Творения рук человеческих (Естественная история машин) - [33]

Рождается стремление вообще выключить человека из технологического процесса: это стремление вело к созданию машин автоматического действия. Нельзя не вспомнить, что, вероятно, первая такая попытка была сделана на Руси, на Соловецких островах, где соловецкий игумен, а впоследствии московский митрополит Филипп (Федор Степанович Колычев) создал автоматическую систему машин. Было это более чем четыре века назад. Прошло почти два с половиною столетия, и на Алтае гидротехник Козьма Дмитриевич Фролов создает грандиозную гидросиловую систему, а в США механик и изобретатель Оливер Эванс построил автоматическую мельницу, в которой был автоматизирован весь технологический процесс. В начале прошлого столетия французский механик Жозеф Жаккар построил ткацкий станок, работавший по специальной программе.

Следующий этап в развитии автоматики связан с именем английского математика и экономиста Чарльза Беббиджа, который еще в 30-е годы прошлого века запроектировал аналитическую вычислительную машину, как бы прообраз современных ЭВМ. К сожалению, его идеи не соответствовали техническим возможностям эпохи, и машина «не пошла».

Но проходит еще столетие, возникает и развивается электронная техника, и вычислительные машины становятся реальностью. Одновременно разрабатываются и машины нового типа, которые воспринимают все те идеи, которые были реализованы в механической технике. Постоянно совершенствующиеся машины в годы научно-технической революции приобретают новые качества. В их состав, кроме классических двигателя, передачи и орудия, входят теперь органы управляющие и регулирующие.

Развитие автоматизации влечет за собой создание полностью автоматизированных цехов, в которых некоторые операции выполняют машины автономного действия — роботы и манипуляторы. Таким образом, сам цех превращается в огромную машину, управляемую единым «мозгом», — получается та же «мельница», но уже на новых технических основаниях.

Преемственность структуры, или «генетика» машин

Генетикой в биологии называется наука о законах наследственности и изменчивости, ведущая к пониманию законов рождения новых организмов. Как уже говорилось, по аналогии можно отметить, что произведения рук человеческих, используемых в качестве орудий и инструментов, в определенной степени являются как бы продолжением органов человеческого тела. Микроскоп и телескоп наделяют человека сверхзрением, а самолет — способностью летать. Одежда выполняет некоторые функции защитного покрова, а антибиотики иногда делают то, чего не могут сделать антитела. Счетчик радиоактивного излучения снабжает человека органом чувств, аналога которому у него вообще нет. Назвать подобные инструменты «внешними» органами человека — это не просто привести прихотливую метафору, потому что все сенсорные инструменты действительно передают сведения через наши обычные органы чувств, а все механизмы и машины программируются нами либо во время работы, либо предварительно.

Таким образом, изучая машины и механизмы, мы, очевидно, должны выяснить и те законы, в соответствии с которыми они эволюционируют. Подобную параллель законам генетики мы можем найти в учении о структуре механизмов, иначе говоря, в изучении кинематического «скелета» машины. Действительно, тривиальным является положение о том, что неправильно построенный механизм работать не будет. Если же мы найдем правильные пути построения механизмов, выявим те законы, которые управляют ими, то можем тогда быть уверенными, что и механизмы, и построенная из них машина будут работать правильно.

Нам придется возвратиться к шарнирным механизмам, о которых речь шла выше. Появились они в Европе около XII в. и распространялись очень медленно, так как изготовление шарниров для того времени было делом очень трудным. Если перелистать «Театры машин», которые представляли собой сборник картинок, изредка с небольшими пояснениями, то можно найти несколько шарнирных механизмов. Четыре века назад в Испании была построена водоподъемная машина, создателем которой был королевский инженер Хуанело Турриано. Было построено еще несколько механизмов, и лишь после того, как Джеймс Уатт изобрел четырех звенник, одна из шатунных точек которого приближенно воспроизводила прямую линию, к шарнирным механизмам начали относиться более серьезно.

В середине прошлого столетия теорией шарнирных механизмов заинтересовался знаменитый русский математик Пафнутий Львович Чебышев. Он тщательно изучил особенный механизм в паровой машине, служившие для превращения прямолинейного движения поршня во вращательное движение коромысла, т. е. механизм, известный под названием параллелограмма. Эмпирические правила, которым следовал его изобретатель, смогли служить руководством для практики только до тех пор, пока не встретилась необходимость изменить форму, с изменением формы этого механизма потребовались новые правила».

Чебышев подошел к решению этого вопроса чрезвычайно остроумным путем: он построил целую серию механизмов, которые могли приближенно воспроизводить прямую линию, окружность или какой-либо иной закон преобразования движения. Экспериментально исследовав эти механизмы, он построил математическую теорию приближения функций полиномами, наименее уклоняющимися от нуля, иначе говоря, нашел способ приближенного воспроизведения линии с наименьшими отклонениями от точного их течения. Он указал на тот факт, что иногда приближенное решение оказывается точнее «точного», когда речь идет о воспроизведении определенных зависимостей механическими средствами, и нашел закон правильной структуры плоского механизма: взаимоотношение между числом звеньев и числом их сочленений — кинематических пар.