Безпека життєдіяльності людини та суспільства - Мягченко О.П. - 1.4. Машина - елемент системи "Людина-Машина-Середовище"

Світ машин та механізмів тепер супроводжує людину на кожному 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 системами, штучними космічними об'єктами.

Основні групи машин та механізмів. Машина (від лат. machina) - устрій, за допомогою якого виконують різноманітні операції для переміщення об'єктів, перетворення енергії, матеріалів, систематизації та збереження інформації. Машини збільшують фізичну та інтелектуальну 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 електродвигуни, двигуни внутрішнього згоряння (карбюраторні, дизельні), турбіни, теплові (парові) машини.

Група робочих машин складається з технологічних і транспортних.

Технологічні машини - це металообробні верстати, прокатні стани, 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 значення.

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 деталей, частин. З'єднання стикованих деталей, в результаті чого виникає рух, називається кінематичною парою - обертальна (шарнір), поступальна (повзун і напрямляючий), гвинтова (гвинт і гайка), сферична (кульовий шарнір - як суглоби у людини). Якщо в механізмі, машині використовують крім твердих тіл рідинні або газоподібні речовини, то такі пристрої називають відповідно гідравлічними 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 прагне 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). Давньогрецький поет Гомер описав механічну художницю, письменник Аулюс Гелліус - механічного літаючого голуба.

В другому сторіччі до нашої ери єгипетські жреці, використовуючи зубцюваті передачі, побудували автомати для продажу святої води, для відкривання-закривання дверей у храмах. В третьому сторіччі 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, наприклад 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 автоматизувати багато трудових процесів. Термін "Робот", який тепер широко 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 механізмів, 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 приділяють 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, зокрема людини. Вона дозволила різко убезпечити працю, зробити її більш продуктивною і перейти від техніки безпеки при роботі з небезпечною 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 перетворені предмети природи, які утворюють технічні об'єкти.

Технічний об'єкт - сукупність техніки, що виконує певну функцію - отримання певних речовин, предметів вжитку, енергії (теплової, 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 виконує важливі соціальні функції, забезпечуючи інтелектуальний, речовинний прогрес, комфорт життя, але зменшує стійкість природних систем через забруднення середовища.

Неналежне використання техніки формує надзвичайні ситуації 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 навколишнього середовища різноманітними чинниками - хімічними, фізичними, фізико-хімічними, біологічними.

Існує проблема ергономічності - це сумісність функцій людини, її фізіологічних можливостей з машинними. Частіше всього машини погано сумісні з природними процесами, тому виникла і активно розробляється проблема створення машин на біологічній основі - біороботів. Вже створені і функціонують окремі елементи таких машин - наприклад біомеханічна 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 автономної нервової системи серця, його нервових центрів. Існують і стаціонарні штучні органи, які використовують при хірургічних операціях, 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 званих 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, ергономічними машинами і механізмами, тобто такими, які не шкодили б людям, всьому живому, найменше забруднювали б природне середовище.

Особливо треба виділити проблему створення штучних органів людини за допомогою методів клонування, генної інженерії. Вже розроблені методи отримання таких органів і виникло питання етично-морального змісту. Тому в багатьох країнах прийнято законодавство 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 походження, який був би ідеальним і не шкодив би здоров'ю людини, не забруднював би середовище життя отруйними речовинами -стаціально-речовинними або параметричними - шуми, вібрації, різні 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, вітру, 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?