Автоматика на моделях

Автоматика на моделях

Выступление на м/о

Автоматические устройства являются символом 21 века, но мало кто знает, что они ведут свою родословную с древних времен.На самой заре своего развития человек пытался использовать различные приспособления, действующие без его участия, то есть самостоятельно. Древнегреческое слово «автоматика» и обозначает «самодействие». 

Первые автоматы: (эпоха античности VIII в. до н. э. — VI вв. н. э.)

– капканы и катапульты, которые приводили к выполнению запрограммированного конструкцией действия по команде человека или животного.  

Греческий изобретатель Филон Византийский (умер около 220 г. до н. э.) создал робота женского пола. Она держала кувшин с вином в правой руке. Когда на ее левой руке размещался кубок, она наливала в него вино и смешивала его с водой, если того пожелает хозяин. 

Описание многих интересных автоматов оставил нам смотритель библиотеки знаменитого Александрийского маяка Герон Александрийский (10 – 70 г.н.э.) в книге «Пневматика», написанной в I в.н.э. В ней показаны известные автоматы Древнего Египта, начиная со II в. до н.э., в том числе для продажи воды или вина, открывания дверей храма, зажигания священного огня и т. д.

Древние автоматы известны нам по рисункам Герона Александрийского, жившего между 250 и 150 годом до нашей эры. Неизвестны точные даты рождения и смерти этого замечательного древнегреческого ученого и изобретателя из города Александрии. Лишь почти через 2000 лет были найдены и переведены на современные европейские языки арабские списки его трудов. Далекие потомки узнали, что ему принадлежат формулы определения площади различных геометрических фигур. Стало известно, что Герон описал прибор диоптр, который с полным основанием назвать прадедом современного теодолита.

Без этого прибора не могут сейчас обойтись геодезисты, горняки, строители. Он впервые исследовал 5 типов простейших машин: рычаг, ворот, клин, винт и блок. Герон заложил основы автоматики. В своем труде «Пневнематика» он описал ряд волшебных фокусов, основанных на принципах использования теплоты, перепада давлений.

Герон производил многочисленные опыты с нагретым воздухом и паром, применяя их свойства для создания различных автоматических устройств. Он, используя давление нагретого воздуха, сделал так, что при разжигании огня на жертвеннике двери храма открывались сами собой.

Взяв за основу реактивное действие струи пара, Герон построил, по сути, первый реактивный двигатель, получивший название эолопил. Этот двигатель представлял собой железный шар, из которого выходили две трубки с загнутыми концами. В этот шар наливали некоторое количество воды и разводили под ним костер. Когда образовавшийся пар выходил из трубок, шар начинал вращаться. На том же принципе был построен автомат для толчения зерна. При нагревании воды образовывался пар, который вырывался из отверстий в котле и вращал колесо, приводившее в движение толкушки.

Очень интересен автоматический сейсмограф, выполненный в виде вазы, по бокам которой сидят две птицы, держащие в клювах по яйцу. При малейших признаках колебаний почвы (землетрясении) яйцо выпадает из клюва и падает в рот лягушки, сидящей под вазой.

Известным изобретателем автоматов был учитель Герона – Ктезибий. Среди его изобретений – водяное колесо, водяной орган, водяные часы. Ктезибий ввел принцип сифона – применил шестеренную передачу и шкив. Кроме того, он первый использовал опорные детали из драгоценных камней. Часы Ктезибия были довольно сложным автоматом. Колонна этих часов с циферблатом устанавливалась на пустотелом пьедестале, скрывавшем механизм. Кривые часовые линии, начерченные на колонне для всех 24 часов, были рассчитаны так, чтобы равномерное поднятие поплавка согласовывалось с неравными дневными и ночными часами в различные времена года.

У подножия колонны часов Ктезибия находились два херувимчика. Левый постоянно плакал, слезы так и лили из его глаз и, капая в водоем, постоянно заполняли цилиндр, скрытый в подставке часов. Поршень в цилиндре поддерживал другого херувимчика. По мере того, как вода постепенно заполняла цилиндр, этот херувимчик медленно приподнимался, и жезл, который он держал в руке, указывал время на циферблате.

В Древней Греции изобретали еще более сложные автоматы. Например, там был создан театр автоматов.

В нем действующими лицами многоактной драмы служили фигуры, приводимые в движение при помощи зубчатых колес и шарниров.

В академии древнегреческого ученого Платона был установлен автоматический будильник. Он изображал богиню, трубящую в рог. Утром она издавала пронзительный звук.

Сегодня одним из основных принципов кибернетики и биологии является принцип моделирования животных и насекомых и их отдельных органов (например, построена модель глаза лягушки, мухи и т.п.). Но еще Архит Тарентский (живший в V-VI вв до н.э.) сконструировал летающего голубя, а через столетие Деметрий Фалерский сделал ползающую утку.

В переводе с греческого слово автомат означает «самодействующий». В Древней Греции так назывались механизмы и устройства, которые могли самостоятельно, без видимого участия человека, выполнять какие-либо действия. Первые автоматы использовались, в основном, жрецами для показа «чудес», якобы творимых божественной силой. В средние века автоматы-игрушки появились в домах знати и служили для ее увеселения.

В промышленности первые автоматические устройства стали использоваться в XVIII веке: автоматический суппорт Нартова для токарно-копировальных станков (1720 г.г.); поплавковый регулятор уровня воды в котле И.И. Ползунова (1765г.), центробежный регулятор Дж. Уатта (1784г.) и др. В XIX в. появляются автоматические устройства, действующие при помощи электричества: магнито-электрическое реле Шиллинга (1830 г.), автоматическая сигнализация на железнодорожном транспорте (1880г.) и др.

По современным понятиям автомат – устройство (или совокупность устройств), выполняющее заданную программу без непосредственного участия человека. В ХХ веке появление электроники привело к появлению принципиально новых электронных автоматических устройств и целых автоматических комплексов, выполняющих по заданной программе функции контроля, регулирования и управления.

Конструкция и принцип действия автоматов определяются их назначением, видом используемой энергии и способом задания программы. Различают автоматы: технологические (литейный автомат, металлорежущие станки, автоматы и т.д.), энергетические (автоматические устройства энергосистем и т.п.), транспортные (автостоп, автомашинист), счетно-решающие (ЭВМ), бытовые и другие. В зависимости от вида используемой энергии автоматы бывают механические, гидравлические, электрические (электронные), пневматические и др. Последовательность всех рабочих и вспомогательных операций, выполняемых автоматом, называется рабочим циклом. Если рабочий цикл автоматического устройства прерывается и для его повторения требуется вмешательство человека, такое устройство называется полуавтоматом. Рабочий цикл автомата определяется программой, которая задается либо в конструкции автомата, либо извне с помощью перфорационных карт или других носителей информации. Так, программа работы часов содержится в устройстве спускового механизма и маятника, получающих энергию от заводной пружины. В станках с числовым программным управлением программа работы задается извне в виде серии сигналов, записанных на магнитную ленту; специальное устройство считывает эти сигналы и посылает их в блок управления станком.

Программа автоматического устройства, заданная извне, мало связана с его конструкцией, что обеспечивает универсальность устройства. К таким универсальным автоматическим устройствам относятся металлорежущие станки, полиграфические машины с программным управлением, ЭВМ, космические летательные аппараты.

Все шире распространяются автоматы, способные запоминать и обобщать опыт своей работы и целесообразно его использовать в связи с изменяющимися условиями. В состав таких самонастраивающихся систем входят датчики и устройства обратной связи, блоки памяти, управления, самонастройки.

Сейчас автоматы находят широкое применение в промышленности, на транспорте, в научно-исследовательских лабораториях. Они облегчают труд человека, освобождают его от работы в неблагоприятных или опасных для жизни условиях, упрощают его функции в сфере управления.

Отрасль науки и техники, охватывающая теорию и принципы автоматических систем, называется автоматикой; в узком смысле это понятие включает совокупность автоматических устройств и систем.

Одним из основоположников теории автоматического регулирования был русский ученый И.А. Вышнеградский (1831/32 – 1895). В настоящее время бурное развитие науки и техники сопровождается постоянным совершенствованием промышленных, транспортных, энергетических автоматических устройств и их широким распространением. Теория автоматического управления стала основой науки об управлении – кибернетики, а наука, изучающая теорию и принципы управления работой машин и устройств получила название технической кибернетики.

Литература

Энциклопедический словарь юного техника, Москва, Просвещение, 1989

Из истории научных открытий В.Гуриков «Первый реактивный двигатель был изобретен в античную эпоху» Педагогический вестник №48, 1996

В.Г. Борисов Кружок радиотехнического конструирования, москва. Просвещение, 1986

Р.А. Сворень Электроника шаг за шагом. Практическая энциклопедия юного радиолюбителя, Москва, Детская литература, 1986

Интернет ресурсы

https://megapredmet.ru/1-67073.html

https://nsportal.ru/npo-spo/avtomatika-i-upravlenie/library/2015/12/27/avtomatika-etapy-razvitiya

https://pikabu.ru/tag/Автоматика/hot

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/489174-avtomatika-na-modeljah