктивних операцій та автоматизувати проектно-технологічні роботи.

Людино-машинний комплекс, який забезпечує поєднання знань, досвіду, винахідливості людини та роботу комп'ютера з метою автоматизації проектування і вивільнення на основі цього людини для творчих процесів, називається системою автоматизованого проектування (САПР).

Автоматизація проектування прискорює розроблення конструкторської документації та підготування виробництва і підвищує якість роботи.

Автомат, автоматизація, комп'ютеризація, роботизація, робот, маніпулятор.

СЛОВНИК НОВИХ ТЕРМІНІВ

Автомат - пристрій, машина, апарат або прилад, що діє без участі людини.

Робот - повністю автоматизована машина, призначена для заміни людини у виконанні робіт.

Робот-маніпулятор - різновид робота, що заміщає людину у виконанні певних технологічних операцій у виробничому процесі.

Маніпулятор - пристрій, що копіює рух пальців, заступає руки людини та управляється на відстані в разі неможливості безпосереднього контакту людини з об'єктом (заготовкою, речовиною, деталлю тощо).

ЗАПИТАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ

• 1. Наведіть приклади автоматизації, комп'ютеризації та роботизації технологічних процесів.
• 2. Які є види роботів? Де вони застосовуються?
• 3. Для чого застосовуються автоматичні пристрої?
• 4. Яке призначення має маніпулятор?
• 5. Яких переваг у виготовленні виробів можна досягти завдяки автоматизації виробництва?

Практична робота

1. Проаналізуйте технологію виготовлення одного з комплексних виробів (полички, ключниці, сувенірної продукції тощо).

2. Запропонуйте, які технологічні операції можна механізувати, автоматизувати чи виконати за допомогою комп'ютера під час виготовлення комплексного виробу.

3. Які технологічні машини знадобляться для запропонованої вами технології виготовлення комплексного виробу?

4. Запропонуйте проект маніпулятора-робота, який міг би передавати заготовки від одного робочого місця до іншого.

Для найдопитливіших

Автомат - у перекладі з грец. означає самодіючий. У Стародавній Греції так називали механізми, пристрої, іграшки, які могли самостійно, без явної участі людини виконувати певні дії.

Слово „робот” першим вжив у 1920 році чеський письменник Карел Чапек у творі „РУР” (Россумські універсальні роботи). Воно походить від слова робота, що чеською та українською мовами звучить однаково. У творі „РУР” батьки створили людиноподібну істоту, здатну служити людям. Цю істоту було названо „роботом”.

Конструктори сучасних роботів прагнуть, щоби він виконував якомога більше рухових функцій із загалу тих, що притаманні людині. Спробуйте уявити таке: під кутом зору механіки руку людини можна визначити як просторовий багатоланковий шарнір із числом ступеней рухомості, що дорівнює 27. Механічна система робота також є багатоланковим механізмом. Для промислових роботів оптимальним варіантом числа ступенів рухомості маніпулятора є число 6 (мал. 50).

Мал. 50. Ступені рухомості руки людини та маніпулятора робота

У більшості промислових роботів три ступені рухомості (1—3) використовуються для переміщення або перенесення деталей, а інші три (4—6) - для установлення їх у певній орієнтації для оброблення чи виконання визначеної роботи. За аналогією з рукою людини маніпулятор робота складається з механічного плеча, передпліччя та зап'ястя з кистю, на якій закріплюються змінні робочі інструменти.

Мал. 51. Віктор Михайлович Глушков

Вагомий внесок у розвиток автоматизації виробництва в Україні зробив Віктор Михайлович Глушков (1923— 1982). Він — основоположник інформаційних технологій в Україні. Під його керівництвом вченими Інституту кібернетики Національної академії наук України було розроблено теорію автоматів та електронно-обчислювальних машин, автоматизованих систем керування та систем оброблення даних.