„Jeśli maszyny wyprodukują wszystko, czego potrzebujemy, wynik będzie zależał od sposobu dystrybucji. Każdy może cieszyć się życiem w pełnym luksusie i odprężeniu tylko wtedy, gdy maszyny produkujące towary staną się własnością wspólną lub większość ludzi skończy się katastrofalnie ubogimi, jeśli właściciele samochodów będą sprzeciwiać się redystrybucji bogactwa … W rzeczywistości nie powinniśmy bać się robotów, ale kapitalizmu”., - Stephen Hawking.
Odniesienie historyczne. Pojawienie się robotów i robotyzacja światowej produkcji w XX wieku
Prototypy współczesnych robotów pojawiły się w czasach starożytnej Grecji. Około. Mieszkańcy Pharos zainstalowali cztery pozłacane figurki kobiet z automatycznymi kontrolkami, które były wyraźnie widoczne z daleka. W dzień odbijały światło słoneczne, a wieczorem płonęły jak latarnie.
Wiadomo, że w XII wieku arabski naukowiec i wynalazca Al-Dżazari stworzył łódź z mechanicznymi muzykami, którzy bawili ludzi grając na instrumentach muzycznych.
Około 1495 roku Leonardo da Vinci stworzył plan humanoidalnego rycerza-robota. Nie wiadomo, czy próbował go zebrać, ale rękopisy znalezione w połowie XX wieku wskazują, że mechanik mógł usiąść, poruszać rękami i głową, a nawet otworzyć przyłbicę.
Schemat robota Leonarda.
W XVI-XVIII wieku w Europie rozpowszechniła się budowa „automatów”. Były to mechanizmy zegarowe, podobne do ludzi czy zwierząt, które potrafiły wykonywać dość złożone ruchy kończyn.
W 1738 roku Jacques de Vaucanson stworzył pierwszego „androida” - humanoidalne urządzenie, które grało na flecie. Również francuski mechanik i wynalazca zasłynął z projektowania mechanicznych kaczek dziobających jedzenie.
Film promocyjny:
Mechaniczna kaczka Jacquesa de Vaucansona.
Dotarły do nas również informacje o rosyjskim inżynierze Pafnutiyu Chebyshevie, który pod koniec XIX wieku wynalazł „stop-walk” - maszynę mechaniczną o wysokich zdolnościach terenowych.
Chodzący pieszo samochód Pafnutiy Chebyshev.
Nikola Tesla też nie mógł trzymać się z daleka. Wielki geniusz w 1898 roku stworzył i zademonstrował publiczności miniaturowy statek sterowany radiowo.
Sterowany radiowo statek Tesli.
W 1920 roku czeski pisarz Karel Čapek i jego brat Josef wymyślili słowo „robot”. Po raz pierwszy użyli tego słowa w sztuce „Rossum Universal Robots”, która opowiada o wydarzeniach w fabryce produkującej „sztucznych ludzi”. Spektakl wystawiony w 1921 roku w Pradze odniósł wielki sukces i pomógł spopularyzować termin „robot”.
W języku czeskim słowo robota oznacza „ciężką pracę”, „ciężką pracę”, „corvee” (por. Bułgarski rob „niewolnik”), aw rosyjskich tłumaczeniach używano wówczas słowa „robotnik”.
Wzrosło zainteresowanie robotami. W 1927 roku amerykański inżynier J. Wensley zaprojektował sterowanego głosem robota „Mr. Televox”, który wyglądał jak człowiek i był w stanie wykonywać podstawowe polecenia głosowe. Ten robot stał się eksponatem na Wystawie Światowej w Nowym Jorku. W 1928 roku robot Eric powitał gości na wystawie British Association of Modeling Engineers. W tym samym roku pod kierownictwem dr Nishimury Makoty powstał pierwszy japoński robot „Przyrodnik”, zdolny do poruszania rękami i głową za pomocą napędu elektrycznego. Następnie ten android zaczął być uważany za przodka japońskiej robotyki.
W 1936 roku powstał pierwszy radziecki robot B2M. Moskiewski uczeń Vadim Matskevich zbudował androida i za to otrzymał dyplom na Wystawie Światowej w Paryżu w 1937 roku. V. V. Matskevich został później kandydatem nauk technicznych, autorem wielu popularnonaukowych prac i książek.
Od początku lat trzydziestych pojawiły się struktury, które z pozoru przypominają ludzkie istoty, zdolne do wykonywania najprostszych ruchów rąk i odtwarzania fraz na polecenie człowieka. Istnieją informacje, że w tamtych latach roboty były produkowane głównie przez firmę Westinghouse, kilku niemieckich i holenderskich inżynierów do celów reklamowych.
Rok 1936 był punktem zwrotnym w historii rozwoju nauki i techniki. Angielski matematyk Alan Mothison Turing przedstawił koncepcję „abstrakcyjnej maszyny obliczeniowej” (obecnie znanej jako „maszyna Turinga”), zdolnej do wykonywania obliczeń o dowolnej złożoności za pomocą prostych operacji odczytu i zmiany, i przewidział jej pojawienie się pod koniec lat czterdziestych XX wieku. komputery uniwersalne. W tamtych latach wielu naukowców (J. von Neumann, G. Walter, W. R. Ashby, C. Shannon i inni) opracowało teorię algorytmów opartą na badaniu analogii między ludzkim układem nerwowym, komputerami i automatycznymi systemami sterowania. Następnie stała się jednym z teoretycznych początków matematyki obliczeniowej, a następnie - cybernetyki i robotyki.
W 1938 roku na świecie pojawił się „Electro”: android ważący 120 kg, mający dwa metry wzrostu, potrafił chodzić, rozmawiać, a nawet palić. Robot został zaprojektowany przez inżyniera Josepha Barnetta.
Wideo robota Electro:
W 1942 roku słynny pisarz science fiction, amerykański naukowiec i popularyzator nauki Izaak Asimow opublikował serię opowiadań „Jestem robotem”, w jednym z których po raz pierwszy próbował sformułować podstawowe zasady zachowania robotów i ich interakcji z ludźmi. Historia kolekcji zbudowana jest w formie wywiadu z dr Susan Kelvin z 2057 roku, w którym dzieli się wspomnieniami ze swojej pracy jako pełnoetatowa robotyczna psycholog światowego lidera w produkcji robotów pozytronowych w US Robots and Mechanical Men, Inc.
Ogólną ideą łączącą historie w zbiorze jest rozwiązanie problemów związanych z robotami, które można przypisać zderzeniu żelaznej logiki praw robotyki i czynnika ludzkiego. Zasady te, nazwane później Trzema Prawami Robotyki, brzmią:
- Robot nie może skrzywdzić osoby ani przyczynić się do krzywdy przez swoją bezczynność.
- Musi wykonywać polecenia osoby, z wyjątkiem tych, które są sprzeczne z pierwszym prawem.
- Robot musi zapewnić sobie własne bezpieczeństwo, chyba że jest to sprzeczne z pierwszym i drugim prawem.
Jeden z pionierów robotyki przemysłowej, założyciel i prezes firmy Unimation zajmującej się robotami, Joseph F. Engelberger, uważa, że trzy prawa robotyki A. Azimova to standardy, którymi muszą kierować się specjaliści przy tworzeniu nowoczesnych robotów.
W latach 50. automatyzacja i robotyzacja produkcji osiągnęła nowy poziom i stała się zjawiskiem masowym.
Według Amerykańskiego Instytutu Robotyki (RIA), robot przemysłowy to reprogramowalny wielofunkcyjny manipulator przeznaczony do przesuwania obiektów po z góry określonych ścieżkach przy użyciu zmiennych programowalnych ruchów. Bliska jest temu europejska definicja, w której roboty rozumiane są jedynie jako uniwersalne automatyczne instalacje o co najmniej trzech stopniach mobilności, wyposażone w różne chwytaki i łatwy do przeprogramowania system sterowania.
To wtedy zaczęły powstawać pierwsze roboty przemysłowe, wykonujące montaż sprzętu i najprostsze monotonne czynności. Do pracy z materiałami radioaktywnymi opracowano manipulatory mechaniczne, które kopiowały ruchy rąk człowieka w bezpiecznym miejscu. Przykładem jest zdalnie sterowany wózek opracowany w 1960 r. Z manipulatorem, kamerą telewizyjną i mikrofonem, który służył do badania terenu i pobierania próbek w obszarach o wysokiej radioaktywności.
Pierwsze ramię robota zostało opracowane przez wynalazcę samouka George'a Devola w 1954 roku. Konstrukcja ważyła dwie tony i była sterowana programem nagranym na bębnie magnetycznym. System ten nazwano „Unimate”, wydano patent na urządzenie, a następnie wynalazca w 1961 roku założył firmę „Unimation”. System ten zaczął być używany do odlewania części metalowych z form. Chwytak działał za pomocą napędu hydraulicznego. W tym samym roku 1961 firma ta zainstalowała pierwszego robota przemysłowego. Został wdrożony w zakładzie General Motors w New Jersey w odlewni. Następnie nowość została przetestowana przez fabryki Chryslera i Forda.
Manipulator „Unimate”.
Ten robot miał pięć stopni swobody (co to jest, powiemy w kolejnych artykułach) oraz chwytak z dwoma „palcami”. Ta maszyna była wydajniejsza i szybsza niż ludzie. Dokładność pracy była dość wysoka - do 1,25 mm. Zmniejszyła się liczba wadliwych części.
W 1965 roku Ralph Mosher, inżynier w General Electric, opracował robota Walking Truck do przenoszenia ładunków i wielu podobnych funkcji.
Film przedstawiający Walking Truck Robot:
Od 1967 r. Roboty przemysłowe przyjeżdżają do Europy. Pojawiają się roboty spawalnicze i malarze. Korzystając z kamer wideo i czujników, manipulatorzy uczą się określać wymiary produktów i ich lokalizację.
W 1968 roku w Japonii zaczęła się rozwijać robotyzacja. Japońska firma „Kawasaki Heavy Industries, Ltd.” otrzymał licencję na produkcję robota od „Unimation Inc.” i zmontowała swojego pierwszego robota przemysłowego. Początkowo podaż takich robotów była niewielka i służyły głównie do spawania i natryskiwania.
Minęły lata 70. w szybkim rozwoju robotyki. W 1982 roku IBM tworzy pierwszy oficjalny język programowania systemów robotycznych. W 1984 roku firma Adept przedstawiła pierwszego zasilanego elektrycznie robota Scara.
Jeśli w 1968 roku Japonia była jednym z nowicjuszy w produkcji i rozwoju robotyki, to na początku lat 80. liczba firm zajmujących się tą branżą wzrosła wielokrotnie - z 10 do 175. Jeżeli na początku powstawania produkcji Japończycy wyprodukowali około 200 robotów, to w 1981 roku - już 22100 sztuk.
Łącznie za okres od 1968 do 1981 roku. W japońskich fabrykach wyprodukowano 98 800 robotów. W 1982 roku park faktycznie robotów przemysłowych w Japonii liczył około 13 tysięcy, w 1984 - 65 tysięcy, w 1985 - 93 tysiące, w 1986 - 116, aw 1989 - 174 tysiące! I to bez uwzględnienia nieprogramowalnych manipulatorów bez sztywnej kontroli. Od tego czasu Japonia wyruszyła w podróż, aby stać się światową stolicą robotów. Pod koniec XX wieku w produkcję robotów było zaangażowanych około 130 firm. Wiodące japońskie firmy zajmujące się robotyką to: Kawasaki Heuvy Industries, Hitachi, Mitsubishi Heavy Industries, Fujitsu Fanuc, Aida Engineering, Matsushita Electric Company, Yasukawa Electric i inne.
Stany Zjednoczone były gorsze od innych krajów pod względem floty robotów przemysłowych przez długi czas na początku lat 80. W 1984 r. Liczba robotów wynosiła około 13 000, w 1985 - 20 000. W sumie od 1981 r. W amerykańskim przemyśle użyto 3500 robotów, aw 1989 r. Ponad 35 000.
Wówczas w rozwój robotów zaangażowanych było około 20 firm, z których najsłynniejsze to Cincinnati Milacron i Unimation (które na początku lat 80. zostało przeniesione do koncernu Westinghouse). Najczęściej roboty przemysłowe w Stanach Zjednoczonych wprowadzane były do przemysłu motoryzacyjnego, gdzie były wykorzystywane do punktowego zgrzewania nadwozi. W 1981 roku w General Motors było już 270 robotów. Roboty wprowadziły również firmy Ford, Chrysler i inne firmy.
Rośnie także tempo industrializacji w Europie Zachodniej.
Trzecim krajem pod względem rozwoju robotów przemysłowych i skali ich wdrażania jest Republika Federalna Niemiec. W 1980 roku istniały 22 firmy produkujące roboty przemysłowe, a obecnie ponad 90 firm dostarcza około 200 różnych modeli, ale co najmniej 50% wszystkich używanych robotów przemysłowych należy do ASEA, Kuka, Volkswagena”.
Park robotów przemysłowych w Niemczech w 1980 roku liczył około 1300 sztuk, w 1984 - 6600, w 1986 - 12400, a na początku 1988 - 14900 sztuk, z czego około połowa była wykorzystywana w przemyśle samochodowym.
Na początku lat 90. nastąpił przełom w rozwoju robotyki: pojawił się kontroler z intuicyjnym interfejsem sterowania, którym mógł sterować operator. Mógł zmieniać parametry pracy i regulować tryb. Postęp naukowy i technologiczny umożliwił zwiększenie możliwości rozwoju, inteligencji i kontroli robotów. Ich funkcje i niezawodność tylko ewoluowały: złożoność, szybkość pracy, wzrosła liczba osi, zaczęto stosować dodatkowe materiały. Podjęto również kilka pewnych kroków w kierunku stworzenia sztucznej inteligencji.
To prawda, że w połowie lat 90. nastąpił pewien spadek we wprowadzaniu robotów i finansowaniu dużych projektów. Z wielu powodów sprzęt zrobotyzowany był używany tylko do montażu samochodów i kilku innych branż. Koszt rozwoju i użytkowania był bardzo wysoki, ale do 2000 roku produkcja zaczęła ponownie rosnąć, zwiększając się o 30% rocznie.
Wiodącymi producentami robotów w XX wieku były Kawasaki Heuvy Industries, Hitachi, Mitsubishi Heavy Industries, Fujitsu Fanuc, Yasukawa Electric, Matsushita Electric Company (Japonia); Cincinnati Milacron, Unimation, GMF Robotics, IBM (USA); ASEA (Szwecja); Volkswagen i Kuka (Niemcy); Renault (Francja); Comau-Fiat (Włochy); Tralfa (Norwegia); GEC i Dainichi Sykes (Wielka Brytania).
Wskaźniki wydajności robotów wiodących firm zaczęły już osiągać duże wysokości: roboty Unimate, Versatran, Kawasaki Unimate, Trallfa, ASEA, Kuka itp. Mogły pracować bez przerw w zakresie konserwacji do 500 - 700 godzin, ich całkowita żywotność wzrasta do 40 tysięcy godzin. Straty związane z przestojami podczas napraw i przezbrojeń nie przekraczały 2% całkowitego czasu pracy. Wszystkie te czynniki doprowadziły do znacznych oszczędności kosztów dla producentów.
Jednym z głównych kierunków postępu naukowo-technicznego światowego przemysłu u schyłku XX wieku było tworzenie elastycznych systemów produkcyjnych (dokładna definicja zostanie podana w następnym artykule). Takie systemy zwiększyły wydajność produkcji małoseryjnej i seryjnej. W 1987 roku 360-370 GPS działały na całym świecie, m.in. w Japonii - 102, USA - 66, Niemczech - 40, Wielkiej Brytanii - 36, Włoszech - 32, Francji - 30, Szwecji - 10.
Pod koniec XX wieku robotyzacja produkcji prowadzona była dość intensywnie we wszystkich krajach uprzemysłowionych. Stworzono i zbadano udoskonalanie systemów robotów, związane z ich odczuwaniem i sztuczną inteligencją. Głównymi priorytetami producentów są redystrybucja rynku światowego, wypuszczanie na rynek towarów lepszej jakości po niższej cenie i bardziej zróżnicowanym asortymencie.