Mašinos

Automatizacija – būdai pasiekti norimą tikslą mašinomis, nedalyvaujant žmogui. Mašinos – automatai veikia pagal iš anksto numatytas programas. Automatinės mašinos atlieka tam tikrus vienodai pasikartojančius darbus beveik neprižiūrint žmogui. Jomis atliekamos smulkių operaciją sekos pagal kompiuterio teikiamą instrukciją. Šiuolaikiniame gyvenime daug kas priklauso nuo automatu. Automatiniai kasos aparatai atpažįsta prekes pagal brūkšninį kodą ir jas registruoja, įvertindamos pinigų ir prekių kiekio kitimą. Transporto srautus reguliuoja automatiniai šviesoforai, centrinio šildymo temperatūra automatiškai keičiama pakitus lauko temperatūrai, o pastovų lėktuvo kursą ir aukštį palaiko autopilotas. Tai tik keli automatų pavyzdžiai.

Žingsniai link automatizacijos

Pirmą sykį šis terminas panaudotas 1946 metais, kai jau egzistavo telefonai automatai ir kitokia automatinė įranga. Iš tiesų, bent prieš du šimtmečius jau buvo žengti pirmieji automatizacijos žingsniai.

Iš pradžių stengtasi mechanizuoti tuos darbus, kuriuos anksčiau turėdavo atlikti žmonės. Pirmiausiai mechanizacija panaudota tekstilėje – mezgant, audžiant ir verpiant. Tai buvo XVIII a. pabaigoje. Mašinos nebuvo tobulos, tad žmogui tekdavo dalyvauti daugelyje darbo etapų. Vėliau išmokta mašinas programuoti taip, kad jos atliktų tam tikras veiksmų sekas.

1793 m. išrasta ranka sukama medvilnės valymo mašina išpešiodavo iš vatos sėklas, kurias ligi tol tekdavo išrankioti rankomis.  Pirmąją programuojamą mašiną 1801 metais sukūrė prancūzų išradėjas Džozefas Marija Zakardas (Joseph Marie Jacąuard; 1752—1834). Jo staklėse perforuotomis kortomis būdavo valdomas audimas, sukuriami skirtingos faktūros audiniai. Dar ir dabar tokios audimo staklės vadinamos žakardinėmis. Žinoma, seniau naudotuose įrenginiuose taip pat buvo tam tikrų programuojamų įrengimų, pavyzdžiui, laikrodžiuose naudoti besisukantys būgnai su tam tikra sistema išdėstytais kumšteliais, užgaunančiais varpelius melodijai sugroti. Tačiau tai nebuvo įrenginiai, skirti produkcijos gamybai.

Mechanizacijos vystymasis buvo susijęs su naujų energijos šaltinių atsiradimu. Seniausias mašinas sukdavo vandens ratai ir garo mašinos, o diržinėmis pavaromis judesys būdavo perduodamas per velenus ir skriemulius. Vėliau atsirado elektros varikliai, kurie daug geriau tinka mechanizmams varyti.

Per visą dvidešimtąjį amžių automatizaciją labiausiai skatino auganti automobilių pramonė. Pirmasis automobilis, 1913 metais surinktas ant konvejerio, buvo garsusis FORD-T nuo 1908 iki 1927 m. jų buvo pagaminta bent penkiolika milijonų. Mechanikai dirbdavo prie slenkančio konvejerio su surenkamais automobiliais ir atlikdavo vis tas pačias operacijas prie vis naujų automobilių. Taip buvo labai atpiginti automobiliai, nes išaugo darbo efektyvumas. Vėliau taip pradėta elgtis ir kitose pramonės šakose.

Automatizacija ir robotai

Pirmasis gamykloje panaudotas robotas gimė 1961 m. ir nuo to laiko robotai vis plačiau naudojami.

Robotai labai naudingi ten, kur reikia atlikti vis tuos pačius labai tikslius judesius. Juos galima perprogramuoti, pritaikant vis kitoms reikmėms. Kartais robotai net gali leistis žmogaus „išmokomi”: tam tikrame režime žmogus manipuliuoja robotu, o jame įrengtas kompiuteris įvertina judesius elektroniniais signalais ir juos įsimena. Robotai taip pat praneša centriniam kompiuteriui duomenis apie savo pačių būklę.

Terminas “pirminis variklis” naudojamas aprašant pagrindines traukos priemones. Kur tik vyksta diržinės arba krumpliaratinės pavaros judėjimas, trinties arba kitokių traukos priemonių pagalba, būtinas pirminis traukos šaltinis, sukuriantis pirminį judesį.

Energijos pirminių šaltinių pagrindiniai tipai yra tokie: a) garo variklis; b) elektrogeneratorius (su lygiagrečia ir nuoseklia apvija); c) vidaus degimo variklis, naudojantis benziną arba suskystintas naftos dujas (propaną ir butaną); d) dyzelinis variklis; e) turbina; f) reaktyvinis variklis.

Garo varikliai. Pirmasis pirminis energijos šaltinis traukos priemonėse buvo garo variklis, kuris 100 metų vyravo transporte ir gamyboje kaip pagrindinis energijos šaltinis. XVIII-XIX a. stacionariniai garo varikliai judindavo mašinas fabrikuose, išsiurbdavo vandenį iš šachtų ir netgi su trosais užtraukdavo traukinius į viršų. Garvežiai geležinkeliuose dominavo daugiau kaip šimtmetį, pradedant nuo 1825 m.   Garo  variklių  patikimumas  garantuodavo jiems  ilgą  gyvavimo laikotarpį. Ypač ilgai jie išsilaikė šalyse, kurioms teko importuoti benziną ir dyzelinį kurą.

Elektriniai varikliai. Maiklo Faradėjaus darbai 1830-1867 m. sukūrė pagrindą šiuolaikinei elektrotechnikos pramonei, o transportui davė variklius ir tramvajus, troleibusus ir elektrinius geležinkelius. Dyzeliniai-elektriniai varikliai dirba tais pačiais principais, tačiau vietoje energijos, imamos iš išorinio elektros tiekimo šaltinio, naudoja energiją, gaminamą dyzelinio variklio. Pastaruoju metu pasirodė ir akumuliatoriniai automobiliai bei autobusai, imantys energiją iš akumuliatorinių maitinimo šaltinių.

Varikliai su nuosekliu sužadinimu pranašesni tuo, kad išvysto labai didelį paleidimo sukamąjį momentą, kuris įveikia pradinę nejudančios transporto priemonės inerciją. Įveikus inerciją, veikiant galingam varikliui su nuosekliu sužadinimu, staigiai didėja pagreitis. Pasiekus maksimalų greitį, variklio galingumas turi būti sumažintas, kad susiderintų su judančio transporto priemonės sumažėjusiu apkrovimu.

Akumuliatorinės transporto priemonės turi nemažai trūkumų. Jos netinka sunkiam, nenutrūkstančiam darbui, nes pagreičio tempas nedidelis. Akumuliatorius reikia pakrauti, o tai vyksta lėtai, dėl to mašina eksploatuojama su pertraukomis.

Tačiau, nežiūrint į šiuos trūkumus, akumuliatoriai ir toliau tobulinami, nes jie leidžia išvengti intensyvaus aplinkos teršimo.

Natrio-sieros akumuliatoriai, turintys didžiausią potencialą, dirba keturis kartus ilgiau, negu švino-rūgštiniai, garantuodami automobiliui 160-224 km važiavimo nuotolį, be to, jie efektyvesni, o kapitaliniai įdėjimai, norint juos įrengti autobusuose arba autofurgonuose, mažesni.

Vidaus degimo varikliai. Šiandien vidaus degimo varikliai paplitę daugiau negu kokios kitos rūšies pirminiai varikliai. Jie lengvai pagaminami ir todėl sąlyginai pigūs, paprasti, todėl tinkami nedideliems šeimyniniams automobiliams ir palyginus ekonomiški. Šie varikliai išvysto gerą pagreitį, didelį greitį ir pritaikomi įvairioms vežimų rūšims. Nuotolis pakankamas daugumai paprastų ir dalykinių kelionių, o kapitaliniai įdėjimai nedideli.

Dyzeliniai varikliai dirba kitokiu principu negu karbiuratoriniai vidaus degimo varikliai. Jeigu variklis pašildomas, degimas prasideda savaime, dėl ko nereikalingos uždegimo žvakės. Būtinas tik įtaisas varikliui pašildyti, suslėgtas oras cilindruose įkaista ir kuras užsidega savaime. Dyzeliniai varikliai labai galingi ir dažniausiai pritaikyti sunkioms transporto priemonėms. Tai ypatingai efektyvūs varikliai, daugiau 40% šiluminės energijos paverčiantys į naudingą darbą. Palyginimui: garo varikliui šis rodiklis sudaro ne daugiau kaip 5%.

Turbinos. Turbinos gali būti dviejų tipų: laisvos-srovinės ir reaktyvinės arba kombinuotos. Sukamąjį judesį laisvos-srovės turbinai sukelia oras arba garo srovė, kuri nukreipiama į turbinos mentes. Reaktyvinė turbina turi menteles, kurių forma pagreitina srovę, todėl atsiranda jėga, kuri atstumia menteles. Šių pagrindinių sistemų patobulinimai įvairiausi, dėl to jos taikomos daugeliui skirtingų transporto rūšių.

Reaktyviniai varikliai. Reaktyvinį variklį sudaro cilindras su kompresoriumi priekyje ir reaktyvine turbina užpakalinėje dalyje. Tarp jų yra keletas degimo kamerų. Oras dideliais kiekiais patenka į priekinę dalį, suslegiamas, po to eina į degimo kameras, kur susimaišo su dujų pavidalo kuru ir užsidega. Susidariusios dujos atsiduria turbinoje, kuri suka kompresorių, o iš ten patenka į reaktyvinę tūtą. Tuo metu prasideda plėtimasis, dujos įgauna didelį greitį ir transporto priemonei suteikiamas judesys.

Paskutiniojo modelio dviejų kontūrų turboreaktyvinis variklis tik dalį suslėgto oro praleidžia per degimo kameras. Likęs tūris, daugiau negu pusė, teka į didelio slėgio kompresorių ir degimo kameras. Jis turi daug žemesnę temperatūrą ir juda mažesniu greičiu, negu karštos išmetamosios dujos, su kuriomis susimaišo išmetimo vamzdyje. Dėl to reaktyvinė srovė daug efektyvesnė, mažiau triukšminga ir daugiau ekonomiška degalų požiūriu. Lėktuvuose VC10 ir Boing-707 naudojami varikliai Rols-Rojs Kovej, turintys dviejų kontūrų reaktyvinius energijos šaltinius.

Plačiafiuzeliažiniuose reaktyviniuose lėktuvuose, tokiuose kaip Boing-747 naudojami turboventiliatoriniai varikliai JTD-9. Pastarasis turi ventiliatorių, kurio skersmuo beveik toks pat kaip ir jo ilgis. Šis gigantiškas ventiliatorius sudaro didesnę oro srovę, negu praeinanti per variklio “šerdį”. Dėl to variklis sukuria daug kartų didesnę trauką, negu jo pirmtakai ir leidžia eksploatuoti didelius stambesnius variklius. Jis mažiau triukšmingas ir daug ekonomiškesnis už turboreaktyvinius variklius.