книги из ГПНТБ / Поляк, А. Я. Трактор будущего

демонстрировались в средние века. Однако эти авто­ маты служили главным образом для забавы, наживы и одурачивания людей показом чудес. Ныне автомати­ ка прочно вошла в нашу повседневную жизнь. Авто­ маты продают билеты, спички, воду, меняют деньги, сообщают нам точное время, оберегают нас. Если, са­ дясь в лифт, вы не закрыли дверь, лифт не тронется с места, сколько бы вы ни нажимали на кнопку, автомат задержит кабину, предупреждая аварию. Современные станки оборудованы специальными устройствами, при­ дающими им свойства «фулл пруф», что в переводе оз­ начает дуракоупорность, или защита от дурака. Такой станок не позволит совершить ошибку, которая может привести к аварии, на неправильное действие операто­ ра он ответит остановкой.

Все шире и сложнее становятся задачи, решаемые автоматами. Автопилот служит верным помощником летчика, на железных дорогах появились эксперимен­ тальные поезда с автоматическим машинистом, авто­ маты управляют судами. Во многих городах мира дей­ ствуют автоматические устройства, регулирующие улич­ ное движение: автоматическая система определяет интенсивность движения и при помощи электронно-вы­ числительной машины рассчитывает наиболее выгодные интервалы и направления пропуска транспорта. Ни один регулировщик не мог бы сделать это точнее и лучше.

Как видите, современные автоматы выполняют са­ мую разнообразную работу: информируют и дают справ­ ки по различным вопросам, сигнализируют о состоянии оборудования, предупреждают аварии, помогают наб­ людать за работой и, наконец, полностью заменяют человека-оператора, регулируя процессы и выбирая наи­ выгоднейшие режимы, причем делают это точнее и луч­

80

ше, чем человек. Правда, создает и «обучает» эти ав­ томаты человек, но когда автомат готов, программа разработана, автоматическое устройство выполнит ее точнее, строже и лучше любого, даже самого квалифи­ цированного оператора.

Производственная автоматика в ее современном по­ нимании еще очень молода. Ее возможности будут быстро расти, а круг «специальностей» неуклонно расши­ ряться. В самом ближайшем будущем автоматы возь­ мут на себя многие функции, выполняемые ныне чело­

ре? Если мы захотим заменить тракториста автоматом, то надо научить его делать все то, что делает тракто­ рист— вести трактор по заданному маршруту, точно соблюдая направление движения и выполняя повороты, выбирать наивыгоднейший режим движения, переклю­ чать передачи и управлять режимом двигателя, сле­ дить за работой всех механизмов и при необходимости регулировать их, присоединять к трактору навесные или прицепные машины и орудия, управлять ими, контро­ лировать качество выполнения технологических опера­ ций (глубина обработки почвы, правильность хода рабочих органов и т. п.).

Представим себе, что мы заменили человека его автоматическим двойником, теперь в кабине трактора сидит робот. Он смотрит вперед, передвигает рычаги, прислушивается к работе двигателя, поворачивает го­ лову назад и наблюдает за машиной, выглядывает в окно, чтобы точнее вести трактор по борозде. Он совсем такой же, как человек. Значит, трактор должен быть приспособлен к его «человеческим» особенностям: иметь

удобно расположенную кабину с хорошим обзором во все стороны, в которой были бы сконцентрированы все органы управления и контроля. Как и человек, робот не сможет одновременно следить за движением трак­

глаза.

Человек —универсальная «управляющая машина». Органы чувств, сообщающие ему информацию о внеш­ нем мире (слух, зрение, обоняние), командный меха­ низм (мозг) и исполнительные устройства (руки, ноги) сосредоточены вместе, они имеют общее управление и питание. В принципе мы можем управлять любой машиной, любым механизмом, любым процессом. Но создавая механизмы и машины, мы подчиняем их конст­ рукцию особенностям своего организма — рычагами и тягами удлиняем руки и ноги, с помощью приборов, позволяющих «видеть» или «чувствовать», что происхо­ дит в скрытых от нас узлах машины, компенсируем ог­ раниченность зрения, слуха и осязания.

Необходимость приспосабливать машину к особен­ ностям человека заставляет конструкторов в первую очередь позаботиться об удобствах работы механизато­ ра. Это трудная задача, и ее решение часто идет в ущерб тем свойствам машины, которые определяют качество работы. Однако это неизбежно, пока человек сам управляет машиной.

Но мы хотим, чтобы машина работала без человека, чтобы ею управлял автомат. Естественно поставить вопрос, есть ли смысл создавать для этого, робота, по­ добного человеку, наделенного его достоинствами и, ко­ нечно, недостатками как управляющей машины, а соз­ дав такого робота, затратив огромные средства на его

8?

-конструирование и изготовление, приспосабливать к нему конструкцию трактора? Не будет ли разумнее при­ способить автоматику к трактору?

Автоматическая система управления может иметь столько «глаз» и «рук», сколько требуется, может од­ новременно «смотреть» за движением трактора по бо­ розде, наблюдать за приборами и за работой машины или орудия. Многие процессы управления трактором, которые сегодня выполняет тракторист, можно расчле­ нить и выполнять одновременно и независимо один от другого. Не трудно, например, заметить, что движение трактора по прямой и выбор скорости движения (пе­ реключение передач)— процессы разные и их можно разделить. Ведь уже сейчас на тракторах стоят всере­ жимные регуляторы, которые сами поддерживают по­ стоянные обороты двигателя, меняя подачу топлива (увеличивая или уменьшая мощность) в зависимости от загрузки. Почему же нельзя сделать так, чтобы короб­ ка передач сама выбирала нужный режим и в соответ­ ствии с условиями работы переключала передачи? Го­ раздо проще переключать скорости непосредственно в коробке передач, чем делать это с помощью рычагов, выведенных в кабину.

Нет никакого смысла наблюдать за бороздой из кабины, если можно поместить автоматический «глаз» прямо над бороздой. Не для чего тянуть в кабину уп­ равление шторкой радиатора, если простейший автомат открывает и закрывает ее прямо на двигателе (кстати, тракторы уже оборудуются небольшими термостатами, которые регулируют температуру охлаждающей воды). Концентрация органов управления трактором (разме­ щение их в одном месте) была вызвана только стрем­ лением приспособить управление к возможностям чело­ века. Автомат позволяет рассредоточить управление,

сделать его автономным, создать самоуправляемые и саморегулируемые механизмы, приблизить управление к механизмам, которыми надо управлять. При этом на­ много повысится четкость управления, быстрота выпол­ нения команд. Автоматика как бы пронижет все меха­ низмы трактора, сольется с ним в одно целое. Не робот сядет на трактор, а трактор вместе с машиной (оруди­ ем) превратится в своего рода робота. Внешне такой робот совсем не будет похож на человека, но зато ра­ ботать он будет надежнее и лучше любого тракториста.

Органическое сочетание автоматики с трактором позволит резко упростить его конструкцию — исчезнет кабина, сиденье, подвеска, вентиляция, кондиционер, отпадет надобность в сложных системах рычагов, элек­ тропроводке и трубопроводах, ведущих в кабину, уп­ ростится компоновка. Благодаря этому трактор-автомат не только не будет дороже обычного, но может даже оказаться дешевле его. Но, пожалуй, самое главное пре­ имущество трактора-автомата заключается в том, что всю его конструкцию можно будет подчинить одной главной задаче — наилучшему выполнению технологи­ ческого процесса, наиболее удобному размещению ра­ бочих органов сельскохозяйственных машин. А это су­ лит огромные выгоды сельскому хозяйству, так как позволит улучшить агротехнику.

Было бы ошибкой предполагать, что трактор-авто­

ро, готовый самостоятельно выполнять все операции в поле. Создание такого трактора — трудный и длитель­ ный процесс постепенного совершенствования автома­ тических устройств, опробования и отработки отдель­ ных элементов автоматики, а затем и целых автомати­ ческих систем.

84

Первоначально автоматизация придет на трактор как помощник человека, она облегчит его труд, позво­ лит управлять трактором более точно и уверенно. Вве­ дение автоматических устройств в существующую кон­ струкцию трактора несколько удорожит его. Но это удорожание окупится улучшением условий труда и по­ вышением производительности агрегатов.

Постепенно автоматическим управляющим системам будет передаваться все большее число функций трак­

создания трактора-автомата, коренного изменения его конструкций, качеств и внешнего вида.

Первые же шаги на пути создания трактора-автома­ та показали, что перед учеными и конструкторами сто­ ят очень сложные задачи. Казалось бы, чего проще на­ учить трактор самостоятельно двигаться по полю. Ведь размеры полей ограничены, конфигурация их известна, способы движения агрегатов отработаны. Однако мно­ гочисленные попытки создать надежный автомат для вождения трактора большого успеха пока не имели. Выяснилось, что заставить трактор правильно двигать­ ся по полю труднее, чем применить автоматическое уп­ равление поездом или даже автомобилем. Поезд дви­ жется по рельсам, автомобиль может ориентироваться на край шоссе, а видеть шоссе и встречные машины ему помогут радиолокационные детекторы. Таким же путем можно решить вопрос о движении трактора по дорогам. Но в поле все становится много сложнее. Дело в том, что здесь нужна очень большая точность вождения. На пахоте трактору позволяется отклониться в сторону от заданного направления движения не больше чем на 5—10 сантиметров на всей длине гона, а ведь гоны бы­ вают длиной больше километра. При междурядной об-

85

работке ошибка всего на 3—5 сантиметров приводит к повреждению растений. Но, самое главное, на поле нет постоянных ориентиров и каждая операция имеет свои особенности. Скажем, на междурядной обработке и. уборке можно было бы ориентироваться по растениям, но как поступить при посеве или бороновании? К тому же и растения могут подвести; при первой междуряд­ ной обработке их почти не видно, а высокие хлеба, склоняясь от ветра, заставят трактор вилять.

Один из способов автоматического управления дви­ жением трактора — применение щупа-копира. Наиболее работоспособную конструкцию такого копира создал тракторист Логинов. Тяжелый шуп, имеющий форму клина, двигаясь по борозде, выбрасывает оттуда мел­ кие комья и через гидромеханическую систему поддер­ живает устойчивое направление движения трактора. Правда, если борозда искривлена или щуп попадет на

да и то пока трактор идет по прямой. Чтобы повернуть агрегат, водитель должен сесть на лрактор. Щуп мо­ жет значительно облегчить груд тракториста, но не ре­ шает задачи полной автоматизации вождения трактора.

Интересное устройство разработано во Всесоюзном институте электрификации сельского хозяйства. В ка­ честве ориентира используют шпалерную проволоку на виноградниках, пропустив по ней электрический ток, а на трактор установив две магнитные антенны. При от­ клонении трактора от середины междурядья и прибли­ жении к одной из шпалер сигнал с этой стороны стано­ вится сильнее и специальное устройство выправляет движение трактора. Но такая система ориентации при­ годна только для виноградников, где есть шпалеры, и, по-видимому, для садов и огородов, где на небольшой

86

-площади можно уложить провод. Укладка специально­ го провода на крупных полях — дело сложное и слиш­ ком дорогое.

На поле нужен постоянный и четкий ориентир, кото­ рый в сочетании с управляющей системой обеспечит нужную точность движения агрегата. Таким ориенти­ ром может стать тончайший луч лазера. Он уже помо­ гает геодезистам с небывалой прежде точностью опре­ делять растения, прочерчивать безукоризненные прямые линии на местности, выверять осевые линии тоннелей и других сооружений. Когда строителям телевизионной башни в Останкино (ее высота 537 метров) потребовал­ ся идеально точный отвес, они воспользовались лучом лазера. Думается, что эти свойства лазеров очень при­ годятся при создании тракторов-автоматов.

Но автоматизация движения трактора — это только часть проблемы. Чтобы водитель мог уйти с трактора, нужно создать такие автоматические устройства, кото­ рые самостоятельно, без вмешательства человека, смо­ гут регулировать и проверять работу всех его механиз­ мов, выбирать самую выгодную скорость, предупреж­ дать поломки и аварии. Кое-что в этом направлении уже сделано. Многие тракторы оборудуются автомати­ ческими устройствами, останавливающими агрегат при перегреве воды и масла, ненормальной работе двигате­ ля. Проведены испытания системы управления пере­ ключением передач по радио. Опробовано так называе­ мое дублерное управление: тракторист, находящийся на одном из тракторов, командует по радио вторым аг­ регатом, на котором нет водителя.

Труднее автоматизировать управление сельскохозяй­ ственными машинами. Ведь для этого надо не только следить за направлением движения и глубиной хода рабочих органов, но и принимать необходимые

87

меры при их забивании, прекращении подачи семян и т. п. Ученые, конструкторы, передовые механизаторы настойчиво ищут пути решения этой задачи. Первые результаты этих поисков успешные. Современные свек­ лоуборочные комбайны снабжаются гидромеханической системой, которая «ведет» рабочие органы точно по рядкам растений. Испытывается автомат для регулиро­ вания глубины хода корпусов плуга, представляющий собой каток, который движется по борозде и при нару­ шении заданной глубины воздействует на навесную систему трактора, заставляя ее выглублять или заглуб­ лять плуг. Создано несколько различных систем для

В самом деле, представим себе трактор-автомат, ко­ торый при неисправностях и нарушениях технологиче­ ского процесса будет сам останавливаться и даже сооб­ щать об этом на диспетчерский пункт*. Но какая польза от такого трактора, если подобные остановки проис­ ходят чуть ли не каждый час? Даже самая идеальная и четкая система аварийной защиты и информации не поможет этому трактору: его простои превысят время полезной работы.

А теперь рассмотрим другой пример. Современные тракторы снабжены механическими ступенчатыми ко­ робками передач, которые переключаются рычагом. Можно создать автомат, который будет в нужные мо­ менты передвигать рычаг, переключая передачи, однако это будет сложное и дорогое устройство. Гораздо луч­ ше поставить на трактор такую коробку, которая

88

сама, в зависимости от условий работы, автоматически устанавливала бы нужную скорость движения.

Создание полностью автоматизированных агрегатов потребует значительных изменений конструкций трак­ торов и сельскохозяйственных машин. Приспосаблива­

к их усложнению и удорожанию. Для автоматизации необходим более высокий уровень конструкций тракто­ ров и сельскохозяйственных машин. Они должны обла­ дать высокой надежностью, их регулировки должны быть стабильными, а некоторые механизмы — саморе­ гулируемыми. И еще одно требование — четкое и точ­ ное выполнение технологических процессов, исключаю­ щее просевы, огрехи и Другие нарушения агротех­ ники.

Но представим себе, что трактор-автомат создан и вышел в поле, он отвечает всем нашим требованиям. Решает ли это задачу автоматизации? Даст ли желае­ мый экономический эффект? К сожалению, нет. Ведь работа тракторов, машинно-тракторных агрегатов свя­ зана с большим числом вспомогательных механизмов и процессов. Трактор и машину надо подготовить к выходу в поле, соединить, заправить топливом, снаб­ жать агрегаты семенами и удобрениями, отвозить про­ дукты собираемого урожая. Машинно-тракторный аг­ регат— лишь звено в общем сложном комплексе средств механизации. Каким бы совершенным ни был автома­ тический агрегат, он не сможет работать успешно, если не будет четкой организации всего производственного процесса. Опыт промышленности показывает, что надо автоматизировать весь процесс, решать все вопросы

89