Юрий Михайлович Отряшенков
ЮНЫЙ КИБЕРНЕТИК
*** 1978 ***
От нас: 500 радиоспектаклей (и учебники)
на SD‑карте 64(128)GB — ГДЕ?..
Baшa помощь проекту:
занести копеечку — КУДА?..
|
Оформление Т. ПЕРСКОЙ Технические рисунки В. ГРИГОРЬЕВА О ЧЕМ ЭТА КНИГА? О кибернетике каждый из вас немало слышал, а может быть, и читал. Сейчас всякий школьник знает, что такое электронная вычислительная машина, луноход и робот. Все это — кибернетические машины. Удивительное и кибернетика — рядом. Трудно даже поверить во все ее чудеса. Наверное, у каждого из вас таится мысль: а как бы поближе познакомиться с кибернетикой, как в школьном кружке или дома с товарищем построить ту или иную кибернетическую модель. Разве не интересно сконструировать своего кибернетического Тузика или небольшую электронную вычислительную машину? Найдутся и такие ребята, которых больше интересует «теория»: какой «алгеброй» пользуются вычислительные машины или как подсчитать количество информации в прочитанной книге?.. Вся жизнь человека — это труд. В процессе труда люди пользуются теми или иными орудиями. Все машины, которые человек создавал до сих пор, облегчали его физический труд. Автомобиль-самосвал освободил от тяжелого бремени грузчика, экскаватор заменил труд землекопа, один поворот рукоятки подъемного крана позволил легко переносить десятки тонн груза. А кибернетические машины предназначены для облегчения умственного труда человека, они следят за работой «механических помощников» и управляют ими. Кибернетика призвана помогать человеку в области мышления. Но прежде чем создать кибернетические машины, ученым пришлось изучить законы, по которым человек управляет всевозможными станками и машинами, теоретически сформулировать эти законы. Значительный вклад в эту работу внесли советские инженеры и ученые: физиолог И. П. Павлов, математик А. Н. Колмогоров, радиофизик А. И. Берг, кибернетик В. М. Глушков. Кибернетика стала математической основой для специальных управляющих машин, которые способны управлять работой других машин, станков и даже целых заводов. Кибернетика изучает и обосновывает как сходство, так и различие в поведении живых организмов и машин-автоматов. На первый взгляд кажется, что общего может быть между машиной и живым организмом? Живой организм и машина по своей природе отличаются друг от друга. Живому организму присуще пр.ежде всего самообновление, машина же в этом смысле мертва. И все же между ними есть много общего. Это общее заключается прежде всего в поведении, в работе как живых организмов, так и кибернетических машин. Проследим действия продавца газированной воды и автомата по продаже газированной воды. ...В жаркий летний день, чтобы утолить жажду, вы подходите к продавцу газированной воды и подаете ему трехкопеечную монету. Продавец быстрым взглядом оценивает монету и говорит, что если вы хотите с сиропом, то не хватает еще одной копейки. Получив недостающую монету, он открывает кран и наполняет стакан. Потом закрывает кран и предлагает вам взять стакан с водой. А автомат? Как он это делает? Вы опускаете в отверстие монету. Автомат определяет по весу, та ли это монета. Если та, то монета пропускается дальше. Падая, она замыкает электрическую цепь электромагнита, связанного с рычагом. Рычаг открывает клапан (кран) на время, достаточное для наполнения стакана водой. Когда стакан наполнен, кран автоматически закрывается. Если же вы опустили монету, которая не соответствует стоимости стакана воды, то автомат воды не нальет. Как видите, действия автомата совершенно такие же, как действия продавца газированной воды. И в живых организмах, и в машинах-автоматах есть чувствительные органы. Это уши, глаза — у человека, микрофоны и фотоэлементы — у машины. Они осуществляют связь с внешним миром. Как у тех, так и у других есть центр управления, определяющий порядок действий в соответствии с теми сведениями, которые получены извне. Как те, так и другие имеют исполнительные механизмы, выполняющие указания, выработанные в «центре». Чувствительными элементами машины, или, как их еще называют, датчиками, занимается наука автоматика. Исполнительные органы машины — тоже один из ее разделов. Задачами управления в машинах, а также задачами обмена информацией между ее отдельными частями ведает кибернетика. «Процессы управления, где бы они ни протекали — в живых организмах, машинах или обществе, — происходят по одним и тем же законам», — провозгласила кибернетика. А значит, и те, пусть еще не познанные до конца, процессы, что протекают в голове человека и позволяют ему гибко приспосабливаться к изменяющейся обстановке, можно воспроизвести искусственно в сложных автоматических устройствах. Что может помешать человеку создать такую кибернетическую машину, которая, подобно мозгу, будет мыслить самостоятельно? В отличие от человека, кибернетической машине, как бы совершенна она ни была, нужна программа действий. Машина создана человеком и может делать только то, что он для нее запрограммировал. Разве нельзя предусмотреть в программе машины заранее все, вплоть до мелочей? Нет, всего не предусмотришь. Это было бы возможно, если бы речь шла о предмете, имеющем вполне определенное число признаков, каждый из которых можно моделировать и воспроизвести в машине. Но мозг человека обладает бесконечным количеством свойств. Создать его искусственно, воспроизведя в отдельности каждое из этих свойств, конечно, невозможно. Нельзя учесть все признаки (хотя они и подчиняются законам физики!), если их бесконечное множество. К тому же человеческий мозг в процессе жизни постоянно совершенствуется. Кибернетическая машина способна выполнять те мыслительные функции человека, которые могут быть формализованы, то есть записаны при помощи конечного числа конечных формул. Например, машина может отлично считать, потому что вычисления, как правило, легко записать при помощи формул. Уже сегодня созданные человеком электронные вычислительные машины не только заменяют человека, но и значительно опередили его в скорости счета. Если счетный работник способен за одну секунду произвести одно, максимум два арифметических действия, то машина их делает сотни тысяч! Может возникнуть вопрос: зачем нужны такие большие скорости счета? Не все ли равно, делает ли машина, например, 10 000 умножений в секунду или только 1000? Зачем ученые стремятся к тому, чтобы все больше и больше увеличивать скорость? Машина должна не только вычислять, не только решать сложные математические задачи, для которых требуется произвести множество арифметических операций, но и «раздумывать», на что уходит довольно много времени. В некоторых задачах встречается громадное число вариантов, из которых требуется выбрать лучший. Электронная машина должна перебрать все эти возможности, оценить их, а затем уже остановиться на каком-нибудь одном. Где же пределы, которых могут достигнуть кибернетические машины? Смогут ли они обучаться, воспроизводить подобные себе машины или даже более совершенные, будут ли они способны к творческой деятельности, составлять вопросы и критиковать, обладать эмоциями? Эти и сотни других вопросов принесла с собой кибернетика. На некоторые из них ученые уже ответили, и ответили утвердительно, другие остаются пока открытыми. — Слышали? В Швейцарии какой-то часовщик сделал механического человека, который умеет писать. — Как же, слышал! А знаете ли вы, что его сын изготовил еще одного механического человека, который умеет рисовать. — Что вы говорите? Вот интересно было бы посмотреть! Такие разговоры можно было слышать везде и всюду в Западной Европе около двухсот лет тому назад. Механические люди швейцарского часовщика Пьера-Жака Дро и его сына Анри вызывали всеобщее удивление. О них много говорили и писали. Чтобы на них посмотреть, целые толпы прибывали в Шо де Фон, швейцарскую деревню на границе с Францией, где жили и работали Дро. Почти все жители этой деревни занимались производством часов. Одни делали часовые пружины, другие изготовляли циферблаты, третьи — зубчатые.колеса, винтики и цилиндры. Труд был разделен вплоть до того, что были специалисты по изготовлению корпусов, полировке колес, винтов, рисовальщики цифр, эмалировщики, золотильщики. Вся деревня представляла одну мануфактуру, производящую в год несколько тысяч разнообразных часов. Тикание маятников, медленное вращение зубчатых колес, бег секундных стрелок — весь этот блестящий точный мирок механизмов, умещающийся на ладони или в маленькой коробке на стене, очаровал в юности Пьера Дро, и он, несмотря на успешное окончание духовного училища, не задумываясь, занялся часовым ремеслом. Успехи Пьера в часовом деле были так велики, что изготовление обычных часов скоро перестало приносить удовлетворение, и он по примеру других искусных мастеров начинает изобретать и пристраивать к часам разные дополнительные механизмы — всякие самодвижущиеся фигурки. Одно из первых своих изделий — замечательные маятниковые часы с пастушком и собачкой — Дро повез в столицу Испании город Мадрид к королю Фердинанду IV. Демонстрация производилась в присутствии многочисленной придворной знати. Возбужденный Дро показал им созданное произведение. Когда часовая стрелка подходила к какому-либо часу, пастушок подносил ко рту флейту и свистел столько раз, сколько должно было пробить часов. У ног пастушка лежала собачка, охранявшая корзинку с яблоками. Стоило кому-нибудь из придворных дотронуться до фруктов, как собачка начинала лаять. Сняли руку с фруктов — лай тут же прекращался. Королю понравилось изобретение Пьера Дро, и он, хорошо заплатив, купил часы. Ободренный успехами, Дро по возвращении домой задумал сделать механизм, похожий на человека и совершающий человеческие движения. Это был дерзкий замысел мастера, который почувствовал свою власть над колесиками и рычажками. Чтобы построить механического человека, нужно было обладать тонким знанием механики и огромной изобретательностью. И тем не менее Пьер Дро горячо принялся за ее разрешение. Двадцать месяцев продолжалась упорная работа. Часто Дро засиживался далеко за полночь при свете масляного светильника. Наконец, в 1770 году, весной, появился на свет первый механический человек. Это был механический «пишущий мальчик». Писец был ростом с пятилетнего ребенка. Он сидел на скамейке перед столиком, а весь приводной механизм размещался внутри куклы, отчего она выглядела еще изящнее (рис. 1). В правой руке маленького механического человека было гусиное перо (в те времена стальных перьев еще не знали). Писец макал перо в стоящую перед ним чернильницу и писал разные слова и даже фразы без всякого участия человека. Буквы были крупные, красивые, даже с нажимом и располагались в ровные строчки. Между словами оставлялись промежутки. Когда механический человек писал, он двигал головой, и казалось, следил за тем, что пишет. Окончив работу, писец посыпал лист бумаги песком для высушивания чернил, а потом стряхивал его. Рис. 2. Механическая музыкантша По чистой случайности «пишущий мальчик» и часть его «рукописей», а также и другие изобретения отца и сына Дро сохранились до наших дней. После долгих странствий сейчас они находятся.в Швейцарии, в музее изящных искусств города Невшателя. О высоком качестве письма пишущего механического человека вы сами можете судить по приведенному отрывку на рисунке 1, где на французском языке написано «Своему родному городу. Жак Дро». За работой над изготовлением «пишущего мальчика» наблюдал шестнадцатилетний сын Пьера Дро — Анри. Мальчик унаследовал от отца исключительную способность к механике и через три года сам принялся за постройку нового механического человека, который по замыслу должен был рисовать. По размеру рисовальщик был таким же, как и его «старший брат». В правой руке он держал карандаш и рисовал различные фигурки, а также писал. Например, он мог изобразить маленькую собачонку и подписать под рисунком «мой Туту». А портреты Людовиков XV и XVI и Марии Антуанетты и сейчас приводят в восхищение посетителей музея в Невшателе. В процессе работы рисовальщик останавливался, как бы созерцая нарисованное, а также иногда сдувал с листа бумаги соринки. Спустя некоторое время оба механика, отец и сын Дро, занялись вместе изобретением и постройкой третьего механического человека — музыкантши (рис. 2). По сложности она намного превосходила своих «братьев». Эта кукла играла на фисгармонии, ударяя пальцами по клавишам. Четко и легко удавались ей трели и быстрые пассажи. Перед началом игры музыкантша осматривала ноты и делала рукой некоторые предварительные движения. Кроме того, она поворачивала голову и глаза, как бы следя за положением рук. Ее грудь подымалась и опускалась, как будто она дышала. Окончив игру, музыкантша наклоняла голову, благодаря слушателей за одобрение. Свои изобретения Пьер и Анри Дро в 1774 году демонстрировали на выставке в Париже. Движения всех трех механических людей были так естественны, что многие из зрителей готовы были их считать живыми людьми. И только когда Дро открывали со стороны спины сложный часовой механизм своих творений, зрители начинали верить, что перед ними находятся действительно произведения техники, а не живые существа. с тех пор подобные автоматы стали называть андроидами в честь молодого талантливого изобретателя механических людей — Анри Дро. Из рисунка 3, конечно, трудно представить полную картину управления всеми движениями механической музыкантши. Но важно понять одно, что источником движения всех трех описанных автоматов является часовой механизм с заводной пружиной. Пружина приводит в действие сложнейшие системы зубчатых колес, рычажков, штанг и кулачков — все то, что в дальнейшем стали называть программным механизмом. Само слово программа происходит от греческого слова «грамма» — «писание» и приставки «про», которая здесь означает «наперед». Обилий смысл слова «программа» — предначертание, нечто написанное для будуш,е-го. В нашем случае программный механизм определяет всю последовательность поведения механических людей. И ни одного движения автомата, даже самого незначительного, нельзя изменить, не внеся в программу поправки! Ну, а что произойдет, если что-то изменится во внешних условиях при работе автомата? Ну, скажем, если попытаться задержать руку писца, когда он пишет? Случится одно из двух: или автомат остановится, или... в нем что-то затреш,ит и он сломается. Все эти автоматы не могут реагировать на изменения внешних условий, происходяш,их в процессе их работы. Точнее говоря, все они «мертвы», хотя и воспроизводят некоторые движения, что и делает их похожими на человека. На первый взгляд может показаться, что «игрушки» Пьера и Анри Дро не имеют никакого отношения к развитию техники и о них можно было бы не вспоминать. Но это не совсем так. Механические люди Дро сыграли очень важную роль в обш,ем процессе человеческого познания природы и заложили основу автоматов с программным управлением. Уже в начале XIX века появляются прядильные и ткацкие станки-автоматы с программным управлением. В грозное для Европы время, когда Наполеон завоевывал одну страну за другой и армии нужно было много тканей, французский изобретатель Жозеф Мари Жаккар нашел способ, которым можно было бы воздействовать на сложную работу механизмов ткацкого станка. Для этого изобретатель использовал набор картонных карт с разным расположением отверстий. Именно отверстия и были условным обозначением порядка работы машины — ее программой. Карта проходила под ш,упами. Когда ш,упы попадали в отверстия, они опускались и с помош,ью особых устройств переме-ш,али нити на ткацком станке. Так на тканях получались сложные узоры. Новая карта, новая программа, а значит, и новый узор. Смена листа картонной карты равносильна замене одного жестко запрограммированного станка другим, новой конструкции. Это уже был безусловно значительный шаг вперед по сравнению с автоматами Дро. Ведь там каждый механический человек имел свою программу последовательности действия и переход на новую программу был связан с переделкой всего механизма управления. Действительно, вряд ли имело смысл строить ткацкие станки, способные вырабатывать только один, свойственный данной конструкции узор ткани: этот узор людям быстро надоедал. Идея ввода программы работы автомата с помош,ью картонных карт и набора пхупов оказалась очень удачной. Со дня изобретения Жаккара прошло более ста пятидесяти лет, однако до сих пор не найдено лучшего способа выработки тканей, украшенных сложным рисунком. Схожие карты, выполненные из плотной бумаги, нашли широкое использование и в современных вычислительных машинах. Называются они перфокартами. «Перфо» — просверливаю, прокалываю. Отсюда и название карты. Вам они, наверное, попадались. Их размер 187x83 мм, верхний левый угол немного скошен. В одной такой перфокарте может быть проделано до 960 отверстий, 12 горизонтальных рядов и по 80 вертикальных колонок в каждом ряду. Если считать, что каждое отверстие определяет свою команду управления, то можете представить себе, насколько сложна может быть программа, заложенная в одной перфокарте. От андроидов Пьера и Анри Дро до станков с программным.управлением, используюш,их перфокарты, прошли механические автоматы с программным управлением. Но как бы ни были совершенны станки с механическим приводом программы, в работе они всегда менее надежны, чем электрические автоматы, и тем более электронные. Будуш,ее, несомненно, принадлежит автоматам с электронным мозгом! Пожалуй, первым устройством с программным управлением в электроавтоматике было изобретение Томаса Альвы Эдисона. Об Эдисоне вы, конечно, не раз слышали как о выдающемся американском электротехнике. Программный механизм был первым изобретением, которое он сделал шестнадцатилетним юношей, работая ночным телеграфистом в Стрэтфорде (Канада). Начальник телеграфной станции был очень придирчив, и для того, чтобы служаш,ие не спали по ночам, даже тогда, когда не было работы, он заставлял их каждые полчаса телеграфировать слово «six» — шесть. Этот контроль очень стеснял Томаса и не позволял заниматься любимым делом — чтением книг и экспериментированием. В это время будуш,ий великий изобретатель интересуется и механикой, и астрономией, и биологией, но главным образом электричеством. Служба на телеграфе, работа над книгами и эксперименты занимали у Тома от восемнадцати до двадцати часов в сутки. На сон оставалось 3 — 5 часов! Долго Эдисон думал, как избавиться от бессмысленного выстукивания шестерок, и наконец приспособил к часовому механизму особый диск (кулачок), который при враш,ении замыкал и размыкал электрический контакт. Получился автоматически работаюш,ий телеграфный ключ. Прибор был устроен так, что сам каждые полчаса передавал контрольную цифру. Свой автомат молодой изобретатель назвал телеграфным будильником. Разобраться в работе будильника вам поможет рисунок 4. При подаче азбукой Морзе текста, вручную нажимая и отпуская телеграфный ключ, сигнал точка занимает приблизительно 1/24 с, сигнал тире — 1/8 с, промежутки между сигналами равны 1/24 с и, наконец, между буквами — 1/8 с. Нетрудно подсчитать, что передача слова «six» займет немногим больше одной секунды. Для работы телеграфного будильника Эдисону потребовалось два часовых механизма. Один из них должен был обеспечить вращение кулачка I с двумя прорезями со скоростью 1 об/час (один оборот в час), а второй — вращение кулачка II со скоростью 0,5 об/с. Выступы и впадины на втором кулачке строго соответствовали знакам азбуки Морзе передаваемого слова «six». Это и была программа работы автоматического телеграфного ключа. Если бы кулачок вращался непрерывно, то через каждые две секунды автомат Эдисона передавал бы закодированное слово. Но этого не происходило, поскольку ось кулачка II стопорилась припаянной к ней защелкой. Защелка упиралась в выступ планки, которая в свою очередь пружиной прижималась к кулачку I. И только когда под планкой появлялась впадина, защелка освобождалась и кулачок II начинал вращаться, передавая в линию злополучную шестерку. Протелеграфировав контрольное слово 2 — 3 раза, защелка снова упиралась в выступ планки, прекращая передачу. Однажды начальник телеграфной станции решил сам проверить работу подчиненных. Для этого он вне времени, установленного для подачи контрольных сигналов, вызвал Стрэтфорд. Там в это время дежурил Эдисон. Не получив ответа и опасаясь, что с молодым телеграфистом произошло какое-нибудь несчастье, начальник поспешно отправился на расследование и застал Эдисона беззаботно спящим за раскрытой книгой. Рядом стояло его детище — телеграфный будильник... На этот раз Томас отделался строгим выговором. Как вы думаете, какие изменения в конструкцию автомата нужно внести, чтобы он передавал какое-либо другое слово или даже целое предложение? Ну, скажем, нужно передавать «red box» — красная коробка. Оказывается, достаточно заменить кулачок II новым, с другой программой, и телеграфный будильник будет автоматически передавать контрольное предложение. А как рассчитать профиль кулачка, то есть его выступы и впадины, вам уже знакомо. Все исходные данные в ваших руках. Идея, заложенная Эдисоном в его телеграфном будильнике, широко используется в настоящее время в так называемых кодовых преобразователях. Только теперь кулачок с прорезями называют кодовым диском. Телеграфный будильник Эдисона может выручить и вас, ребята, особенно в военных играх. Там, где требуется через определенные промежутки времени подавать азбукой Морзе какие-либо команды или свои позывные, автомат полностью заменит «бойца». Но главное даже не в этом. Автомат с жесткой программой всегда в работе надежнее человека и уж, конечно, никогда не «заснет». Допустим, что позывной вашего отряда «сосна» и передавать его нужно через каждые четверть часа. Что будет являться передатчиком команд, не играет никакой роли. Это может быть или радиопередатчик, или передатчик световых команд, или какой-либо еще другой. Автоматически работающий телеграфный ключ будет управлять работой передатчика — включать его и выключать, строго придерживаясь заданной программы. Начинать изготовление автомата надо с составления программы. Переведите позывной «сосна» в код Морзе и составьте временное расписание работы передатчика, то есть когда он включен и когда выключен. Необходимые данные по продолжительностям посылок точки и тире, а также интервалов между ними возьмите из описания работы телеграфного будильника Эдисона. Полученное расписание нанесите на лист клетчатой бумаги в масштабе, так чтобы 1/8 с соответствовала одной клетке (5 мм). В результате у вас должен получиться график, схожий с тем, что показан на рисунке 5. Это и есть программа работы передатчика при передаче слова «сосна». Общая продолжительность посылки равна 6 с. Если теперь приложить полученный график к окружности диска диаметром 76 мм, то легко сделать чертеж профиля кодового диска, определяющего программу работы автомата. Заштрихованные участки графика соответствуют выступам на диске, промежутки — впадинам. Диск можно изготовить из листового гетинакса, текстолита или плексигласа толщиной 3 — 4 мм. При вращении кодового диска против часовой стрелки со скоростью один оборот за шесть секунд контактная пара полностью повторяет записанную программу. Когда выступ приходится против контактной пары, цепь передатчика включена. Как только под контактной пластиной будет впадина, цепь разомкнется и передатчик выключится. Для вращения диска с заданной скоростью (один оборот за 6 с) лучше всего подойдет микроэлектродвигатель типа ДП с редуктором. Нужный двигатель можно купить в магазине, где продаются игрушки. Питается он от одной батарейки 3336Л и потребляет ток около 100 мА. Предельная нагрузка на валу 4 — 5 гсм. Скорость вращения электродвигателя сильно зависит от нагрузки, причем обороты падают по мере ее увеличения. Но это не должно вас огорчать, так как в нашем случае нагрузка не превышает 1 ГСМ. При этом число оборотов колеблется от 35 до 40 об/с. Поэтому, чтобы получить требуемую скорость вращения кодового диска в один оборот за 6 с, передаточное число редуктора должно быть равно около 1:200. Укрепите электродвигатель и редуктор на деревянной подставке. Ось кодового диска жестко свяжите с осью редуктора. Установите контактную пару. Для этой цели лучше всего подойдут контакты от телеф(»н.юго реле. Подключите электродвигатель к батарейке от карманного фонаря типа 3336Л последовательно с резистором Нз-Если скорость вращения диска значительно отличается от требуемой, подберите величину резистора. При слишком быстром вращении резистор следует увеличивать, и наоборот. Здесь я должен немного отклониться от дальнейшего описания автомата. Это для того, чтобы вы поняли, почему, не закончив изготовления задуманной конструкции, я вам сразу же предложил приступить к испытанию ее отдельной части. Помните, какую бы кибернетическую модель вы ни делали, даже самую простую, налаживание ее лучше производить по частям. Это вам резко сократит общее время изготовления всего устройства. Найти неисправность в отдельном узле автомата и произвести его наладку всегда значительно проще, чем когда конструкция полностью собрана. Может случиться, что в самоделке окажется сразу не одна, а несколько ошибок. Отыскать их будет довольно сложно даже опытному руководителю. Он обязательно вначале разобьет устройство на отдельные узлы, убедится в их исправной работе и только после этого приступит к испытанию автомата в целом. При этом, как правило, никакой наладки и не потребуется. Следует только внимательно проверить монтажную схему соединений между узлами, работа которых теперь уже не вызывает сомнений. Вот этой методики я вам советую придерживаться в своей практической деятельности. Тогда ни одно из кибернетических устройств, даже самое, казалось бы, сложное, не застанет вас врасплох. Вы легко разберетесь в его работе, вначале по узлам, а потом и в целом. Рассмотрим теперь работу полной схемы нашего автомата, которая приведена на рисунке 5, справа. 0000010001 17 Вы можете спросить: зачем такое нагромождение деталей? Разве не проще было бы электродвигатель питать по схеме рисунка 5, слева? Как только минутная стрелка коснется одного из четырех контактов, расположенных по периферии циферблата, начнет вращаться двигатель. Вот здесь-то и кроется недостаток предложенного вами варианта. Как ни кратковременно касание стрелки часов с контактом, сделать его меньше 2 — 3 мин вряд ли вам удастся. За это время кодовый диск успеет сделать минимум 20 полных оборотов, и, следовательно, столько же раз передатчик передаст свой позывной. А нам нужно, чтобы автомат выдавал только одну кодовую посылку через каждые 15 мин. Вы сами теперь убедились, что упрощенная схема нас не устраивает. Приходится соглашаться с ее усложнением. Разбор работы электрической схемы автомата (рис. 6) начнем с положения стрелки часов, когда она находится между контактами. Контактная пара кулачка Ki разомкнута, поскольку ее нижняя пластинка находится в выемке диска. Контактная пара кодового диска Кг также разомкнута. Под ее нижней пластинкой расположена впадина начала посылки. Такое состояние автомата будем считать нулевым. Передатчик сигнала не посылает. В это время конденсатор Ci заряжен до напряжения источника питания через резистор Ri. Транзистор Ti заперт, поскольку его база через резистор R4 соединена с эмиттером. Через обмотку реле Pi ток не течет. Его контакты разомкнуты, и на электродвигатель М напряжение не подается. Кодовый диск и жестко с ним связанный кулачок не вращаются и находятся в нулевом положении. При касании конца минутной стрелки одного из четырех контактов напряжение конденсатора Ci через резистор R2 прикладывается к базе транзистора Ti, вводя его в насыщение. При этом проходное сопротивление транзистора коллектор — эмиттер падает до долей ома. Реле Pi тотчас же срабатывает и подает напряжение на электродвигатель М. Кулачок и кодовый диск начинают вращаться с заданной скоростью один оборот за 6 с. Через 2 — 3 с конденсатор Ci через цепочку, состоящую из резистора R2 и сопротивления цепи база-эмиттер, разрядится настолько, что транзистор снова должен будет запереться. Но этого не произойдет, и вот почему. Как только кулачок повернется на угол 5 — 10°, нижняя пластинка контакта Ki выйдет из впадины. Контактная пара Ki замкнется и соединит резистор Rs с проводом — 4,5 В. База транзистора Ti через Rs соединится с отрицательным зажимом источника напряжения. В результате потечет ток базы, который будет вполне достаточен, чтобы обеспечить режим насыщения транзистора. Реле Pi останется во включенном состоянии. Рассмотренный режим будет сохраняться до тех пор, пока кулачок не повернется точно на один оборот и не займет нулевого положения. Вот только теперь контактная пара Ki разомкнется, в результате чего транзистор Ti запрется. Электродвигатель остановится и будет ждать,жогда ровно через 15 мин стрелка часов не коснется следующего контакта. К этому времени конденсатор Ci снова успеет зарядиться и все повторится. Кодовый диск повернется на один оборот и обеспечит выдачу еще одной посылки... В качестве реле Pi можно использовать любое электромагнитное реле, которое надежно срабатывает от напряжения 2,5 — 3 В и имеет сопротивление обмотки 70 — 200 Ом. Установить на модель автомобиля или корабля механизм программного управления — это все А кАкАиг\к равно что «вдохнуть в них жизнь». Из малоинтересной игрушки модель сразу же превратится в «разумное существо». Правда, «разум» модели будет полностью находиться в ваших руках. Какую программу заложите в программное устройство, только такие операции и сможет выполнять модель. Управление будет происходить полностью автоматически по заданной программе. Например, для модели корабля программа может выглядеть так: Малый вперед. Полный вперед. Лево руля. Право руля. Маневр на полном ходу. Пуск ракеты. Стоп. Полный назад, и так далее. Ни последовательность операций, ни время их исполнения, ни количество команд практически ничем не ограничены и задаются полностью конструктором программного устройства, то есть вами. На изготовление механизма у вас уйдет не более двух-трех дней. Внимательно разберитесь в рисунке 7 и приступайте к работе. Барабан 1 соберите из нескольких дисков, каждый из которых предназначен для подачи команд на свой исполнительный механизм. Сколько исполнительных механизмов, столько должно быть дисков в барабане. Диски изготовьте из гетинакса, текстолита или другого листового изоляционного материала толщиной 4 — 5 мм. Насадите их на ось 3 диаметром 3 мм, поставьте между дисками шайбы толщиной 1,5 мм и вместе с шестерней 4 стяните двумя винтами с гайками 5. Все вместе составит программный барабан. Ось у собранного барабана должна свободно выниматься. Плата с контактами 2 также представляет собою самостоятельный узел. Между тремя пластинками 6, выполненными из листового гетинакса или текстолита толщиной 2 мм, зажмите контактные пластинки. Их число равно количеству исполнительных механизмов плюс одна, для управления работой электродвигателя привода программного механизма. Сами контактов не делайте, а возьмите готовые из электромагнитных реле типа РЭС-6 или РСМ. Основание 7 согните из листовой латуни или стали толщиной 1 — 1,2 мм. Установите на нем барабан и двумя винтами 8 прикрепите плату с контактами. Прокладками 9 подберите зазор между платой и основанием так, чтобы каждая из контактных пар, опираясь на свой диск, замыкала электрическую цепь. Составьте график движения модели, то есть очередность выполнения команд и их продолжительность. Считая, что один оборот программного барабана соответствует выполнению всей программы, отметьте на каждом диске положения выступов и впадин. После этого разберите барабан, сделайте на дисках вырезы глубиной 3 мм и вновь соберите. Когда при вращении барабана по часовой стрелке под одним из контактов появится выступ, цепь питания соответствующего исполнительного механизма замкнется. Продолжая скользить по вращающемуся диску, через некоторое время контактная пара попадет во впадину и разорвет цепь питания. Но в этот же момент, а может быть, и раньше — все зависит от составленного вами графика движения модели, появится выступ под другой контактной парой. Замкнется цепь питания следующего исполнительного механизма. Такое чередующееся включение и выключение различных исполнительных устройств будет продолжаться до тех пор, пока барабан не сделает полный оборот и не пройдет всю программу. В ее конце все контактные пары попадут во впадины своих дисков, электродвигатели и соленоиды выключатся, и модель остановится. Для повторного запуска модели достаточно кратковременно нажать на кнопку Ki (рис. 7), установленную на корпусе модели. Дайте возможность повернуться барабану настолько, чтобы выступ на диске включения электродвигателя программного механизма достиг своей контактной пары. Теперь кнопку можете отпустить, так как контактная пара заблокирует ее, и барабан будет самостоятельно продолжать вращение. Модель повторит полностью программное задание. Чтобы сделать время выполнения программы равным 60 с, между электродвигателем привода программного механизма и его барабаном установите редуктор с передаточным числом 1:200. На выходную ось редуктора насадите шестерню 10, которая входит в зацепление с шестерней барабана 4, обеспечивая дополнительное замедление еще в 6 раз. В качестве электродвигателя подойдет микроэлектродвигатель типа ДП. Подробно о нем можете прочитать на стр. 17. Установив программный механизм на модели, проверьте точность выполнения заданной программы. Если заметите отклонения движения модели от задуманного графика, замените соответствующие диски барабана на новые, внеся в них необходимые исправления. Если программный механизм аккуратно изготовлен и отрегулирован, модель четко выполнит заданную программу движения. А если вы решили сменить программу, выполняемую моделью? Придется заменить в барабане диски, заложив в них новую программу. В цехе все необычно. Очень светло. Просторно. Не видно рабочих. Лишь мерный гул электродви гателей и резкие звуки инструмента, вгрызающе-стлнок гося в металл, говорят о том, что здесь идет работа. Мы с вами попали на завод-автомат. Вам, наверное, не раз приходилось наблюдать за работой обычного токарного станка, а может быть, и самим работать на нем. Токарь то подкрутит небольшое колесико — штурвал, то тронет чуть-чуть рычаг, то вдруг пустит станок потише, то быстрее. Вы смотрите, и вам все понятно, что к чему, зачем нужны все эти манипуляции. Здесь же, у самообрабатывающего станка, ничего не понятно: вращается деталь, двигается резец, меняя еле заметно свой ход, а кто им управляет? Как станок без человека, сам разбирается в сложном процессе обработки детали? Выручает программа! Поэтому-то такие станки и называют станками с программным управлением. В программе подробно записывается весь технологический процесс обработки детали. При работе на обычном станке эту задачу выполняет чертеж, по которому рабочий изготавливает нужную деталь. В станках с программным управлением чаще всего все необходимые для изготовления детали сведения записываются на лентах. Применяется много различных способов записи программы. В первых станках использовалась световая запись в виде различных прозрачных штрихов на киноленте, как показано на рисунке 8. Довольно широко применяется перфорированная лента, где необходимые данные записываются в виде системы отверстий, пробиваемых в бумажной ленте или в той же киноленте. Но чаще всего для этих целей используется запись программы на магнитной ленте. К станку придается аппаратура, похожая на магнитофон (рис. 9), на ленте которого записана не музыка или речь, а программа изготовления детали — ее чертеж! Рис. 8. Программа работы станка Специальная аппаратура расшифровывает записанные команды. Срабатывают соответствующие исполнительные механизмы, которые, собственно, и управляют работой станка. То включится один электродвигатель и переместит резец немного к центру — проточка готова, то другой электродвигатель переместит резец к задней бабке — деталь обрабатывается на конус, то... И так до тех пор, пока деталь не будет изготовлена строго в соответствии с заданной программой, то есть точно по заданному чертежу. Исполнительные механизмы заменяют руки рабочего, а его мозг — электронная аппаратура. Каждому единичному перемещению детали или инструмента на какой-то выбранный шаг соответствует серия значков на программной ленте. Чем чаще следуют импульсы-команды, тем точнее станок изготавливает деталь. Точность самообрабатывающего станка выше, чем у обычных станков, и достигает двух тысячных миллиметра. Но и это далеко не предел. Ведь числа, заданные программой, можно уточнять и уточнять. Единственное препятствие — сам станок, его конструкция и вибрация частей. Рис. 9. Станок с программным управлением Возможности программного управления станками очень широки. На ленте можно записать программу не только одного станка, но и целой группы станков и связывающих их транспортирующих, контролирующих и других устройств, с помощью такой программной ленты можно управлять целым заводом. А если сменить одну ленту другой, завод быстро перестроится на выпуск нового изделия. Заводам-автоматам, оборудованным станками с программным управлением, несомненно, принадлежит будущее. Многим из вас, ребята, придется участвовать в разработке таких заводов и в их пуске. В автоматах с программным управлением, описанных ниже, программа тоже записывается на магнитной ленте. А отсюда и все их преимущества по сравнению с кулачковыми программными механизмами. Для смены программы достаточно заменить одну магнитную ленту на другую с новой программой, и все. Никаких других переделок наши автоматы не потребуют! КОНЕЦ ФРАГМЕНТА КНИГИ |
