Màquina

Màquina per fer cigarretes de James Albert Bonsack, inventada el 1880 i patentada el 1881.

Una màquina (llatí machina, del grec dòric mākʰanā (μηχανή), significant: astúcia, invenció enginyosa o dispositiu) és un conjunt de peces (òrgans o elements) mòbils i no mòbils, que per efecte dels seus enllaços està capacitada per transformar l'energia. Per tant, és un conjunt més o menys complex de peces sòlides (eixos, rodes, barres, etc) que serveix per a transformar un tipus d'energia en treball o en un altre tipus d'energia, o bé per a aprofitar l'acció d'una força per tal de produir certs efectes.

Per extensió, el terme màquina s'aplica a qualsevol enginy mecànic, com per exemple els autòmates, o hui en dia, als enginys electrònics, com les computadores, en contraposició als mecanismes naturals. En un sentit genèric, una màquina també és el nom de diferents aparells, estris, etc, emprats en oficis diversos, treballs manuals, a la llar, etc. Reben noms concrets segons llur ús o objecte, com ara màquina d'afaitar, màquina de cosir, màquina de rentar, màquina d'escriure, màquina de retratar, màquina de calcular, màquina de picar carn, màquina de tallar embotits, màquina de fer xurros, màquina de segar, màquina d'imprimir, etc.

Classificació

Una primera classificació permet d'agrupar-les en dues categories:

• les màquines motrius, que transformen en energia mecànica l'energia (tèrmica, elèctrica, mecànica, etc) que hom els forneix,
• les màquines operatives, que actuen sobre la matèria modificant-ne la forma, les dimensions, etc.

En aquesta classificació cal remarcar dos grups que podrien ser considerats màquines:

• Dispositius similars a les màquines que serveixen per a prestar suport a una màquina, s'anomenen útils. Aquest grup sol fer-se servir intensivament a les àrees de la fabricació i el manteniment.
• Sol utilitzar-se el terme aparell per als dispositius, en especial els electrònics, que no tenen una funció principal d'entregar un treball mecànic (ordinador, altaveu, instruments de mesura... )

Hom pot fer també classificacions parcials, atenent factors que intervenen en el funcionament o en l'ús de la màquina. Així, segons l'aplicació, hom pot classificar-les en: màquines agrícoles, màquines eines, màquines calculadores, etc.

Segons la forma com és fornida l'energia a la màquina o la forma de l'energia produïda, hom distingeix:

• les màquines elèctriques, que transformen o produeixen l'energia elèctrica,
• de les màquines de fluid, que actuen sobre un fluid o bé reben l'energia del fluid. Aquestes darreres poden ésser pneumàtiques (en les quals intervé un gas, generalment aire), hidràuliques (quan el fluid és incompressible) o tèrmiques (quan hom aprofita l'expansió d'un gas o vapor a alta temperatura).

Tipus de màquina

Tipus de màquines i components que s'en relacionen

Classificació		Màquina
Màquina simple		Pla inclinat, Roda i eix, Palanca, Politja, Falca, Rosca
Components mecànics		Eix, Corretja, Catúfol, Sistema de fixació, Engranatge, Clau, Cadena, Cremallera, Cadena de transmissió, Corda, Molla, Roda
Rellotge		Rellotge atòmic, Cronòmetre, Rellotge de pèndol, Rellotge de quars
Compressors i bombes		Cargol d'Arquimedes, Bomba d'ariet, bomba, Trompa d'aigua, Bomba de buit
Màquines tèrmiques	Motors de combustió externa	Màquina de vapor, Motor Stirling, Motor Ericsson,
	Motors de combustió interna	Motor d'explosió, Turbina de gas
Bomba de calor		Refrigeració per absorció, Refrigeració termoelèctrica, Refredament regeneratiu
Mecanisme		Pantògraf, Mecanisme de Peaucellier-Lipkin, Mecanisme de Sarrus,
Turbina		Turbina de gas, Propulsió a reacció, Turbina de vapor, Turbina d'aigua, Aerogenerador, Molí de vent
Perfil		Vela, Ala, Timó, Flap, Hèlix
Electrònica		Vàlvula de buit, Transistor, Díode, Resistència, Condensador, Inductor
Miscel·lània		Robot, Màquina expenedora, Túnel de vent, Controlador de pes, Màquina rebladora

Màquina simple

Article principal: Màquina simple

Corriola simple fixa, una de les màquines simples

Una màquina simple és una màquina estàtica que serveix per a equilibrar una força (resistència) amb una altra (potència) a través d'un element mecànic amb un punt fix (anomenat punt de suport). Hom les classifica en tres gèneres, segons que el punt de suport sigui situat:

• entre els punts d'aplicació de la potència i de la resistència (primer gènere),
• al costat del punt de resistència (segon gènere) o
• al costat del punt de potència (tercer gènere).

La llei d'equilibri d'aquestes màquines relaciona les intensitats de la potència (P) i de la resistència (R) amb les distàncies dels punts d'aplicació de la potència (a) i de la resistència (b) al punt de suport, segons la fórmula P · a = R · b. Les principals màquines simples són la palanca, la politja i el torn.

Màquina eina

Dins de la indústria, les màquines eines de control numèric permeten millorar la productivitat i la reproductibilitat del treball efectuat, reduint notablement les toleràncies de fabricació. Per exemple, l'ús d'un tornavís elèctric a les cadenes de muntatge permet una millor aplicació del parell

Robot industrial

Per tal de limitar les penúries de certs treballs i també d'operar a qualitat constant en treballs de pintura, soldadura o muntatge, la industria fa servir intensivament els robots de posició fixa o robots mòbils per l'aprovisionament dels llocs de treball.

Regulació de màquines

Es poden distingir les màquines segons si actuen de manera automàtica o ho fan de manera manual. La introducció de les màquines automàtiques modernes té l'avantatge de que aquestes efectuen treballs o que presten serveis que, sense elles, l'home fóra incapaç d'executar (per exemple: el càlcul d'una imatge mèdica en 3D a partir de les projeccions o trepanació del crani sense causar danys al cervell). La informàtica i l'automàtica són la base de totes les màquines modernes.

Màquines no automàtiques

Aquestes màquines són anomenades també manuals. Són totes les màquines que necessiten una energia permanent de l'operador per tal d'executar un treball. Un bon exemple d'aquest tipus de màquines són les perforadores manuals, on l'operador ha d'exercir una força per tal d'executar un treball.

Màquines automàtiques

Són aquelles on l'energia prové d'una font externa, com l'energia tèrmica, elèctrica, entre d'altres. Una trempant on l'operador només ha de pitjar un botó de manera que el treball és executat per ella mateixa és una màquina automàtica. D'igual manera, es pot dir també que les màquines automàtiques no necessiten l'energia permanent d'un operador, tot i que poden necessitar en control permanent d'aquest. En el cas de la trempant, aquesta acció pot ser pitjar un botó. Les màquines automàtiques poden igualment dividir-se en màquines automàtiques programables i màquines automàtiques no programables:

Una màquina automàtica no programable executa sempre el mateix treball al rebre energia. Una màquina automàtica programable té com a característica el fet de que el seu treball depèn de les instruccions donades per un operador.

Es pot citar com exemple de màquina automàtica programable una màquina que realitza el seu treball conforme a la posició d'uns interruptors. Poden introduir-se també instruccions per tal de que una màquina automàtica programable execute un treball gràcies a un computador o qualsevol altre tipus de processador electrònic, com per exemple un microcontrolador associat a un teclat matricial.

Una màquina automàtica amb un control de temps gràcies a temporitzador no pot considerar-se màquina automàtica programable, doncs el seu patró d'actuació ve determinat per un període i no per una programació. Tampoc pot ser considerada màquina automàtica programable una màquina que dispose de control d'intensitat, de manera que la màquina segueix fent el mateix treball amb intensitat diferent.

Parts d'una màquina

Un motor de quatre temps és un motor de combustió interna, una màquina tèrmica que transforma l'energia tèrmica en energia mecànica.

Màquina de segar romana d'origen celta (Gàlia).

En la seua definició primigènia, els elements constitutius d'una màquina són:

• Motor. És el mecanisme que transforma l'energia per a la realització del treball requerit. Cal assenyalar que els motors també són màquines, en aquest cas destinades a transformar l'energia original (elèctrica, química, potencial, cinètica) en energia mecànica en forma de rotació d'un eix o moviment alternatiu d'un pistó. Aquelles màquines que realitzen la transformació inversa, quan és possible, es denominen màquines generadores o generadors i encara que pugui pensar que es circumscriuen als generadors d'energia elèctrica, també s'han d'incloure en aquesta categoria un altre tipus de màquines com ara, les bombes o compressors. Evidentment, en ambdós casos parlarem de màquina quan tingui elements mòbils, de manera que quedarien excloses, per exemple, piles i bateries.
• Mecanisme. És el conjunt d'elements mecànics, dels que algun serà mòbil, destinat a transformar l'energia proporcionada pel motor en l'efecte útil buscat.
• Bastidor. És l'estructura rígida que suporta el motor i el mecanisme, garantint l'enllaç entre tots els elements.
• Components de seguretat. Són aquelles parts de la màquina que, sense contribuir al treball de la màquina, estan destinats a protegir a les persones que treballen amb ella. Actualment, en l'àmbit industrial és molt important la protecció dels treballadors, atenent a l'imperatiu legal i econòmic i a la condició social d'una empresa que constitueix el camp de la seguretat laboral, que està compresa dins del concepte més ampli de prevenció de riscos laborals.

Alguns autors han suggerit que la mateixa paraula màquina encontra la seua arrel en les llengües dels pobles orientals més antics, i que d'ací va passar als idiomes mediterranis (grec y llatí) amb l'emigració racial dels indoeuropeus des d'Àsia a Europa. La paraula màquina vendria de varkana o mankana que al mateix temps estan compostes de les veus var o man (significat el qual és treballar, operar) i kara o kana (llenya curta i de secció rodona). Altres autors, s'han remuntat inclús a que el seu origen prove de vimana que es un aparell descrit en els relats mítics del Mahabharatta, que vola i és tripulat per éssers divins que fan la guerra entre sí amb poderoses armes, i on es descriuen amb bastant detall rodes i altres artilugis o màquines d'enginy.

Ús històric de màquines

Les màquines són emprades des de l'antiguitat amb l'ús de màquines simples com el pla inclinat o la roda. L'exemple més antic de màquina composta de mecanismes és la descripció d'una premsa d'oli a l'any 580 aC, trobada a l'illa de Thirasia el 1879. Les innovacions gregues van portar al desenvolupament del molí d'aigua, que constituïa l'única màquina inventada per l'ésser humà que no emprava força humana per a complir la seua funció. Són destacables, d'aquest període les màquines experimentals desenvolupades per Heró, com una primera aplicació de turbina eòlica o l'eolípila que mostrava el principi de reacció mitjançant l'aparell més antic que funcionava amb vapor.

Un dels incentius per al desenvolupament de les màquines fou l'agricultura, que requeria tècniques de bombeig eficaces. Un bon exemple fou la roda d'aigua, la roda compartimentada i també el cargol d'Arquimedes. També és interessant la màquina de segar que usaven els gals segons Plini el Vell,de la que no es té constància als anys obscurs.

L'ús de màquines de guerra està documentat des de l'antigüitat: ariets, catapultes, balistes, brigoles,foc grec, ...Moltes armes (per exemple la ballesta o les armes de foc) són màquines especialitzades. La importància del ginys militars i de les persones que les dissenyaven i construïen ( "ingeniatores", enginyers) és indiscutible tot i que s'acostuma a considerar les màquines bèl·liques de forma separada a la de les màquines utilitàries. El seu desenvolupament (teoria de funcionament, disseny, materials, construcció, ...etc) ha influït molt en el progrés de les màquines no militars. La fabricació en sèrie i les peces intercanviables (normals en les màquines modernes), tingueren un origen militar (antigues drassanes, armes de foc,...).

Mecànica bàsica: màquines simples com a element atòmic de les màquines

El desenvolupament de la mecànica clàssica com a disciplina científica des del període de la Il·lustració donà lloc a la recerca dels elements bàsics dels sistemes mecànics. En principi en aquest període es consideraren certs components atòmics de les màquines. En aquestos termes, certs elements eren classificats com les últimes parts en que es podien descompondre les màquines des del punt de vista de disseny. Aquestos elements, coneguts com les màquines simples, podien dissenyar-se en conjunt per tal de fer funcionar màquines més complexes. Per altra banda, l'elecció de les màquines simples com a component últim de les màquines també fou considerada pels antics enginyers grecs (Aristòtil): Així doncs, les màquines simples es definien com el cable i la barra, la corriola, la palanca i el pla inclinat (en temps antics, fins i tot el cargol era considerat un model de combinació de barra i pla inclinat).

En totes les disciplines tècniques existeixen actualment mecanismes més o menys complexos. L'abast de l'equipament actualment possible comprèn des d'aparells senzills amb parts mòbils amb algun lligam directe fins a estructures quilomètriques o molt complexes (plantes). En les aplicacions tècniques, la potència és subministrada de manera continua a la majoria de les màquines que funcionen mitjançant la transformació d'energia mecànica. De manera sovint es dissenyen parts que funcionen com a màquina acoblada i d'altra banda es dissenyen motors per tal de donar potència mecànica a l'eix d'acoblament.

Desenvolupament de les definicions de la industrialització

Una aproximació a la cronologia del desenvolupament de la màquina moderna és:

• Segle XIX: La relació entre cossos rígids, que es troben forçats a actuar segons uns determinats moviments és coneguda. L'afegiment de restriccions als mecanismes per tal d'efectuar moviments determinats també es té en compte en els dissenys.
• Segle XX: Els esforços d'estandardització se centren en els dispositius, eines, instruments i sistemes per tal de distingir-los dels aparells: aparells com el combustible i els materials i l'equipament com la sensòrica posen en marxa, en paral·lel, sistemes complexos que no formen part de la màquina que efectua el treball, sinó que proveeixen de control i instrumentació.
• Finals del segle XX: A Europa, la màquina es defineix en la Directiva Màquines. Com a resultat de la computerització i la automatització al segle 20, la nomenclatura de màquina s'ha expandit a la informàtica per abastar finalment els programes d'ordinador, on es poden simular també les màquines.

Definició de la Directiva Màquines

Per a fabricants i usuaris en particular, es pot trobar la definició de màquina dins la Directiva 98/37/CE (Del Diari Oficial de la UE, publicació del 23 de juliol de 1998), la Directiva Màquines, redefinida a la Directiva 2006/42/CE. Ací s'especifica el que s'ha de considerar com a màquina i quines obligacions legals es contemplen dins d'aquesta definició. Dins de l'Article 2 de la 2006/42/CE, paràgraf referit a la “màquina”, diu:

1. Objecte amb diferents sistemes de transmissió que reben potència de sistemes diferents a la potència animal o humana, que disposen o pretenen ser cadenes enllaçades de parts o components, de les quals almenys una n'és la part motriu i que es munten juntes per a una aplicació específica.
2. Un conjunt com el definit a l'anterior punt al qual li falten només les parts que el connecten a l'aplicació o a l'energia o les fonts de potència.
3. Un conjunt amb els propòsits del primer i segon punt, que funciona només si es munta en una instal·lació de transport o fixa dins un edifici o estructura.
4. Una sèrie de màquines, d'acord amb els punts primer, segon i tercer. O bé maquinaria parcialment completada, que treballen conjuntament de manera que funcionen i estan ordenades i controlades com un tot.
5. Un conjunt de parts enllaçades o components, de les quals, almenys una, n'és la part motriu i que es troben unides conjuntament amb l'objectiu d'alçar càrregues, que tenen com a única força motriu aquella procedent d'un esforç humà sobre la part motriu.

Una màquina és una entitat separada essencialment independent del seu entorn de funcionament, ja que els seus components individuals no tenen sentit per separat sense la resta del conjunt.

No obstant, queden fora de l'abast de la Directiva Màquines, les “màquines que tenen com a potència motriu únicament la força humana, exceptuant aquelles que serveixen per a l'elevació de càrregues” (Directiva 98/37/CE, Article I, paràgraf 2a). Aquesta especificació del concepte fa que molts dispositius entren dins del concepte de les màquines. Al text de la regulació anterior hi apareixen encara moltes més excepcions i addicions que s'haurien de definir. La Directiva revisada 2006/42/CE deixa fora moltes màquines incompletes, caracteritzades també pel fet de que se suposa que funcionarien dins una altra màquina o dins d'equipament instal·lat que funcionaria en el sentit en el que ho defineix la Directiva (subconjunts de màquines segons la definició de màquina queden fora).

Exemples d'acord requeriments conseqüents associats a les directives EU són:

• Un sistema emmordassant de peces per a l'ús en màquines eina, que es relaciona amb energies i senyals de la màquina que el conté, no és una màquina.

Raó: No funciona sense la màquina que el conté, a alt nivell. Amb la nova Directiva Màquines (del 29 de desembre de 2009) es té en compte el terme de formula que reemplaça el de declaració d'incorporació.

• La forca no és una màquina.

Raó: No hi ha unió amb cap màquina (per al propòsit buscat), no hi ha un conjunt de parts en moviment relatiu, només s'opera fent servir l'ús de la força humana i no hi ha cap tipus d'energia emmagatzemada.

Més definicions específiques

• Una màquina és un conjunt mecànicament complet que engloba una planta de potència i el sistema de subministre d'aquesta per tal de donar una sortida mitjançant un treball mecànic, desprès de passar pel sistema de transmissió mecànica de la màquina.
• Habilitat per a modificar material (tall, doblat, polit) dins dels límits de les seues possibilitats, però sense definició exacta: màquina = màquina eina.
• Màquines de propòsit específic: màquina = màquina especial.
• Màquines que tenen com a propòsit donar energia per tal d'efectuar un moviment = motor.
• Màquines, que retornen a un usuari humà habilitats físiques perdudes anteriorment = pròtesi.

Exemples històrics

Portada de l'obra Mechanicorum Liber, de Guidobaldo del Monte. Pesaro (1577).

• L'ús sistemàtic de la palanca i la roda fou crucial per al desenvolupament de màquines.
• 700 a. C.: Estacions de bombeig babilòniques a Assyria, treballs d'enginyeria.
• 550 a. C.: Torn: Utilització de les primeres màquines eina.
• 340 a. C.: Definició d'Aristòtil: palanca, cargol, màquina pròpiament dita i altres.
• 200 a. C.. Heró d'Alexandria, primer motor de combustió.
• Segle II a.C. : Ctesibi
• Vitrubi (c.37 aC)
• Segle XV: Màquina com a obra d'art (enginyers-artistes com Leonardo da Vinci).
• Segle XVI: Màquina com a aparell tècnic (enginyeria de Galileo Galilei).
• Jacques Besson (1569)
• 1577: Guidobaldo del Monte. Obra sobre màquines "Mechanicorum Liber".
• Segle XVII: Simulacions de la natura amb models mecànics, la pròpia natura és definida com a maquinària (per exemple: Descartes)
• 1712: Thomas Newcomen, primera màquina de vapor útil (motor de combustió), millorada significativament el 1769 per James Watt.
• 1789: La Revolució Francesa, s'estableixen canvis en la mecànica i en la màquina (socials), i s'identifica la màquina com a principal actor de la alliberament de la humanitat de l'esclavitud en el sentit en que es rebutgen els treballs del món antic.
• 1818: J.A. Borgnis. Classificació de les màquines en un extens tractat en francès.
• 1900: Es distingueix entre màquina de propòsit específic i màquina eina.
• 1957: Integració de la màquina: sistema home-màquina.

Màquines a la mitologia i la literatura

• En la literatura del Barroc i el Romanticisme també s'han anomenat criatures mítiques com a màquines, en la poesia de l'antiguitat eren normalment una criatura mítica, que constituïa un mecanisme que avançava la història.
• En les ciències socials i la psicologia es tenien en compte aspectes mecànics per a presentar les situacions psicològiques o socials com una màquina, com va fer, per exemple, el filòsof Gilles Deleuze.
• En la mitologia grega, Hefest, el ferrer va crear dones mecàniques d'or, els seus treballs més coneguts són Pandora i el gegant de bronze Talos.
• El rabí Juda Loew crea un home artificial, el Golem, fet d'argila per a protegir els jueus de Praga dels seus enemics.
• Entre finals del segle XVIII i començaments del segle XIX, paral·lelament a la revolució tecnològica es trobaven en la literatura romàntica l'ésser humà artificial, que prenia el rol central d'algunes obres.
• A principis del segle XX els androides i robots entraven en la literatura, Isaac Asimov va formular les "lleis de la robòtica" per a definir el codi de conducta de les màquines que interactuaven amb humans.
• Freqüentment, el dimoni apareixia en els contes relacionat amb molins i altres estructures de l'enginyeria. El terme "obra del diable" es fa servir de manera sovint quan s'introdueix una nova tecnologia.

Màquina i ésser vivent

Nombroses controvèrsies sorgeixen al tractar la qüestió de conèixer si els éssers vivents són o no màquines. Per Descartes i la tradició cartesiana, els cossos dels animals com dels humans són comparables als autòmats (el mateix si els humans escapen a l'estatus de màquines pures perquè posseeixen un ànima, conforme al dualisme cartesià). Per a la ciència moderna, les bases han de ser materialistes i, al ser els éssers vivents sistemes materials complexos, que mantenen la seua complexitat, i doncs la seua originalitat, intercanvien matèria i energia amb l'entorn, com va analitzar notablement Prigogine. Així els éssers vivents serien les màquines d'un gènere particular o “d'un altre ordre”. Encara queda que, per la complexitat dels seus “mecanismes” nerviosos, certs éssers vivents, els animals, són capaços de sentir dolor, veure patiment, aquest que dona accés a unes vivències originals i, dins l'estat actual de les coses, prou diferents a les màquines construïdes per l'ésser humà.

Mecatrònica

Les màquines modernes del segle XXI fan servir les quatre grans disciplines de l'enginyeria de manera integrada: La mecànica, l'electrotècnia, l'electrònica i l'informàtica. D'aquesta manera es poden aconseguir grans prestacions i dissenys intel·ligents.

Enllaços externs

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Màquina

• Directiva 2006/42/CE del Parlament Europeu i del Consell de 17 de maig de 2006. Està relacionada amb les màquines i per la qual es modifica la Directiva 95/16/CE (refosa)], DOUE L 157 de 9.6. 2006, p. 24/86

Vegeu també

• Estri
• Màquina eina