1.4. Машина – елемент системи «Людина–Машина–Середовище»

Світ машин та механізмів тепер супроводжує людину на кож- ному кроці. Людина, суспільство стають все більш залежними від сучасної, складної техніки – механізмів, машин, в тому числі

електронно-обчислювальних, які тепер керують різними життєво важливими системами і перед усім наденергоємними – атомними електростанціями, військовими об’єктами, інформаційними систе- мами, штучними космічними об’єктами.

Основні групи машин та механізмів. Машина (від лат. machina) – устрій, за допомогою якого виконують різноманітні операції для пе- реміщення об’єктів, перетворення енергії, матеріалів, систематизації та збереження інформації. Машини збільшують фізичну та інтелек- туальну могутність людини.

Розрізняють три основні групи машин: робочі, енергетичні та інформаційні. Пристрої, призначені для перетворення будь-якого виду енергії в механічну, називають машино-двигунами. Це електро- двигуни, двигуни внутрішнього згоряння (карбюраторні, дизельні), турбіни, теплові (парові) машини.

Група робочих машин складається з технологічних і транспортних.

Технологічні машини – це металообробні верстати, прокатні ста- ни, поліграфічне устаткування та інші.

Транспортні машини – автомобілі, літаки, тепловози, підіймачі, конвейєри, газо-, нафто-, водогони.

Інформаційні машини – найбільш складні пристрої, призначені для одержання, переробки і збереження інформації – арифмометри, механічні інтегратори, електронні обчислювальні машини (ЕОМ), персональні комп’ютери. Хоча в повному розумінні слова ЕОМ не є машиною, тому що в ній механічні пристрої мають допоміжне зна- чення.

Як правило машина складається з механізмів, що перетворюють рухи одного або декількох тіл у потрібному напрямку до іншого тіла. Механізми – основа машин.

Механізм – система, яка складається з ланок або сполучених де- талей, частин. З’єднання стикованих деталей, в результаті чого ви- никає рух, називається кінематичною парою – обертальна (шарнір), поступальна (повзун і напрямляючий), гвинтова (гвинт і гайка), сферична (кульовий шарнір – як суглоби у людини). Якщо в меха- нізмі, машині використовують крім твердих тіл рідинні або газопо- дібні речовини, то такі пристрої називають відповідно гідравлічни- ми або пневматичними.

В залежності від виду ланок у механізмі або машині розрізняють зубцюваті, підйомні, ланцюгові, фрикційні, ремінні передачі, в тому числі пневмо- і гідропередачі.

Машини, механізми так само старі, як і людина, яка завжди праг- не до полегшення своєї праці, збільшення її продуктивності.

Вже в Древньому Єгипті широко використовували механізми для підняття вантажів (будівництво пірамід, храмів), перекачування води (висячі сади Семіраміди, полив засушливих територій). Дав- ньогрецький поет Гомер описав механічну художницю, письменник Аулюс Гелліус – механічного літаючого голуба.

В другому сторіччі до нашої ери єгипетські жреці, використову- ючи зубцюваті передачі, побудували автомати для продажу святої води, для відкривання-закривання дверей у храмах. В третьому сто- річчі до нашої ери давньогрецький інженер написав восьмитомну працю «Синтаксис механіки».

У 60-і, на початку 70-х р.р. ХХ ст. створені машини, механізми для виконання задач, пов’язаних із небезпечними об’єктами, на- приклад для роботи в Космосі (космічна техніка), недоступних або небезпечних для людини земних середовищах – підводні глибини, атомні реактори, багатьох хімічних, металургійних виробництвах.

Для виконання робіт в таких сферах діяльності людини створені маніпулятори (механічна рука), роботи, які дозволяють автомати- зувати багато трудових процесів. Термін «Робот», який тепер ши- роко розповсюджений, першим використав чеський письменник К. Чапек у фантастичному романі «Війна з саламандрами».

Для створення сучасних складних пристроїв велике значення має теорія машин і механізмів, засновником якої є російський математик і механік Х1Х ст. П.Л. Чебишев. Він заклав основи теорії синтезу ме- ханізмів, що дозволяє тепер створювати різноманітні машини дуже високого ступеня складності, навіть моделюючих діяльність людини.

Подальший розвиток ця теорія одержала в працях А.П. Котель- никова (1865–1944), В.В. Добровольского (1880–1956).

Теоретичні праці, практичні розробки особливої уваги приділя- ють шкідливому впливу коливань, вібрацій у машинах і механізмах. Ці явища викликають додаткові навантаження на ланки механізмів, втрату їхньої стійкості, працездатності через що виникають аварії з-за стомлення матеріалів, з яких вони виготовлені.

У 1945–50 роках була створена теорія машин-автоматів або роботів, які моделюють властивості і функції живих організмів, зо- крема людини. Вона дозволила різко убезпечити працю, зробити її більш продуктивною і перейти від техніки безпеки при роботі з не- безпечною технікою до відносно безпечної техніки.

Техніка (гр. – мистецтво робити щось, виготовляти, ремесло, майстерність) – сукупність машин та механізмів, за допомогою яких працівник полегшує свою працю, досягає необхідного результата з мінімальними фізичними затратами. Вона є складовою частиною технологій, технологічних процесів. Техніка – ноосферно перетво- рені предмети природи, які утворюють технічні об’єкти.

Технічний об’єкт – сукупність техніки, що виконує певну функ- цію – отримання певних речовин, предметів вжитку, енергії (тепло- вої, електричної).

Можливості техніки пов’язані з певними межами, кордонами її функцій: 1) техніка – засіб, який треба орієнтувати певним чином;

2) техніка домінує тільки над механізмами, над неживим сферами природи і ніколи над людиною; 3) техніка пов’язана з ресурсами та різними видами енергії; 4) вона залежить від людини; 5) техніка ви- конує важливі соціальні функції, забезпечуючи інтелектуальний, речовинний прогрес, комфорт життя, але зменшує стійкість при- родних систем через забруднення середовища.

Неналежне використання техніки формує надзвичайні ситуа- ції техногенного характеру, аварії, катастрофи. Варто підкреслити, що жодна машина або механізм не можуть обходитися без джерела енергії, або самі є її джерелом. Тому в процесі їх функціонування часто виникають шкідливі, побічні явища – забруднення навколиш- нього середовища різноманітними чинниками – хімічними, фізич- ними, фізико-хімічними, біологічними.

Існує проблема ергономічності – це сумісність функцій людини, її фізіологічних можливостей з машинними. Частіше всього машини по- гано сумісні з природними процесами, тому виникла і активно розробля- ється проблема створення машин на біологічній основі – біороботів. Вже створені і функціонують окремі елементи таких машин – наприклад біо- механічна рука, в якій механічне зусилля виникає за рахунок хімічних реакцій в штучному білку.

Широкого застосування набули штучне серце, яке вживляють у грудну порожнину, кардіостимулятори, що виконують функції ав- тономної нервової системи серця, його нервових центрів. Існують і стаціонарні штучні органи, які використовують при хірургічних опе- раціях, наприклад штучна нирка, печінка, але вживити їх в організм неможливо з-за їх великих розмірів. Виникла можливість створення штучних біологічних органів тіла людини. Вже отримано з так зва- них стовбурних, недиференційованих клітин, деякі органи – шкіра,

печінка. Ще до недавнього часу ми розглядали небезпеку тільки з боку неживих систем – машин та механізмів, та природних явищ, то тепер можливо виникне небезпека від біологічних ссистем.

Очевидно майбутнє за іншими – екологічно безпечними, ерго- номічними машинами і механізмами, тобто такими, які не шкодили б людям, всьому живому, найменше забруднювали б природне се- редовище.

Особливо треба виділити проблему створення штучних орга- нів людини за допомогою методів клонування, генної інженерії. Вже розроблені методи отримання таких органів і виникло питання етично-морального змісту. Тому в багатьох країнах прийнято зако- нодавство щодо цього питання, ставлення до якого неоднозначне.

Слід підкреслити, що більшість сучасних машин недосконалі і тому вони, витвори людини, забруднюють довкілля, змінюють його в негативний бік.

Неможливо назвати машину, механізм антропогенного похо- дження, який був би ідеальним і не шкодив би здоров’ю людини, не забруднював би середовище життя отруйними речовинами – стаціально-речовинними або параметричними – шуми, вібрації, різ- ні види випромінювань – польові форми матерії.

Тому давно вже кажуть про біологічну необхідність переходу з техногенних джерел енергії на природні, альтернативні джерела енергії, тобто протилежні існуючим традиційним – гідроенергетика, атомна, теплова енергетика альтернативними – енергія Сонця, ві- тру, земного тепла. Будь-яка машина створена людиною з неживих елементів завжди буде небезпечною, шкідливою через різні фактори (фізичні, хімічні, біологічні), які супроводжують її роботу.

Питання

1. Що таке машини, механізми, які їх групи, функції?

2. Що таке техніка , технічний об’єкт?

3. Що таке роботи, маніпулятори?

4. Яке значення має теорія машин та механізмів?