bewerking N geheugen terugkoppeling 4r

AVO n

n—

THEMA

Qll

HUIL sensor

handelen

denken

waarnemen

N

bewerking

?

regelmechani

sme

geheugen

terugkoppeling

•4r Een l e s s e n s e r i e w a a r i n

leerlingen:

• de r o l van de a u t o m a t i s e r i n g i n a l l e r l e i s e k t o r e n van de m a a t s c h a p p i j bekijken • een a u t o m a t i s c h systeem en een

l e r e n o n d e r s c h e i d e n i n een s e n s o r , een bewerker

regelmachine

• eenvoudige

e l e k t r i s c h e en e l e k t r o n i s c h e s c h a k e l i n g e n onderzoeken

eigenschappen

op hun

en w e r k i n g

E x p e r i m e n t e l e u i t g a v e voor de v i j f d e k l a s — — ^ P L Q N ^ U v A ^ B U G ^ , ^ » © w

1984

VWO

R i j k s u n i v e r s i t e i t Utrecht U n i v e r s i t e i t van Amsterdam R i j k s u n i v e r s i t e i t Groningen

Deze AVOL maakt d e e l u i t van e x p e r i m e n t e e l l e s m a t e r i a a l . Overname of r e f e r e n t i e u i t s l u i t e n d na toestemming van de medewerkers van h e t PLON, Lab. V a s t e S t o f , Postbus 80.008, 3508 TA U t r e c h t , t e l . 030-532717.

AVOL •v

SL

-TL

handelen

denken

waarnemen

N

sensor

N

bewerking

/

/

regelmechanisme

geheugen

terugkoppeling

Een l e s s e n s e r i e w a a r i n

•4-

leerlingen:

• de r o l v a n de a u t o m a t i s e r i n g i n a l l e r l e i s e k t o r e n v a n de m a a t s c h a p p i j bekijken • een a u t o m a t i s c h systeem

l e r e n o n d e r s c h e i d e n i n een s e n s o r , een bewerker

en een r e g e l m a c h i n e • eenvoudige

e l e k t r i s c h e en e l e k t r o n i s c h e s c h a k e l i n g e n onderzoeken

eigenschappen

en w e r k i n g

E x p e r i m e n t e l e u i t g a v e v o o r de v i j f d e k l a s * • w [ P L O N ^ U v A J R U G 1

op hun

/

v

J >

©

1984

VWO

R i j k s u n i v e r s i t e i t Utrecht U n i v e r s i t e i t van Amsterdam R i j k s u n i v e r s i t e i t Groningen

Deze AVOL maakt d e e l u i t van e x p e r i m e n t e e l l e s m a t e r i a a l . Overname o f r e f e r e n t i e u i t s l u i t e n d na toestemming van de medewerkers v a n h e t PLON, Lab. V a s t e S t o f , Postbus 80.008, 3508 TA U t r e c h t , t e l . 030-532717.

- 3 -

INHOUD

Voorwoord

5

P l a a t s en k a r a k t e r v a n h e t thema 1. De p l a a t s v a n h e t thema i n de k u r s u s 2. A c h t e r g r o n d en v e r a n t w o o r d i n g 3. G l o b a l e opzet

7 7 7 8

L e e r s t o f , vaardigheden 1. L e e r s t o f 2. V a a r d i g h e d e n 3. B e g i n s i t u a t i e

en b e g i n s i t u a t i e ,

10 10 J0 U

Lessenplan

12

Opmerkingen p e r h o o f d s t u k 1. Oriëntatie 2. De g e s c h i e d e n i s van de a u t o m a t i s e r i n g 3. E l e k t r o n i s c h e z i n t u i g e n 4. E l e k t r o n i s c h e bewerkingen 5. G e a u t o m a t i s e e r d e systemen ~' 6. A u t o m a t i s e r i n g i n de p r a k t i j k

13 13 15 17 20 24 25

Bijlagen Dl ' A u t o m a t i s e r i n g ' i n h e t EPEP-VWO D2 A l t e r n a t i e f onderzoek 9 p a r . 4'. 4 11 Automatische deuren 12 L e z i n g o v e r r o b o t s door J . C . J . M a s s c h e l e i n 13 D i e n s t w e t e n s c h a p s v o o r l i c h t i n g 14 Samenvatting r a p p o r t Rathenau

30 30 32 33 34 43 44

Apparatuuraanwijzingen

26

E r r a t a b i j de l e v e r s i e

29

- 5 -

VOORWOORD

Het thema ' A u t o m a t i s e r i n g ' i s een o n d e r d e e l van h e t VWO-curriculum v a n h e t VWO-bovenbouwprojekt van PLON, U.v.A. en R.U.G. Deze A a n t e k e n i n g e n Voor L e r a r e n z i j n i n de e e r s t e p l a a t s g e s c h r e v e n v o o r de l e r a r e n , d i e met de l e v e r s i e van d i t thema i n de k l a s gaan werken. Anderen kunnen i n deze AVOL w e l l i c h t wat meer i n f o r m a t i e v i n d e n o v e r de d o e l e n en de a c h t e r g r o n d e n van h e t thema. De AVOL i s gebaseerd op gegevens en i n f o r m a t i e u i t de o n t w i k k e l i n g s f a s e en op e r v a r i n g e n met h e t thema d i e op één s c h o o l z i j n opgedaan. A a n v u l l i n g e n en k r i t i e k op h e t thema en op deze AVOL worden n a t u u r l i j k z e e r op p r i j s g e s t e l d . V e e l sukses b i j de v o o r b e r e i d i n g van h e t thema ' A u t o m a t i s e r i n g ' i n de klas.'

De medewerkers van h e t VWO-bovenbouwprojekt Lab. V a s t e S t o f Princetonplein 1 Postbus 80.008 3508 TA U t r e c h t

Oktober 1984.

- 7 -

PLAATS

1.

DE PLAATS VAN

HET

EN

K A R A K T E R VAN

HET

THEMA

THEMA IN DE KURSUS

Voor de 5e k l a s van het VWO

z i j n zes thema's en d r i e b l o k k e n

gepland.

4e k l a s

5e k l a s

6e k l a s

Lijfwerk Muziek Verkeer B l o k Bewegingen Het Weer Energie

Sport Elektromotoren Blok Arbeid Rond J900 Automatisering Blok P o t e n t i a a l Ioniserende S t r a l i n g Blok Deeltjesmodellen Keuze-onderwerpen

Satellieten Blok Elektromagnetische Straling Hoe o n t w i k k e l t de wetenschap zich? Open onderzoek Blok Repeteren voor het examen

In verband met p r o d u k t i e p r o b l e m e n i s ' A u t o m a t i s e r i n g ' i n de k u r s u s 1984-J985 d i r e k t na de thema's ' E l e k t r i s c h e M a c h i n e s ' en ' S p o r t ' en het'Blok 'Arbeid' g e p l a a t s t .

2.

ACHTERGROND EN VERANTWOORDING

De opkomst van de e l e k t r o n i c a i n de l a a t s t e d e c e n n i a h e e f t g e l e i d t o t r e v o l u t i o n a i r e omwentelingen i n a l l e r l e i s e c t o r e n van de samenleving. D a a r b i j kun j e denken aan de g r o t e v o o r u i t g a n g i n communicatiesystemen, i n f o r m a t i e v e r w e r k i n g , a u t o m a t i s e r i n g van mechanische p r o c e s s e n , maar ook aan zaken a l s de muziek, de aard van werk en h o b b i e s , h e t o n d e r w i j s en ga zo maar door. Het i s daarom b i j n a v a n z e l f s p r e k e n d dat j e ook i n de n a t u u r k u n d e l e s s e n aandacht b e s t e e d t aan d i e e l e k t r o n i c a . Ook de l e e r l i n g e n z e l f v i n d e n d a t , hetgeen b l i j k t u i t een onderzoek d a t i s u i t g e v o e r d n a a r b e e l d v o r ming, i n t e r e s s e en e r v a r i n g e n van l e e r l i n g e n rond e l e k t r o n i c a - i n h o u d e n . S l e c h t s i ' e e n z e e r l a a g p e r c e n t a g e (1 %) van geënquêteerde 4 - V W 0 - l e e r l i n gen zegt dat ze e r n i e t i n geïnteresseerd z i j n om i n de n a t u u r k u n d e l e s sen met e l e k t r o n i c a b e z i g t e z i j n ; 82 % i s geïnteresseerd of z e e r geïnteresseerd. V o o r t s b l i j k t u i t dat onderzoek d a t h e t b e e l d van de e l e k t r o n i c a e r g breed i s en zowel p o s i t i e v e a l s n e g a t i e v e elementen bevat. Aandacht b e s t e d e n i n de k u r s u s aan e l e k t r o n i c a b e t e k e n t e c h t e r meteen ook keuzen maken. Een thema ' E l e k t r o n i c a ' zou d a a r b i j te v e e l suggereren dat j e aan a l l e a s p e k t e n e r v a n (op een voldoende n i v e a u ) aandacht kunt b e s t e d e n i n één lessenreeks. Wij hebben gemeend één van de s e k t o r e n waar de e l e k t r o n i c a een z e e r b e l a n g r i j k e r o l h e e f t g e s p e e l d u i t te moeten k i e z e n om daar i n t h e m a t i s c h verband eens v e e l p r e c i e s e r n a a r t e k i j k e n en w e l de a u t o m a t i s e r i n g . ' Nu i s ook dat onderwerp weer v r i j b r e e d en we hebben d a a r i n de nodige keuzen moeten maken. C e n t r a a l i n h e t o n t w i k k e l d e thema s t a a n de v o l g e n d e

themavragen.

') PLONoz 83-0627

- 8 -

PLAATS

EN

K A R A K T E R VAN

HET

THEMA

- Welke r o l s p e l e n de o n t w i k k e l i n g e n i n de e l e k t r o n i c a b i j h e t v o o r t s c h r i j d e n d e p r o c e s van de a u t o m a t i s e r i n g ? - Welke i n v l o e d h e e f t d i t p r o c e s op m a a t s c h a p p e l i j k e o n t w i k k e l i n g e n ? - Hoe z i j n de eigenschappen van a u t o m a t i s e r i n g s a p p a r a t u u r t e r u g t e brengen t o t de eigenschappen van b a s i s e l e m e n t e n ? Hoe moet j e deze b a s i s elementen h a n t e r e n en w e l k e z i j n d a a r b i j de b e p e r k i n g e n ? Het gaat i n h e t thema dus om de elektronische a u t o m a t i s e r i n g . Andere v o o r b e e l d e n worden o v e r i g e n s w e l genoemd en s c h a k e l i n g e n met r e l a i s worden ook. behandeld vanwege h e t i n z i c h t d a t ze kunnen geven i n andere d i g i t a l e s c h a k e l i n g e n . Van e l e k t r o n i s c h e s c h a k e l i n g e n worden a l l e e n de d i g i t a l e eigenschappen v e r k l a a r d . De computer en de r o b o t worden u i t e r a a r d s l e c h t s summier behandeld, i n f o r m a t i c a komt e i g e n l i j k h e l e m a a l n i e t aan bod. K i j k e n d naar h e t g e h e l e VWO-curriculum en de d o e l s t e l l i n g e n d a a r v a n , b e s t r i j k t h e t thema ' A u t o m a t i s e r i n g ' v o o r a l de a a n d a c h t s v e l d e n 'Natuurkunde en m a a t s c h a p p e l i j k e o n t w i k k e l i n g e n ' en 'Natuurkunde i n s t u d i e en beroep' (A2 en A5 u i t h e t EPEP-VWO). 'De omgeving van de l e e r l i n g ' ( A l ) komt aan bod i n de vorm van k l e i n s c h a l i g e automaten, en ' H i s t o r i s c h e a s p e k t e n van de natuurkunde' (A3) i n de r e l a t i e t u s s e n ' O n t w i k k e l i n g e n i n de T e c h n i e k , Samenleving en Wetenschap'.

3.

GLOBALE OPZET

De o p z e t van h e t thema v o l g t i n g r o t e l i j n e n de o n d e r d e l e n van een a u t o m a t i s e e r d systeem: waarneming

bewerking 4,

ge-

regeling

$

geheugen

terugkoppeling Na een oriëntatie op h e t onderwerp ( h o o f d s t u k 1) en een s c h e t s van de historische ontwikkeling ( h o o f d s t u k 2 ) , gaat h e t i n h o o f d s t u k 3 o v e r sensoren, e l e k t r o n i s c h e s c h a k e l i n g e n , waarmee een meetbare g r o o t h e i d ( t e m p e r a t u u r , l i c h t s t e r k t e , g e l u i d s n i v e a u enz.) wordt omgezet i n een elektrisch signaal. I n h o o f d s t u k 4 gaat h e t over e n k e l e s o o r t e n van e l e k t r o n i s c h e bewerkingen, w a a r b i j gekozen i s v o o r de t r i g g e r (een s i m p e l e omvormer van een analoog s i g n a a l i n een j a / n e e - s i g n a a l ) , de l o g i s c h e p o o r t e n en h e t geheugen. H o o f d s t u k 5 b e h a n d e l t e n k e l e complete regelsystemen en wat daar a l l e maal b i j komt k i j k e n . D i t a l l e s vormt h e t fundament om i n h o o f d s t u k 6 de l e e r l i n g e n een i n de m a a t s c h a p p i j f u n k t i o n e r e n d systeem t e l a t e n a n a l y s e r e n op de o p z e t e r v a n , h e t d o e l en de k o n s e k w e n t i e s . I n een schema z i e t d a t e r zo u i t :

-

9 -

PLAATS

hoofdstuk J Oriëntatie

hoofdstuk 2 De g e s c h i e d e n i s van de a u t o m a t i s e r i n g

hoofdstuk 3 Elektronische zintuigen

hoofdstuk 4 Elektronische bewerkingen / + hoofdstuk 5

y

Geautomatiseerde systemen

hoofdstuk'6 l . ! :.!.'.! Automatisering i n de ' p r a k t i j k ! i Afsluiting

~

EN K A R A K T E R VAN HET

THEMA

-

LEERSTOF,

1.

V A A R D I G H E D E N EN

10 -

BEGINSITUATIE

LEERSTOF

I n ' A u t o m a t i s e r i n g ' komen een a a n t a l o n d e r d e l e n van h e t E x p e r i m e n t e l e PLON Examenprogramma EPEP-VWO aan bod. A l l e r e e r s t gaat h e t om o n d e r d e l e n van h e t EPEP-gebied G4 ' M e c h a n i s a t i e en a u t o m a t i s e r i n g ' t e weten de e l e k t r o n i s c h e r e g e l s y s t e m e n . V o o r t s wordt aandacht b e s t e e d aan h e t s y s t e m a t i s c h e g e b i e d S4 ' E l e k t r i s c h e stromen', d a t i n h e t B l o k ' P o t e n t i a a l ' nader wordt u i t g e w e r k t . I n b i j l a g e D l z i j n b e i d e d e l e n van h e t EPEP-VWO nog eens opgenomen. Opgemerkt moet worden d a t van de c o n d e n s a t o r a l l e e n de eigenschappen i n g e l i j k s t r o o m k r i n g e n worden b e h a n d e l d , n i e t de b e r e k e n i n g van z i j n capaciteit. L e e r s t o f d i e n i e t i n h e t EPEP-VWO voorkomt, maar w e l i n h e t k a d e r van h e t thema p a s t i s : • k e n n i s van de r o l van a u t o m a t i s e r i n g i n de m a a t s c h a p p i j • e n i g i n z i c h t i n de samenhang en o n d e r l i n g e beïnvloeding van o n t w i k k e l i n g e n i n de n a t u u r k u n d e , de t e c h n i e k en de m a a t s c h a p p i j • h e t p r o d u k t i e p r o c e s van een IC • h e t r e l a i s en r e l a i s - s c h a k e l i n g e n • poorten • waarheidstabellen • robots.

2.

VAARDIGHEDEN

I n h e t thema worden de l i j n e n van o n t w i k k e l i n g van een a a n t a l algemene vaardigheden doorgetrokken. Zo i s een g r o o t a a n t a l k l e i n e en g r o t e problemen opgenomen, w a a r i n i m p l i c i e t a l l e r l e i p r o b l e e m o p l o s s i n g s v a a r d i g h e d e n worden geoefend. E x p e r i m e n t e l e v a a r d i g h e d e n komen r u i m aan bod, v o o r a l h e t omgaan met en h a n t e r e n van e l e k t r i s c h e s c h a k e l i n g e n . Het gaat e r d a a r b i j b i j v o o r b e e l d om d a t l e e r l i n g e n : • een s c h a k e l i n g kunnen tekenen en l e z e n • een s c h a k e l i n g kunnen opbouwen • meters op de j u i s t e p l a a t s i n een s c h a k e l i n g opnemen • k a r a k t e r i s t i e k e n van een komponent of van een s c h a k e l i n g kunnen opmeten • r e k e n i n g houden met grenswaarden van e l e k t r o n i s c h e komponenten. Vanwege h e t complexe worden de o p d r a c h t e n vaardigheden a l s het e n k e l e o p d r a c h t gaat

k a r a k t e r van v e e l van de g e b r u i k t e s c h a k e l i n g e n , n o g a l g e s l o t e n aangeboden, zodat van e x p e r i m e n t e l e z e l f o p z e t t e n van onderzoek n i e t z o v e e l komt. Een maar i n deze r i c h t i n g ( b i j v . e i n d e h o o f d s t u k 5 ) .

E i g e n i n b r e n g , h e t z e l f o p z e t t e n van een p l a n , l i t e r a t u u r o n d e r z o e k , i n f o r m a t i e - v e r w e r v i n g en - a n a l y s e en v e r s l a g g e v i n g komen w e l u i t g e b r e i d i n h o o f d s t u k 6 aan bod. F y s i s c h - m a t h e m a t i s c h e v a a r d i g h e d e n d i e aan bod komen z i j n : • het v e r s c h i l i n z i e n t u s s e n een f o r m u l e a l s r e k e n r e g e l en een f o r m u l e a l s r e l a t i e ( b i j de wet van Ohm) • g r a f i e k e n tekenen en i n t e r p r e t e r e n • rekenen met e-machten (nog n i e t a l s o p l o s s i n g van d i f f e r e n t i a a l v e r g e lijkingen) .

LEERSTOF,

V A A R D I G H E D E N EN

BEGINSITUATIE

S p e c i f i e k e v a a r d i g h e d e n i n h e t thema z i j n v o o r t s nog: • de k l e u r c o d e van weerstanden kunnen g e b r u i k e n • een w a a r h e i d s t a b e l van een eenvoudige l o g i s c h e s c h a k e l i n g kunnen maken • een blokschema van een eenvoudig a u t o m a t i s c h p r o c e s kunnen maken o f interpreteren.

3.

BEGINSITUATIE

We z i j n e r b i j h e t s c h r i j v e n van h e t thema van u i t g e g a a n dat l e e r l i n g e n a l e e r d e r k e n n i s hebben gemaakt met s c h a k e l i n g e n en eenvoudige b e r e k e n i n g e n daaraan. Het v e r e i s t e b e g i n n i v e a u i s ongeveer: - kunnen s c h a k e l e n , meters kunnen h a n t e r e n - i e t s weten over, een v o o r s t e l l i n g hebben van spanning en stroom - V = I x R a l s r e k e n r e g e l kennen, weten wat w e e r s t a n d i s . O v e r i g e n s wordt deze s t a r t k e n n i s i n h e t thema wel opgehaald. • Het i s evenwel m o g e l i j k dat i n de e e r s t e v e r s i e s van de VWO-thema's e n i g e o v e r l a p p l a a t s v i n d t . Zo wordt ook i n ' E l e k t r o m o t o r e n ' i e t s aan s c h a k e l i n gen gedaan, waarop de h e r h a l i n g i n ' A u t o m a t i s e r i n g ' e v e n t u e e l kan aan-sluiten.

-

12 -

LESSENPLAN

Het thema ' A u t o m a t i s e r i n g ' i s g e s c h r e v e n v o o r 20 l e s s e n . E v e n t u e e l h e t thema w e l i n 17 l e s s e n t e doen.

is

hoofdstuk 1 Oriëntatie 2

lessen

hoofdstuk 2 De g e s c h i e d e n i s van de a u t o m a t i s e r i n g

7 lessen

hoofdstuk 3 Elektronische zintuigen

5 lessen / 6 lessen

hoofdstuk 4 Elektronische bewerkingen * * hoofdstuk 5

v 3 lessen / 2 lessen

Geautomatiseerde systemen i i i hoofdstuk'6

!

!

1

~ I

2

lessen

!

Automatisering i n de ' p r a k t i j k ! J

Toets

J les 20

lessen

O o r s p r o n k e l i j k was de beoogde l e s v e r d e l i n g 3, 6, 5, 3, 2, 1. De e r v a r i n g l e e r d e dat h o o f d s t u k 3 meer t i j d k o s t , e v e n a l s h o o f d s t u k 4, a l s d a a r t e n m i n s t e de n o d i g e t i j d aan h e t b e s p r e k e n van opgaven wordt b e s t e e d . I s dat n i e t h e t g e v a l o f worden de opgaven v o o r een d e e l b u i t e n de l e s gemaakt, dan kan h o o f d s t u k 5 een l e s meer k r i j g e n . E x t r a t i j d - k o s t het a l s e r na h o o f d s t u k 3 een t u s s e n t o e t s wordt gegeven (wel aan t e b e v e l e n ) . B e z u i n i g i n g e n z i j n te r e a l i s e r e n door: • h o o f d s t u k 2 a l s l e e s s t u k te doen • minder opgaven i n h o o f d s t u k 3 en 4 te maken • een s e l e k t i e u i t h o o f d s t u k 5 te behandelen • h o o f d s t u k 6 a l s b u i t e n s c h o o l s e a k t i v i t e i t te beschouwen.

- 13 -

OPMERKINGEN

1.

PER

HOOFDSTUK

ORIËNTATIE

bedoeling • D u i d e l i j k maken d a t a u t o m a t i s e r i n g zowel op k l e i n e a l s op g r o t e s c h a a l voorkomt, i n a l l e r l e i vormen, en met een a a n t a l m a a t s c h a p p e l i j k e cons'equenties. • De keuze v o o r de e l e k t r o n i s c h e a u t o m a t i s e r i n g t o e l i c h t e n en een onders c h e i d aangeven t u s s e n e l e k t r o n i c a en a u t o m a t i s e r i n g . • Een v o o r de r e s t van h e t thema b r u i k b a r e d e f i n i t i e geven van een g e a u t o m a t i s e e r d p r o c e s . I n t r o d u c e r e n van h e t b e g r i p t e r u g k o p p e l i n g .

uitwerking

lessenplan v

lesnr. 1

... ,

r

tijdsduur i n minuten 5

onderdeel 1.1 k l a s s e g e s p r e k over a u t o m a t i s e r i n g en beantwoorden v r a g e n 1.1 t/m 1.4 1.2 k l a s s i k a a l b e s p r e k e n van t e k s t en v r a g e n 1.5 t/m 1.7

5

1.3 k l a s s i k a l e u i t l e g over h e t schema van een g e a u t o m a t i s e e r d p r o c e s en h e t b e g r i p t e r u g k o p p e l i n g

10

i n g r o e p j e s b e s p r e k e n van v r a g e n 1.8

20

t/m

1.13

1.4 o p z e t van h e t thema k l a s s i k a a l bespreken h u i s w e r k : h o o f d s t u k 6 d o o r l e z e n t e r oriëntatie

didaktisohe

10

aanwijzingen

• B i j de b e s p r e k i n g van de i n l e i d i n g s t a a t de a a n w e z i g h e i d van a u t o m a t i s e r i n g i n h e t d a g e l i j k s l e v e n c e n t r a a l . J e kunt de l e e r l i n g e n om v o o r b e e l d e n van a u t o m a t i s e r i n g v r a g e n , w a a r b i j v e r m o e d e l i j k gaandeweg de v o o r b e e l d e n u i t de t e k s t en de inhoud van de v r a g e n 1.1 t/m 1.4 t e r sprake komen. Aandachtspunten z i j n de soms onmerkbare v o o r b e e l d e n van a u t o m a t i s e r i n g en de m a a t s c h a p p e l i j k e g e v o l g e n . • De n i e t - e l e k t r o n i s c h e a u t o m a t i s e r i n g wordt a l l e e n even a a n g e s t i p t . Opgemerkt kan worden d a t de e l e k t r o t e c h n i s c h e a u t o m a t i s e r i n g t o c h terugkomt i n h o o f d s t u k 4, omdat h e t a u t o m a t i s e r i n g wat a a n s c h o u w e l i j k e r maakt dan de e l e k t r o n i s c h e . Het u i t e e n r a f e l e n van b e g r i p p e n a l s a u t o m a t i s e r i n g , i n f o r m a t i k a , e l e k t r o n i k a , computers, t e l e c o m m u n i c a t i e v e r d i e n t de aandacht, vanwege de g r o t e o v e r l a p t u s s e n deze b e g r i p p e n , zeker i n het d a g e l i j k s t a a l g e b r u i k . • A a n s l u i t e n d h i e r o p kan de d e f i n i t i e van een g e a u t o m a t i s e e r d p r o c e s gegeven worden. A a n g e z i e n de r e s t van h e t thema over g e a u t o m a t i s e e r d e p r o c e s s e n g a a t , i s h e t z i n v o l aan te geven d a t i n h e t thema dus geen i n f o r m a t i e t e c h n o l o g i e . e n t e l e c o m m u n i c a t i e besproken worden, hoewel een a a n t a l van de b e s p r o k e n a u t o m a t i s c h e p r o c e s s e n d a a r i n t o e g e p a s t worden. • B i j de b e s p r e k i n g van de opbouw van h e t g e a u t o m a t i s e e r d e p r o c e s zou j e een eenvoudige a u t o m a t i s c h e s c h a k e l i n g kunnen demonstreren. E v e n t u e e l kun j e l e e r l i n g e n suggereren t h u i s eens een a u t o m a t i s c h e s c h a k e l i n g t e bouwen. • De opzet van h e t thema t o o n t op h e t e e r s t e g e z i c h t geen d i f f e r e n t i e e l g e d e e l t e . D i t z i t b i n n e n h o o f d s t u k 4. Het i s goed de l e e r l i n g e n a l v a s t te w i j z e n op h o o f d s t u k 6, zodat ze t i j d e n s h e t -thema m a t e r i a a l en ideeën kunnen verzamelen v o o r hun k e u z e - o p d r a c h t .

- 14 -

O P M E R K I N G E N PER

HOOFDSTUK

antwoorden opgaven 1.1 + gemak - j e . h o e f t e r n i e t b i j t e b l i j v e n + s n e l h e i d - rekenmachine - werkgelegenheid - onpersoonlijk - geheimzinnig - noodmaatregels b i j panne 1.2 La. b e s p r o e i e n - k l i m a a t r e g e l i n g i n k a s s e n - p l o e g e n G.intensive care Lu. v l u c h t l e i d i n g - r a d a r - a u t o m a t i s c h e p i l o o t 1.3 W. u i t n o d i g e n d - gemak Z. s n e l h e i d 1.4 C.V. f i e t s b e w a k i n g - v i d e o toename computer i n l e s m a t e r i a a l 1.5 a. M e c h a n i s c h b. H y d r a u l i s c h - p n e u m a t i s c h 1.6 a. c h i p s b. N.T.C. - s e r v o motoren 1.7 a. t e l e c o m m u n i c a t i e stukje elektronica b. i n f o r m a t i e t e c h n o l o g i e v i e w d a t a c. t e l e c o m m u n i c a t i e mobilofoon 1.8 a. De z e t t e n v a n de t e g e n s t a n d e r moet j e doorgeven met b e h u l p van toetsenbord. Geheugen g e e f t s t a n d aan. Kan k i e z e n , hangt van programma a f , h o p e l i j k b e s t e z e t . b. V e r k e e r s a a n b o d met b e h u l p van drempels. Geheugen g e e f t s t a n d van de l i c h t e n en t i j d s d u u r en v o l g o r d e : w i e i s nu aan de b e u r t . Kan k i e z e n , w i e h e t l a n g s t e waakt, programma. 1.9 I n b e i d e gévallen b l i j f t de s e n s o r c o n s t a n t werken. Na een s i g n a a l ( l i c h t s t r a a l onderbroken) t r e e d t o n m i d d e l l i j k een h a n d e l i n g i n werk i n g (deuren open - s n e l h e i d s b e p e r k i n g i n s t e l l e n ) , tevens t r e e d t een t i j d m e c h a n i s m e i n w e r k i n g . A l s na d i e t i j d de l i c h t s t r a a l n i e t l a n g e r onderbroken i s , v o l g t een tweede h a n d e l i n g (deuren d i c h t snelheidsbeperking opheffen). Er i s geen t e r u g k o p p e l i n g : de h a n d e l i n g beïnvloedt de s e n s o r n i e t . 1.10 Nee, h e t b e d i e n e n van de deuren beïnvloedt de waarneming n i e t , t e n z i j er een waarneming i s d i e b e p a a l t hoever de deuren r e e d s d i c h t z i j n , z o d a t de s n e l h e i d waarmee ze s l u i t e n k l e i n e r wordt naarmate ze v e r d e r d i c h t gaan. 1.12 A l s j e een voorwerp o p p a k t , s t u r e n j e ogen v o o r t d u r e n d s i g n a l e n naar de h e r s e n e n d i e z o d a n i g bewerkt worden, d a t de s t u u r i m p u l s e n n a a r de s p i e r e n worden v e r a n d e r d . 1.13 De s n e l h e i d waarmee w a t e r door een r i v i e r s t r o o m t . A l s op een b e p a a l d e p l a a t s h e t w a t e r even t e langzaam zou stromen, hoopt h e t water z i c h op, zodat h e t h o o g t e v e r s c h i l naar boven toe afneemt -*• minder aanvoer. Het h o o g t e v e r s c h i l n a a r onder zou toenemen -*• meer a f v o e r en h e t evenw i c h t h e r s t e l t z i c h weer.

-

15 -

OPMERKINGEN

2.

PER

HOOFDSTUK

GESCHIEDENIS VAN DE AUTOMATISERING

bedoeling L a t e n z i e n hoe wetenschap, t e c h n i e k en m a a t s c h a p p i j e l k a a r beïnvloeden. uitwerking lesnr. 2

lessenplan

tijdsduur

onderdeel

i n minuten

k l a s s i k a l e u i t l e g over de w i s s e l w e r k i n g t u s s e n wetenschap, t e c h n i e k en samenleving

10

i n g r o e p j e s doornemen van de t e k s t en maken van de o p d r a c h t op b l z . 20

20

nabespreken

opdracht

k i e z e n o p d r a c h t h o o f d s t u k 6 i n groepen

didaktisohe

5 JO

aanwijzingen

• De nadruk i n de p r e s e n t a t i e van h o o f d s t u k 2 moet l i g g e n b i j de w i s s e l w e r k i n g t u s s e n wetenschap, t e c h n i e k en m a a t s c h a p p i j . Het i s n i e t de b e d o e l i n g l e e r l i n g e n j a a r t a l l e n of h i s t o r i s c h e i n s t r u m e n t e n t e l a t e n leren. • L e e r l i n g e n kunnen problemen hebben met b e g r i p p e n a l s d i o d e , t r i o d e , t r a n s i s t o r en IC. Deze komen v e r d e r o p i n h e t thema aan de o r d e , en hoeven h i e r dus n i e t u i t v o e r i g t o e g e l i c h t te worden. • De keuze van een onderwerp v o o r h o o f d s t u k 6 i n d i t s t a d i u m i s n o d i g , omdat h e t verzamelen van i n f o r m a t i e en e v e n t u e e l bezoeken van b e d r i j v e n of i n s t e l l i n g e n n i e t v o l l e d i g i n de gewone l e s t i j d kan p l a a t s v i n d e n . Probeer te voorkomen d a t l e e r l i n g e n h e t te v e r van h u i s zoeken, i n te g e c o m p l i c e e r d e , t o t de v e r b e e l d i n g sprekende t o e p a s s i n g e n of t o e p a s s i n g e n waarover w e i n i g i n f o r m a t i e te v i n d e n i s . Vaak hebben de ouders van l e e r l i n g e n wel op één of andere manier met a u t o m a t i s e r i n g te maken. L e t ook op een goede s p r e i d i n g o v e r de v i e r m a a t s c h a p p e l i j k e s e k t o r e n .

literatuur - Revolution i n miniature Braun & Mc Donald Cambridge U n i v e r s i t y P r e s s

- 16 -

OPMERKINGEN

PER HOOFDSTUK

antwoorden opgaven

wetenschap

1880

maatschappij

techniek

stoommachine

—

e.m.

induktie

_

telefoon

e.m.

golven

_

telegraaf

produktiemachines

Industriële

Revolutie

vaste s t o f diode — • 1890

1900 Einstein,

1910

Planck

atoommodel Bohr

vacuüm d i o d e , ?

radio's

?

vliegtuigen

triode

l

1920

e

Wereldoorlog

(kwantumfysika) economische

crisis

i .1930

halfgeleiders

1940

2

radar halfgeleiderdiode transistor

g e l o o f i n t e c h n i e k en wetenschap

TV raket

^

computer 1960

1970

Wereldoorlog

atoombom b u i zencomputer

1950

e

ruimtevaart

IC

welvaarts t i jging

l

bewapeningswedloop

mikroprocessor automatisering verwerking

?

mikrocomputer

metingen

mikro-elektronische produkten overspoelen de markt: opkomst Japanse i n d u s t r i e

1980 economische

recessie

a u t o m a t i s e r i n g i n de gehele maatschappij

trend

zoeken naar de opbouw van de m a t e r i e

miniaturisering

innovatie werkgelegenheid / welv a a r t / v r e d e / macht / veiligheid

- 17 -

OPMERKINGEN

3.

PER

HOOFDSTUK

ELEKTRONISCHE ZINTUIGEN

bedoe ling • I n h e t b e g i n van d i t h o o f d s t u k worden k e n n i s en v a a r d i g h e d e n met b e t r e k k i n g t o t e l e k t r i s c h e s c h a k e l i n g e n h e r h a a l d en op een . r i j g e z e t . Daarvoor z i j n ook een g r o o t a a n t a l k l e i n e oefenopgaven opgenomen, w a a r u i t a f h a n k e l i j k van de groep en de v o o r k e n n i s een keuze kan worden gemaakt. • P a r . 3.3 p a s t deze k e n n i s toe op e l e k t r o n i s c h e s e n s o r e n . De onderzoekj e s kunnen i n c i r c u s v o r m door a l l e l e e r l i n g e n worden u i t g e v o e r d . I n de n a b e s p r e k i n g .kan d i e p e r worden ingegaan op de p r i n c i p e s a c h t e r v e r s c h i l l e n d e componenten: de c o n d e n s a t o r , de N.T.C. en L.D.R.-weers t a n d en de h a l f g e l e i d e r d i o d e . P a r . 3.8 i s v o o r a l b e d o e l d om de l e e r l i n g e n d u i d e l i j k te maken dat e r nog een g r o o t a a n t a l andere sensoren b e s t a a t . P a r . 3.9 i s b e d o e l d t e r v e r w e r k i n g .

uitwerking

lessenplan

Een nadere i n v u l l i n g van de 7 l e s s e n voor d i t h o o f d s t u k kan

zijn:

lesnr. 1 en 2

3 en 4

5 6 7

- P a r . 3.1 k o r t behandelen. - Van p a r . 3.2 doen de l e e r l i n g e n d i e proeven en o p d r a c h t e n , d i e ze i n h e t kader v a n een goede h e r h a l i n g n o o d z a k e l i j k v i n d e n . I n i e d e r g e v a l z u l l e n opdracht 3.7 en 3.8 w a a r s c h i j n l i j k nieuw z i j n v o o r de meeste l e e r l i n g e n . E v e n t u e e l kunnen de antwoorden op de opgaven worden u i t g e d e e l d . - I n l e i d i n g en o r g a n i s a t i e p a r . 3.3. - De 5 sensoren worden door a l l e l e e r l i n g e n r o u l e r e n d bekeken. De k a r a k t e r i s t i e k wordt opgemeten en de b i j b e h o r e n d e t h e o r i e b e s t u d e e r d . D i t kan goed i n 2 l e s s e n gebeuren! - Huiswerk p a r . 3.4 t/m 3.7 b e s t u d e r e n . - B e s p r e k i n g p a r . 3.4 en 3.5. - E n k e l e opgaven u i t par.. 3.9. - B e p s r e k i n g p a r . 3.6 en p a r . 3.7. - Opgaven u i t p a r . 3.9 - Uitloop. - Opgaven u i t p a r . 3.8 en p a r . 3.9. - E v e n t u e e l een t o e t s .

didaktische

aanwij'zingen

• Het i s goed m o g e l i j k d a t e r g r o t e v e r s c h i l l e n b l i j k e n t u s s e n de l e e r l i n g e n . Sommigen z u l l e n w e i n i g moeite hebben met het werken en rekenen met e l e k t r i s c h e s c h a k e l i n g e n , anderen b l i j k e n daar i n de derde k l a s toch maar w e i n i g van begrepen te hebben. Het i s daarom v e r l e i d e l i j k meer aandacht aan p a r . 3.2 te b e s t e d e n , maar de d i n g e n d i e d a a r i n aan de orde komen, komen ook s t e e d s weer t e r u g , zodat een g r o n d i g e v e r w e r k i n g ook na d i t b e g i n m o g e l i j k wordt. • De kaders op b l z . 25 en 26 b e v a t t e n b a s i s i n f o r m a t i e en d i e n e n dus b e s t u d e e r d t e worden. • Op b l z . 26 wordt geprobeerd h e t aloude probleem met de wet van Ohm aan de l e e r l i n g e n te v e r d u i d e l i j k e n : 1. dat de f o r m u l e a l s wet aangeeft d a t e r een r e l a t i e i s t u s s e n V eh I b i j een c o n s t a n t e weerstand;

- 18 -

O P M E R K I N G E N PER

HOOFDSTUK

2. d a t de f o r m u l e a l s r e k e n r e g e l de m o g e l i j k h e i d g e e f t op e l k moment de w e e r s t a n d ; stroom en s p a n n i n g u i t e l k a a r te berekenen.

antwoorden opgaven 3.1 3.2 3.3 3.4

Temperatuur - druk - v o c h t i g h e i d s g r a a d - l i c h t s t e r k t e . Geluidsterkte - waterstand - windsterkte. De c h a u f f e u r moet h e t s i g n a a l b l i j v e n d kunnen waarnemen: er i s ook een geheugen aanwezig. Nee, de s t r o o m s t e r k t e i s n i e t e v e n r e d i g met de s p a n n i n g . a. Spanning verhogen t o t 15 V. b. V = I.R V i s e v e n r e d i g met J a l s I = 2\ x I j dan i s 7 = 2 x 7 a. 15 kü : 7 = 13,0 - 8,1 = 4,9 V V 4 9 L

2

3.5

2

3,9 Mfi: 7 = 8,1 - 0,9 = 7,2 V 7 7 2 R 3797TÖ2 *' 560 kü: 7 = 0 , 9 - 0,4 = 0,5 V 1

=

=

=

1

R 1,5 kQ: 7 = 0,4 7 1

=

r

8

U

560.103 V

'

y

X

2

M A

y A

0 5

T75TTÖ3 -

=

3 3 0

y A

3.6 Een g r o t e waarde van Z .betekent d a t e r b i j d e z e l f d e s p a n n i n g minder stroom g a a t l o p e n : h e t l i j k t w e l a l s o f h e t meer m o e i t e k o s t om de stroom door te l a t e n , de weerstand i s g r o t e r . 3.7 - Over de g r o o t s t e w e e r s t a n d (waar de stroom h e t m o e i l i j k s t e d o o r heen kan) v a l t h e t g r o o t s t e d e e l van de s p a n n i n g . - Door de k l e i n s t e w e e r s t a n d l o o p t h e t g r o o t s t e d e e l van de stroom. 3.8 - Opdracht 5 R = 50 + J50 = 200 ü V

- Opdracht 6

1- - ^

- J - = -|-,

+

1 —

R

=

V

1 =

1

= 38 fl

8 = -tTt = -r^n

3.9 - E e r s t de p a r a l l e l s c h a k e l i n g : Serie 1 R = 20Q + R = 39fi 3.11 n.q = 6 . 2 5 . 1 0 . q = 1 coulomb q = 7 6 , 2 5 . 1 0 = 1,6 x 1 0 ~ C 3.12 a. F = /3 V = 1,5 V b. V = / V = 3,0 V T > 3,0 . . ~ R " TöTTö* 2Ö7ÏÖ5 °' 3. 13 a. I - V J = 2,5 mA b. 7 = I . J ? = 2,5 x 10" x 2,4 x 10 = 6 V c V = 9-6 = 3 V M

V

5 U

O

U

^V ~ ^^iï 1

V

1

18

18

19

l

1 0

2

20

3

V

V

C

5

1

=

a 4

=

1 5

m A

3

3

3

2 4

R

=

* - ï " 3.14

a. b. 3.15 a. b.

7

L

= =

V

S

R

= 7, = 7 = c. n i e t V

2

2

3

0

T^Tüf* J . i ? = 0.R = 0 I.R = O.» = 4,5 i? + R = 5 + 15 V a 7 = 1,5 V A 7 = 4,5 V te zeggen: h e t

'

4

M

V = 20JÏ.'

lampje met de h o o g s t e

temperatuur

- 19 -

OPMERKINGEN

3.16 a. V = I.R = 2 , 5 x 6 =

PER

HOOFDSTUK

15 v o l t

Z = 15 b. 5 R 5 I = I.+ I - 3 + 2,5 = 5,5 A 3.17 7 = I.R = 7 x 2,5 = 17,5 V J i

=

=

3

A

J

A

t

2

i?,= y =

= 3,5 n

3.18 - E l k lampje k r i j g t 220/11 20 v o l t spanning - E l k lampje k r i j g t 220/12 18 v o l t s p a n n i n g - E l k lampje k r i j g t 220/10 22 v o l t spanning ( m i s s c h i e n k a p o t ? ) - A l l e lampjes gaan u i t . 3.19 220 V. A l s een lampje s t u k g a a t , o n t s t a a t daar de t o t a a l s p a n n i n g . 3.20 P a r a l l e l : anders gaan ze a l l e m a a l u i t en weet j e n i e t waar de storing i s ! 3.41 V = 3 . e - * ' V RC = 0,047 s. 3.42 Doordat de l a d i n g op de condensator v e r m i n d e r t , neemt de 'stuwende' k r a c h t om stroom rond t e s t u r e n af en neemt h e t tempo w a a r i n de stroom afneemt ook a f . 3.45 Twee v r i j e e l e k t r o n e n p e r atoom. »-J7 3.46 D i c h t h e i d = 8,9 g/cnr ; 1 koperatoom weegt 63,5 x 1,66 x 10" 1,05 x 1 0 " k g = 1,05 x 10" g dus a a n t a l v r i j e e l e k t r o n e n p e r cm = 2 x 8 , 5 x 1 0 = 1 , 7 x 1 0 3.50 Rechts ( z i e f i g u u r 3.52). 3.51 a. A l l e e n i n de p o s i t i e v e p e r i o d e s van h e t g e l u i d s s i g n a a l wordt de s p a n n i n g op de c o n d e n s a t o r opgebouwd. b. Dan zou de gemiddelde s p a n n i n g op de c o n d e n s a t o r n u l z i j n . / 0

0 4 7

C

2 S

3

Par.. 3.8

2 2

23

I n B i j l a g e I j i s een a r t i k e l opgenomen over a u t o m a t i s c h e deuren.

apparaat

9ensor/grooCheid

informatie beschikbaar

bewerking

1. tuner

s ignaalgroo t te/spanning

spanning

naar voltmeter

2. filmcamera

lichtmeter/lichtsterkte

spanning

voltmeter met I zichtbare stand

transportindicator/ beweging

mechanisch

3. recorder

magnetisme of geleidbaarheid (?)

elektrisch- signaal

4. pick-up

positiesensor

mechanisch

5. reedschakelaar

magnetisme

wel/geen stroom

naar relais voor mechanische ontgrendel ing via overbrenging wordt de arm op de juiste plaats in de groef geplaatst

6. Hall-sonde

magnetisme

spanning

voltmeter, ge-ijkt

7. vaa wasmachine

watermeter

spanning

waterklep

8. weerballon

vochtigheid thermometer/temperatuur barometer/druk

Fspanning

wisselspanning zender

9. vlotter

waterhoogte

verschuiving v l o t t e r kraan

10. boormachine

temperatuur

te grote stroomsterkte

zekering slaat door

11. c v .

o.a. waterdruk

spanning

o.a.

spanning

hoofdbrander blokkeren hoofdbrander valt uit

12. s tem

temperatuur

geluidspatroon

signaal, u i t geheugen

bijpassende bewerking

- 20 -

O P M E R K I N G E N PER

Par.

HOOFDSTUK

3.9

1. 0 V = Oost

2,5 V = Z u i d

5,0 V = West

7,5 V = Noord

2. a. 1,5 V - 4,5 V b. n a d e e l : s t r o o m s t e r k t e i s n i e t k o n s t a n t v o o r d e e l : uitgangsspanning tussen w i l l e k e u r i g e grenzen te k i e z e n . stand A B C D E

R

pot (SI)

R

220 165 110 55 0

Vu (v)

(A)

v

73 66 55 37 0

6,0 3,3 2,0 1,1 0

4. % b i j 50° C i s 60 ü. i ? i j = 12 ü. De e e n v o u d i g s t e s c h a k e l i n g s t a a t h i e r o n d e r : N a d e l e n : b i j t e m p e r a t u r e n beneden 50°C b r a n d t h e t lampje t o c h e n g i s z i n s , b i j 12SL hogere t e m p e r a t u r e n kan h e t lampje z e l f s doorbranden. 30 V T

C

a m p

e

N.T-C.

5. Een b i m e t a a l t j e i s een a a n - u i t s c h a k e l a a r met één b e p a a l d e s c h a k e l temperatuur. 6. V - 4,0 V -* i?LDR = l.Okï!-» l i c h t s t e r k t e = 300 l u x , d a t i s 3x z o v e e l l i c h t a l s op 1 m a f s t a n d -»• VT^x zo d i c h t b i j -*• r = 0,58 m. u

,4.

ELEKTRONISCHE BEWERKINGEN

bedoeVing • I n h o o f d s t u k 4 wordt u i t g e l e g d hoe h e t u i t g a n g s s i g n a a l van een s e n s o r op v e r s c h i l l e n d e manieren kan worden bewerkt. E s s e n t i e e l d a a r b i j i s dat de analoge u i t g a n g s s p a n n i n g van de s e n s o r wordt omgezet i n een d i g i t a a l s i g n a a l v o o r o p s l a g i n een geheugen of v o o r d o o r v o e r naar het regelmechanisme. In h o o f d s t u k 5 wordt nog nader ingegaan op a n a l o o g - d i g i t a a l o m z e t t i n gen. • De l e e r l i n g e n b e k i j k e n d r i e s o o r t e n bewerkingen ( t r i g g e r , p o o r t en geheugenopslag) i n d r i e u i t v o e r i n g s v a r i a n t e n ( r e l a i s , t r a n s i s t o r en IC). • We gaan i n h o o f d s t u k 4 op h e t g e b i e d van de e l e k t r ( o n ) i s c h e schakel i n g v e e l v e r d e r i n d a n ' i n h o o f d s t u k 3. De s c h a k e l p r i n c i p e s , d i e daar z i j n u i t g e l e g d , worden nu t o e g e p a s t , v e r b r e e d en v e r d i e p t .

uitwerking

lessenplan

Een nadere i n v u l l i n g van de 5 a 6 l e s s e n v o o r d i t h o o f d s t u k kan

zijn:

- 21 -

O P M E R K I N G E N PER

HOOFDSTUK

lesnr. 1

- B e s p r e k i n g p a r . 4.1 en o p d r a c h t e n . - Aandacht voor analoog en d i g i t a a l en wat w a a r h e i d s t a b e l l e n zijn. - O r g a n i s a t i e onderzoeken p a r . 4.2 t/m p a r . 4.4. Het l i j k t ons n i e t n o d i g d a t a l l e l e e r l i n g e n a l l e onderzoeken doen. Wel moeten ze e l k e s o o r t bewerking en e l k type bewerker z i j n t e g e n gekomen. A l s e r van e l k onderzoek 1 t/m 9 één o p s t e l l i n g i s , dan i s d i t p r a k t i k u m a l s v o l g t te o r g a n i s e r e n . Er z i j n maximaal 9 groepen l e e r l i n g e n , d i e de o n d e r z o e k j e s i n één van de v o l g e n d e r e e k s e n afwerken: 1- 5-9 5-9-1 9-1-5 2- 6-7 6-7-2 7-2-6 3- 4-8 4 - 8 - 3 8-3-4 ( z i e ook b l z . 60 van h e t themaboek)

2 en 3 - L e e r l i n g e n v o e r e n de o n d e r z o e k j e s i n groepen u i t . E l k onder(half) zoek kan goed i n een h a l v e l e s worden gedaan. - Huiswerk p a r . 4.5 t/m 4.7 b e s t u d e r e n . 3 (half) t/m 5 - N a b e s p r e k i n g p r a k t i k u m en t h e o r i e p a r . 4.5 t/m 4.7. - V e r t o n e n van de videoband over de p r o d u k t i e van c h i p s . - Opgaven p a r . 4.8 b e s p r e k e n . 6 (evt.) - R e s t opgaven bespreken.

didaktische

aanwijzingen

• I n de schakelschema's van de r e l a i s ' i s h e t v o o r sommige l e e r l i n g e n o n d u i d e l i j k d a t de k l e i n e l e t t e r van de s c h a k e l a a r h o o r t b i j de h o o f d l e t t e r van de e l e k t r o m a g n e e t . Een g e s t i p p e l d k a d e r v o o r h e t h e l e r e l a i s zou h e t wat d u i d e l i j k e r maken ( z i e o n d e r s t a a n d schema).

• Dat e r voor'gekozen i s de bewerkers met r e l a i s ' te behandelen komt, omdat w i j denken d a t daardoor de bewerking a l s z o d a n i g v e e l d u i d e l i j k e r wordt (zowel i n de getekende schema's a l s i n de e x p e r i m e n t e l e s c h a k e l i n g , waar j e de ' k l i k ' immers z e l f h o o r t ) . Het r e l a i s i s dus b e d o e l d a l s een d i d a k t i s c h h u l p m i d d e l . Het i s n i e t de b e d o e l i n g om u i t g e b r e i d op a l l e r l e i typen en de werk i n g e r v a n i n t e gaan.

- 22 -

O P M E R K I N G E N PER

HOOFDSTUK

U i t de e r v a r i n g e n v a n de p r o e f s c h o l e n moet b l i j k e n o f h e t r e l a i s a l s d i d a k t i s c h hulpmiddel funktioneert. • De t r a n s i s t o r wordt a l l e e n a l s s c h a k e l a a r bekeken en n i e t a l s v e r s t e r k e r . De v e r k l a r i n g van de w e r k i n g v a n de t r a n s i s t o r ( p a r . 4.6, e i n d e ) i s geen b a s i s s t o f . • De genoemde videoband i s de band d i e v o o r h e t HAVO-thema ' E l e k t r o n i c a ' i s samengesteld. Het s t u k d a t o v e r de f a b r i c a g e v a n c h i p s gaat i s 'The M i c r o c i r c u i t S t o r y ' v a n P h i l i p s , duur ca 25 m i n u t e n . De f i l m i s - hoe kan h e t anders i n deze b e d r i j f s t a k - w e l e n i g s z i n s g e d a t e e r d . De andere s t u k k e n v a n de v i d e o komen u i t een AVRO-programma u i t 1980 en een NCRV-programma u i t 1977 met b e e l d e n v a n t o e p a s s i n g e n . • I n de a p p a r a t u u r a a n w i j z i n g e n s t a a t voor onderzoek 9 een geheugen met 4 a d r e s c o d e p l a a t s e n ( i . p . v . 8 z o a l s i n h e t themaboek). Daar h o o r t een andere l e e r l i n g o p d r a c h t b i j ( z i e b i j l a g e D2).

antwoorden op de opgaven 4.1 Temperatuur, w a t e r n i v e a u , t i j d . 4.2 A l l e e n i n p a r . 3.8 komen s e n s o r e n v o o r met een d i g i t a a l s i g n a a l : b i j v . a f s l a g spoelenrecorder, p o s i t i e s e n s o r pick-up, reed-schakelaar, het bimetaaltje, v l o t t e r . moment i n het proces • inschakelen • machine v o l • temperatuur 60° C 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.12 4.13 4.14 4.15 4.16 4.17 4.18

ingang 1 NOF

ingang 2 NOF

1 0 0

0 0 1

uitgang NOF 0 .1 0

waterklep

verwarming

wasmotor

uit aan uit

uit uit aan

open dicht dicht

Meer w i n d i n g e n , d i k k e r d r a a d , k o r t e r e d r a a d , minder s t e r k e v e e r . P a r a l l e l s c h a k e l a a r s , meerdere r e l a i s ' a c h t e r e l k a a r . 1:17 °°: 0 B a s i s s p a n n i n g omhoog, RQE omlaag. B i j v . r o b o t i s e r i n g , g e l e i d e wapensystemen, I.R.A.S. K l e i n e r , goedkoper, minder k w e t s b a a r , s n e l l e r . B i j hoog-vermogen-schakelingen, b i j s c h a k e l i n g e n d i e i n de ontwerpfase z i j n . D i f f u s i e , s m e l t e n v a n s i l i c i u m , opdampen S i 0 , opdampen aluminium. B e l i c h t i n g v i a masker, v o o r opdampen S i 0 , b i j de d i f f u s i e . G r o t e r e p r o d u k t i e , minder o n t w i k k e l i n g s k o s t e n . G o l f l e n g t e van l i c h t i s e i n d i g , w a r m t e o n t w i k k e l i n g .

P a r . 4.8 1. Z i e f i g u u r .

2

2

- 23 -

OPMERKINGEN

PER HOOFDSTUK

2. Z i e f i g u u r .

M«Uc —

rm ÜPrtvör»n.i»v^ k i f

deur

o pp* ~ o • O -

3. a. A l s temperatuur s t i j g t neemt R^Q a f en A wordt m a g n e t i s c h -*• a gaat d i c h t B m a g n e t i s c h "*• b d i c h t lampje b r a n d t . A l s de temperatuur weer d a a l t , gaat a. weer open, maar B b l i j f t v i a b bekrachtigd. b. V = I.R = 3,2 V 5 8 c. R = j ^ = 3,6 kü ; R^C = 3 kft ; R = 0,6 kü e. B i j v . t = -20° C R = 6,6 k« I = 1,4 mA . P = 7 . J = 12 mW 4. c. D i t kan w e l met één r e l a i s ( z i e f i g u u r ) . 1

t

few*

r V . .

ra* i

e

Schakelaar

5. a. f?££i? neemt toe V%E > 0,7 V -* t r a n s i s t o r gaat g e l e i d e n -»• lampen gaan branden. _ c. V > 0,7 V -*• RLDR > T T - ^ Ö x 4,7 kü = 0,29 kü -* v e r l i c h t i n g s s t e r k t e = 200 l u x . ' d. R g r o t e r . e. Voordat de condensator i s opgeladen t o t 0,7 V, i s de weerstand v a n de LDR a l weer v e r m i n d e r d . 6. a. De w a a r h e i d s t a b e l i s : 7

BE

a

b

0 0 1 1

0 1 0 1

EXOF (+. i n v e r t o r ) 1 0 0 1

-•24

O P M E R K I N G E N PER

HOOFDSTUK

De b i j b e h o r e n d e

b. Zes een 7. a. A l s VR b. A l s 2

5.

-

logische schakeling i s :

van bovenstaande EXOF-poorten moeten worden a a n g e s l o t e n op EN-poort. A l s deze s i g n a a l a f g e e f t s t o p t de motor. L (6 V) b r a n d t , g e l d t : V = V « 3 V > 2,3 V •* T d i c h t •* V = VA « 9 V -+ > 8,3 V •* Tj open B 0 V wordt gemaakt k e e r t de s i t u a t i e om en Lj gaat branden. t

0

2

B

D

GEAUTOMATISEERDE SYSTEMEN

bedoe Ving • D i t h o o f d s t u k c o m p l e t e e r t h e t g e a u t o m a t i s e e r d e systeem. Op z i c h beh o e f t h e t b l o k regelmechanisme w e i n i g t o e l i c h t i n g , omdat h e t h i e r om i e d e r e l e k t r i s c h a p p a r a a t kan gaan. Wel i s van g r o o t b e l a n g o f e r een zekere terugkoppeling b e s t a a t naar de s e n s o r . Besproken wordt h e t o n d e r s c h e i d t u s s e n g e s t u u r d e en g e r e g e l d e systemen. • E r z i j n ook nog een paar andere a a n v u l l i n g e n b i j de g r o t e systemen t e geven. • Omzetting van een a n a l o o g s i g n a a l i n een b i n a i r e , d i g i t a l e code w o r d t besproken. • De opbouw van de m i c r o p r o c e s s o r en de computer en r o b o t worden summ i e r behandeld.

uitwerking

lessenplan

Hoe d i t h o o f d s t u k gedaan wordt z a l met name afhangen van de b e s c h i k b a r e a p p a r a t u u r en de r e a l i s e e r b a r e m o g e l i j k h e d e n . I s e r een slimme m u i s , i s e r een A/D en D/A c o n v e r t o r , kan men m a k k e l i j k b e s c h i k k e n over een m i c r o p r o c e s s o r , i s e r m i s s c h i e n z e l f s een r o b o t aanwezig? Mogelijke lesverdeling: Les 1 - T e r u g k o p p e l i n g en de slimme muis. Les 2 - A/D en D/A o m z e t t i n g / m i c r o p r o c e s s o r / computer en r o b o t . Les 3 - Opgaven u i t p a r . 5.6.

didaktisehe

aanwijzingen

• Een o p t e l l e r i s te maken a l s men de b e s c h i k k i n g h e e f t over een v e r z a m e l i n g p o o r t e n , gecombineerd met s c h a k e l a a r s en u i t l e z i n g . Dan nog i s h e t een h e e l k a r w e i om hem te bouwen, maar een d e m o n s t r a t i e l i g t w e l b i n n e n de m o g e l i j k h e d e n . • Over r o b o t s w o r d t i n h e t themaboek w e i n i g i n f o r m a t i e gegeven. Op het NVON-zomercongres i n 1984 i n Groningen werd door J . C . J . M a s s c h e l e i n

- 25 -

OPMERKINGEN

PER

HOOFDSTUK

een u i t s t e k e n d e o v e r z i c h t s l e z i n g gehouden over. d i t onderwerp. Deze l e z i n g i s a l s b i j l a g e 12 aan deze AVOL toegevoegd, waarvoor w i j de auteur zeer e r k e n t e l i j k z i j n .

antwoorden op de opgaven 5. 1 a. r e g e l s y s t e e m , b. s t u u r s y s t e e m , c. s t u u r s y s t e e m . muis gaat 5. 3 a. W e i n i g l i c h t op LDRj '-*• motor 1 gaat d r a a i e n naar r e c h t s (kant LDR 2 ) . b. Door de t r a a g h e i d van de r e a k t i e van de LDR z u l l e n de motortjes b e u r t e l i n g s steeds i e t s te lang harder draaien. c. A h e e f t de g r o o t s t e t e r u g k o p p e l i n g , omdat de v e r a n d e r i n g van de d r a a i s n e l h e i d g r o t e r i s b i j een bepaalde v e r a n d e r i n g van de l i c h t s t e r k t e . d. B h e e f t zwakke t e r u g k o p p e l i n g , dus pad i s r e c h t e r . e. H i e r i s een s t e r k e r e a k t i e n o d i g verband A. v r a g e n 5.1 10 5.2 1111 15 5.3 4 x 10" = 5,7 x JO optellingen. 5i6 opdracht opdracht

5

b. A l s e r weer 7 h a n d e l i n g e n n o d i g 7 optellingen.

6.

zijn

140 ms .=> ongeveer

AUTOMATISERING IN DE PRAKTIJK

bedoeZing Met de opgedane k e n n i s over a u t o m a t i s e r i n g een b e e l d k r i j g e n van p r a k t i j k , w a a r i n ook economische en s o c i a l e a s p e k t e n meespelen.

uitwerking

de

lessenplan

A f h a n k e l i j k van de v o o r k e u r van de docent en/of de l e e r l i n g e n moet gekozen worden voor mondelinge of s c h r i f t e l i j k e r a p p o r t a g e . M o n d e l i n g e r a p p o r t a g e v e r d i e n t de v o o r k e u r v a n u i t h e t oogpunt van u i t w i s s e l i n g van e r v a r i n g e n t u s s e n de l e e r l i n g e n , maar h e e f t a l s n a d e e l dat de l e e r l i n gen v r i j w e l a l l e s i n hun v r i j e t i j d moeten doen. Een tussenvorm zou kunnen z i j n d a t i e d e r e groep de e r v a r i n g e n op een f l a p samenvat en dat de l e e r l i n g e n gedurende een h a l v e t o t h e l e l e s over e i k a a r s f l a p p e n praten.

literatuur

en adressen

- D i e n s t W e t e n s c h a p s v o o r l i c h t i n g ( z i e b i j l a g e 13). N.Z. Voorburgwal 120, Amsterdam. - Rapport van de a d v i e s g r o e p m i c r o - e l e k t r o n i c a (Rapport S t a a t s u i t g e v e r i j 1980 ( z i e b i j l a g e 1 4 ) .

Rathenau),

26 APPARATUURAANWUZINGEN Materiaalaanwijzigingen b i j het thema 'Automatisering'

hfdst. 1

Geen materiaal nodig. Het zou i n deze oriëntatiefase wel leuk z i j n , a l s j e aan de k l a s een simpel werkend geautomatiseerd systeem kunt demonstreren. Ideeën h i e r v o o r z i j n van harte welkom.

hfdst. 2

Geen m a t e r i a a l nodig.

hfdst. 3

Hoofdzakelijk i s eenvoudig schakelmateriaal nodig om de l e e r l i n gen i n groepjes de proeven te kunnen l a t e n doen.'Dat w i l zeggen: - spanningskastjes - weerstandjes i n veelvoud - stroom- en spanningsmeters - schuifweerstand of pot-meter - N.T.C., b i j v . 4,7 kfl enkelvoud of dubbel, - L.D.R., b i j v . 20-500 £1 P h i l i p s a f h a n k e l i j k van het aantal - condensatoren - 10 mF groepen i n de k l a s - 10 F of 100 nF

(blz.33) (blz.34) (blz.36)

Voorts z i j n nodig: (blz.34) - gloeilamp met lux-meter (blz.36) - microfoon en v e r s t e r k e r en diode en toongenerator

en dB-meter

N.B. De geluidssensor van f i g . 3.41 moet nog nader u i t g e t e s t worden. De v e r s t e r k e r dient er voor een goede uitgangsspanning te geven. De R.C.-comb i n a t i e kan misschien beter 100 nF-1 Mfl z i j n . hfdst. 4

Voor d i t hoofdstuk z a l de meeste voorbereiding nodig z i j n . Het gaat om 9 onderzoeken, waarvan 3 met r e l a i s , 3 met t r a n s i s t o r e n en 3 met IC's. De

relais-onderzoeken

Het goedkoopst i s het om te proberen gebruikte r e l a i s op de kop te tikken ( b i j v . op oude p r i n t p l a t e n ) . Zo'n r e l a i s i s dan eenvoudig op een k a s t j e te monteren, waarmee de l e e r l i n g e n kunnen werken. De meeste r e l a i s hebben twee wisselkontakten en dat zou er dan zo u i t kunnen z i e n : r e l a i s met

twee wisselkontakten cU

Sp'v«j

lioar t

- 27 APPARATUURAANWIJZINfiEN Welke bekrachtigingsspanning nodig i s hangt u i t e r a a r d af van het type r e l a i s . De

transistor-onderzoeken

Het i s handig om deze schakeling voor te bouwen op b i j v . houten 'blokjes', waarop verder a l l e e n a a n s l u i t b u s j e s z i t t e n op p l a a t sen waar de l e e r l i n g e n een motor of een voedingsspanning moeten schakelen. Hoe d e r g e l i j k e 'blokjes' of plankjes kunnen worden gebouwd i s beschreven i n de AVOL van E l e k t r o n i c a (apparatuurgids). Zo z i j n de schakelingen van f i g . 4.15/fig. 4.26 en f i g . 4.27 daar ook a l getekend b i j de b l o k j e s K, L en M. De gebruikte t r a n s i s t o r i s BD 135-6. Opmerkingen: (fig.4.15) - B i j een lampje van (6 V; 0,05 A) i s een basisweerstand van 1 kfi goed (even uitproberen!), (fig.4.16) - De waarde van de serieweerstand boven de L.D.R. i s a f h a n k e l i j k van Vg, RxDR 6 omschakelpunt. ( f i g . 4.27) - normale diodes, lampje (6 V; 0,05 A), R = 10 kfl. (fig.4.33) - R * 1 k i l . e

n

e w e n s t

De IC-onderzoeken • Voor de t r i g g e r s c h a k e l i n g van f i g . 4.18 kan gebruikt worden de SN 7414 N. Hét beste kan deze weer worden ingebouwd i n een k a s t j e met aans l u i t b u s j e s voor de v e r s c h i l l e n d e kontakten. Omdat er op d i t IC ook inverters z i t t e n , hebben we daarvoor een e x t r a kontakt gemaakt, dat eventueel ook kan worden weggelaten. Ook z i j n voor de d u i d e l i j k h e i d voor de l e e r l i n g e n LED's opgenomen.

• Voor een poortschakeling (onderzoek 6, b l z . 69) kun j e het beste naar een elektronica-zaak gaan en een poort-IC vragen, met een b e s c h r i j v i n g van de aansluitpunten (SN 7413 of MC 6800). • De geheugenschakeling van f i g . 4.36 i s w a a r s c h i j n l i j k het duurst en kost het meeste werk om te maken. Wij maakten er één met 4 adresschakelaars en twee IC's. A (SN 7489 N) i s het geheugen, B (SN 7414 N) z i j n i n v e r t e r s , nodig voor de u i t l e z i n g (zie schakelschema).

- 28 -

APPARATUURAANWIJZINGEN

D

TT

0 f*

Cl'

-o?

u Z

ö -*-T"

Ca

O

v>»

f

O oao»

Of~"—t>f

^

*

?

o o g g

• O — K h -CZ3-

I—W-CZD Kh

— C

- 29 -

ERRATA B I J

blz.

DE

JE

VERSIE

positie 18

25 26

10 r . k a d e r f i g . 3.8

28 29 36

8

38

kader

52

2

56 57 75

f i g . 4.1 v r a a g 4.2 fig. 4.37

76 85

fig. 4.41 e, 2 r . v. .onder

86

t u s s e n 6a en fig. 4.58 v r a a g 7a

6

e

r . v. boven

"dat i s de l a d i n g van 6,25 x 1 0 elektronen". 39 m •* 3,9 m 0,4 V •* 0,5 V 15 kü •* 1 ,5 kü " s c h a k e l i n g van o p d r a c h t 6" v r a a g 3.10 ontbreekt o n d e r s c h r i f t e n v e r w i s s e l e n : rechtsboven i s f i g . 3.38; midden i s f i g . 3.39 V = V (1 - e -V?) S •* s "lichtsterkte (lux)" vervalt toevoegen: 60 W lamp (100 l u x op 1 ra) geheugen ook d i k omkaderen moet pas na "De wasmotor " op b l z . 58 h e t hoekpunt van de twee s c h a k e l p l a a t j e s i s een s c h a r n i e r p u n t de p n p - t r a n s i s t o r o n t b r e e k t " g r o t e v e r d u i s t e r i n g " moet z i j n " k o r t e v e r duistering" EXOF + i n v e r t o r C onder L, en D onder Lj toevoegen: " a l s L, b r a n d t " C

r . v. onder

e

6b

B

- 30 -

BIJLAGE Dl

Sk E l e k t r i s c h e stromen a.

Inleiding

In v e e l p r a k t i s c h e s i t u a t i e s , v o o r a l b i j h e t o p z e t t e n en u i t v o e r e n van e x p e r i m e n t e n z i j n de b a s i s b e g r i p p e n rond e l e k t r i s c h e stromen en de bas i s v a a r d i g h e d e n van rekenen daarmee, het maken van m e e t o p s t e l l i n g e n en het k i e z e n van a p p a r a t u u r

en m e e t b e r e i k

van b e l a n g . Het meeste daarvan

z u l l e n de l e e r l i n g e n z i c h a l i n de onderbouw e i g e n gemaakt hebben. 2) b. Onderwerpen - ionen en elektronen - spanning

EPEP HAVO x b)

als ladingdragers

en stroomsterkte

x

- wet van Ohm - elektrische - serie-

x weerstand

x

en parallelschakeling

van weerstanden^

a

vervangings-

x ^

weerstand - stroommeter en spanningsmeter - weerstandmeting

als meet- en schakelcomponenten*

met stroom- en spanningsmeter

x x

M e c h a n i s a t i e en a u t o m a t i s e r i n g a.

Inleiding

S i n d s de industriële r e v o l u t i e en nog i n s t e r k e r e mate s i n d s de tweede w e r e l d o o r l o g wordt

de m e n s e l i j k e a r b e i d s t e e d s meer overgenomen door

machines. Ih de l a a t s t e t i j d komt d a a r b i j d a t v e e l r e g e l - en rekenwerk met

behulp van e l e k t r o n i s c h e s c h a k e l i n g e n geprogrammeerd kan worden.

Daardoor kan op v e e l g r o t e r e s c h a a l en ook i n nieuwe gebieden g e a u t o m a t i s e e r d worden

In d i t g e b i e d

de t e c h n o l o g i s c h e t o e p a s s i n g e n zowel

met'betrekking

s p e e l t k e n n i s van de f y s i c a d i e aan

ten grondslag

ligt

een b e l a n g r i j k e r o l ,

t o t h e t b e g r i j p e n van de m o g e l i j k h e d e n

l i j k h e d e n van d i e t e c h n o l o g i s c h e produkten

en onmoge-

a l s met b e t r e k k i n g t o t h e t

v i n d e n van nieuwe wegen i n de i n d u s t r i e , b i j communicatie en i n h e t d a g e l i j k s e l e v e n . D i t gebied b e s t r i j k t de t e r r e i n e n van het vervangen van m e n s e l i j k e a r b e i d door motoren van v e r s c h i l l e n d e aard tromotor, benzinemotor), nische apparatuur

(o.a. e l e k -

van r e g e l - en r e k e n a k t i v i t e i t e n door e l e k t r o -

en de c o m b i n a t i e van d i e twee i n g e a u t o m a t i s e e r d e

p r o d u k t i e p r o c e s s e n en produktiemïddelen.

- 31 -

BIJLAGE

Dl

Welke argumenten l i g g e n e r aan de keuze voor een bepaald systeem t e n g r o n d s l a g ? Welke a l t e r n a t i e v e n z i j n e r voor handen? Welke u i t v o e r i n g s v a r i a t i e s z i j n e r i n p r i n c i p e m o g e l i j k en worden i n de p r a k t i j k g e r e a 1i seerd? De b e l a n g r i j k s t e a c c e n t e n l i g g e n dus op de a a n d a c h t s v e l d e n A2

(maat-

s c h a p p e l i j k e o n t w i k k e l i n g e n ) en A5 ( s t u d i e en beroep) t e r w i j l

ook i n -

gegaan wordt op h i s t o r i s c h e o n t w i k k e l i n g e n (A3). Een goede k e n n i s van de a c h t e r l i g g e n d e p r i n c i p e s van de e l e k t r o n i k a en de w e r k i n g van motoren i s d a a r v o o r n o o d z a k e l i j k . Verder z i j n van b e l a n g v a a r d i g h e d e n om met e l e k t r o n i s c h e componenten een l o g i s c h systeem op t e z e t t e n en om z e l f s c h a k e l i n g e n t e bouwen en f u n k t i e s t e r e a l i s e r e n .

b. Onderwerpen Naast de onderwerpen u i t de s y s t e m a t i s c h e groepen

(SI t/m S7) moeten

in d i t g e b i e d de volgende onderwerpen gekend worden:

3. Over e l e k t r o n i s c h e

- capaciteit

regelsystemen

van een condensator

x

- spanningsdeler

(potentiometer)

x

- eigenschappen,

f u n k t i e en w e r k i n g van een RC-netwerk

-

- h a l f g e l e i d e r s , p- en n-type - eigenschappen

x

en f u n k t i e van LDR, NTC,

halfgeleider-diode

- t r a n s i s t o r a l s s c h a k e l a a r , i n c o m b i n a t i e met LDR, NTC, RC-

x^

netwerk - funktie

IC, c h i p , m i c r o p r o c e s s o r

-

- p r i n c i p e van t e r u g k o p p e l i n g - geheugensystemen - p r i n c i p e van a n a l o o g / d i g i t a a l

x omzettingen

x

- 32 -

BIJLAGE

D2

A l t e r n a t i e f v o o r onderzoek 9 van p a r .

I n p l a a t s van f i g . 4.36

Geheugen met

4.4.

16 g e h e u g e n p l a a t s e n .

De o p d r a c h t w o r d t : c. Neem de s c h a k e l i n g van f i g . 4.36 en k i e s h e t geheugen met adres 0001 door de a d r e s s c h a k e l a a r s i n de j u i s t e s t a n d te z e t t e n . Z e t nu op de ingang een b e p a a l d e code ( g e t a l ) d i e j e w i l t onthouden ( b i j v . 1001). Door s c h a k e l a a r A op 1 te z e t t e n kan h e t geheugen werken. A l s j e even knop B i n d r u k t wordt de c o d e . i n h e t geheugen g e s c h r e v e n . J e z i e t hem ook d i r e k t op de u i t g a n g v e r s c h i j n e n . K i e s daarna h e t v o l g e n d e geheugenadres 0010. Z e t op de i n g a n g een andere code, b i j v . 0110. S c h r i j f ook deze code weer i n h e t geheugen door even op de s c h r i j f k n o p B t e d r u k k e n . Zo kun j e v e r s c h i l l e n d e codes i n h e t geheugen z e t t e n . N o t e e r welke codes j e op welke g e h e u g e n p l a a t s e n h e b t weggeschreven. A l s j e s c h a k e l a a r A op 0 z e t , b l i j f t de i n f o r m a t i e bewaard. Verander i n g e n i n de o v e r i g e s c h a k e l a a r s hebben geen e n k e l e i n v l o e d op h e t geheugen. A l s j e de gegevens weer t e r u g w i l t l e z e n , moet j e e e r s t h e t geheugen weer op 'werken' z e t t e n door s c h a k e l a a r A op 1 t e z e t t e n . Door de adrescodes te w i j z i g e n kun j e nu d i r e k t aan de u i t g a n g de inhoud over h e t geheugen u i t l e z e n en c o n t r o l e r e n o f h e t geheugen de i n g e v o e r d e i n f o r m a t i e goed h e e f t onthouden. N.B. De s t a n d van de i n g a n g s s c h a k e l a a r s i s nu o n b e l a n g r i j k .

- 33 BIJLAGE

Automatische deuren Rob Biersma

;

E c h t v e i l i g voel je je nooit bij een automatische d e u r . D e u r e n die zo snel open schieten, k u n n e n ook snel s l u i t e n en hoe k u n je er zeker van zijn dat hij dat niet doet als je er net tussen bent? O o k als ze niet open gaan zijn ze o n v e i l i g . H o e vaak k o m t het niet voor dat i e m a n d pardoes tegen de d e u r v a n het w i n k e l c e n t r u m aanloopt net na sluitingstijd? E r zijn zélfs mensen die tegen glazen p u i e n aanlopen die helemaal geen d e u r bevatten. H e t ergste van alles is dat bijna niem a n d weet hoe ze w e r k e n . D a t w o r d t vooral d u i d e l i j k als de d e u r e n het slecht doen. A a n de d e u r t r e k k e n heeft meestal geen z i n . E e n pas a c h terwaarts is dan vaak beter. H e t gez i c h t s v e l d van de detector reikt meestal niet tot pal aan de deur. W o n d e r l i j k heen en weer stappende heren voor glazen p u i e n behoren thans tot het gewone stadsbeeld.

' O e eenvoudige d r u k m a t t e n waren nog voor iedereen te begrijpen. W i e vijf jaar geleden beladen de superm a r k t verliet, stapte vaak op een r u b beren mat die een wat onzeker steunvlak bood. O n m i d d e l l i j k vloog voor j e de d e u r open. Z e l f s een w e i n i g technisch geschoold persoon k o n b e d e n k e n dat z i c h onder de mat een slangensysteem bevond dat b i j s a m e n d r u k k i n g een schakelaar bediende die de elektromotor van de d e u r i n w e r k i n g zette. E e n t i j d s c h a k e l i n g zorgde ervoor dat na een zekere, periode de d e u r ook weer d i c h t schoof. Ook. de- fotocellen z i j n w e i n i g ' g e h e i m z i n n i g . J e ziet ze n o g steeds vaak bij r o l t r a p p e n en>ze'worden ook d i k w i j l s g e b r u i k t als extra, b e v e i l i g i n g .bij liftd e u r e n . - . ... Fotocellen- vangen-het l i c h t op v a n eenl i c h t b r o n die aan de andere kant van de d e u r staat opgesteld. Z o l a n g d i t l i c h t w o r d t opgevangen, wordt een k l e i n stroompje o p g e w e k t door de fot o c e l . H e t stroompje regelt een s c h a kelaar die de d e u r opent o f d i c h t d o e t . H e t is een-éénvoudig systeem dat niet w e r k t als j e over de straal heenstapt o f er onder doorkruipt. H o n d e n worden, soms niet o p g e m e r k t . M a a r de a u t o m a t i s c h e d e u r e n ' v a n teg e n w o o r d i g w e r k e n volgens een-geheel ander, p r i n c i p e . O f liever g e z e g d p r i n c i p e s , want er z i j n verscheidene detectiesystemen i n g e b r u i k . D e detectoren, w e r k e n op-radar, o p infrarood l i c h t e n o p ultrasonoor g e l u i d . Stations v a n de N e d e r l a n d s e S p o o r w e g e n z i j n voor het grootste deel u i t g e r u s t met. radardetectors. D i t geldt ook voor de meeste supermarkten. D e doosjes bevatten een zender en een ontvanger en w e r k e n volgens het p r i n c i p e van de D o p p l e r - r a d a r . B i j D o p ,pler-radar w o r d t het u i t g e z o n d e n en weerkaatste signaal met elkaar verge- . l e k e n . V e r s c h i l l e n deze s i g n a l e n , dan i . betekent het dat e r een b e w e g e n d voorwerp i n de buurt, is, een. mens o f • : een boodschappènwagentje. D o p p l e r j radar w e r d tot voor kort u i t s l u i t e n d ; g e b r u i k t in m i l i t a i r e r i c h t a p p a r a t u u r . •Pas een j a a r o f vijf v i n d t het systeem. i algemene toepassing. M e e b e w e g e n d e ^

:

voorwerpen w o r d e n niet o p g e m e r k t . W i e een tijdje d o o d s t i l blijft staan, ziet de d e u r weer d i c h t g a a n . H o e geavanceerd D o p p l e r r a d a r ook moge l i j k e n , het systeem wordt sinds een j a a r alweer vervangen door n i e u w e detectors. D e nieuwe detectors hier en daar al g e m o n t e e r d , z i j n nog k l e i n e r en w e r k e n op infrarood l i c h t . Infrarood-detectoren reageren op de warmte van een naderend persoon. D e w a r m t e s t r a l i n g wordt v i a spiegels geb u n d e l d op een p y r o - e l e k t r i s c h element. D i t is een k r i s t a l met aan beide ' zijden elektroden. W o r d t het kristal bestraald, dan ontstaat een s p a n n i n g , .< ' evenredig aan de aangeboden warmte-.', H e t bijzondere van de infrarood-detectoren is dat zij een geheugen hebben. L a n g z a m e temperatuursveranderingen-. worden wel o p g e m e r k t , maar een c o m p u t e r s c h a k e l i n g zorgt ervoor dat de d e u r niet w o r d t geopend; A l l e e n een plotselinge t e m p e r a t u u r v e r a n d e r i n g , . ',' veroorzaakt door de n a d e r i n g van: een w a r m voorwerp, overschrijdt de d r e m pelwaarde van de detector. T e m p e r a t u u r s c h o k k e n van 3-graden C e l s i u s ; worden al o p g e m e r k t . ! V o l g e n s de f i r m a T o r m a x , d i e vrijwel ' i alle a u t o m a t i s c h e d e u r e n in N e d e r land installeert, k a n een.infrarooddetector door iedereen g e m a k k e l i j k o n d e r h o u d e n worden. K l e i n e supermarktjes met veel g e r o m m e l nabij de . kassa en de d e u r w i l l e n nogal eens w a t ' veranderen i n de opstelling: •••{ U l t r a s o n e detectoren worden toegepast bij deuren die al bewegen — draaideuren of s c h u i f d e u r e n in serie. Z e z i j n vooral als v e i l i g h e i d bedoeld: N i e m a n d m a g opgesloten r a k e n . Z e werken ongeveer als D o p p l e r - r a d a r : e r . is een zender en een ontvanger. ', H o e z i t het n u met het k l e m : raken in • a u t o m a t i s c h e deuren? D e mees te, d e u ren h e b b e n een s l i p k o p p e l i n g . D a t betekent dat de m o t o r a a n d r i j v i n g over- ! w o n n e n k a n w o r d e n . E c h t a f k n e l l e n is . er niet b i j . •;• 1

' D e betere.deuren hebben een t e r u g l o o p b e v e i l i g i n g . Botst de d e u r ergens tegenaan, d a n schakelt a u t o m a t i s c h de l o o p r i c h t i n g o m e n d e ' d e u r gaat weer. \ open.

- 34 -

BIJLAGE

12

L e z i n g over r o b o t s door J . C . J . M a s s c h e l e i n

0.

17 en 18 augustus 1984 NVON Zomercongres

Inleiding

Robots s t a a n s t e r k i n de b e l a n g s t e l l i n g . Daarvoor z i j n een a a n t a l redenen aan t e geven. V o o r e e r s t , door de s n e l l e e v o l u t i e i n de m i c r o - e l e k t r o n i c a komen s t e e d s k r a c h t i g e r , k l e i n e r e en v o o r a l goedkopere computersystemen b e s c h i k b a a r . D a a r n a a s t z i e n we, w e l i s w a a r nog op b e s c h e i d e n s c h a a l , d a t e r i n h e t b e d r i j f s l e v e n s t e e d s meer automaten v e r s c h i j n e n d i e - i n een k l i m a a t v a n hoge w e r k l o o s h e i d nog meer werk u i t handen d r e i g e n t e nemen. T e n s l o t t e b e r e i k e n ons b i j n a d a g e l i j k s v i a de nieuwsmedia b e r i c h t e n u i t Japan waar g e b r u i k gemaakt wordt v a n v o l l e d i g ' g e r o b o t i s e e r d e ' p r o d u k t i e l i j n e n , en waar v o l g e n s sommigen een g e d e e l t e l i j k e v e r k l a r i n g zou l i g g e n v o o r de b l o e i e n d e Japanse economie en de s t e r k e Yen. Hiermee z i j n dan de twee u i t e r s t e n g e s c h e t s t waarmee h e t b e g r i p r o b o t g e l a d e n i s : e n e r z i j d s wordt een r o b o t b e d r e i g e n d e r v a r e n , en a n d e r z i j d s opent een r o b o t een w a a i e r v a n nieuwe en v e e l b e l o v e n d e m o g e l i j k h e d e n . Toen de o r g a n i s a t o r e n v a n deze zomerkursus m i j een a a n t a l maanden g e l e den benaderden met de v r a a g o f i k een l e z i n g k o n houden over r o b o t s en ~ r o b o t i c a heb i k l a n g g e a a r z e l d . N i e t omdat i k geen z i n had, o f omdat h e t onderwerp n i e t voldoende b o e i e n d zou z i j n , o f omdat m i j n a c h t e r g r o n d o p l e i d i n g o n t o e r e i k e n d zou z i j n , o f noem maar op ... I k a a r z e l d e , omdat i k n i e t goed w i s t wat i k u i n de t i j d s p a n n e v a n een u u r zou kunnen brengen. Aan r o b o t s z i t t e n z o v e e l i n t e r e s s a n t e a s p e k t e n v a s t d a t i k n i e t goed een keuze k o n maken: J e k u n t b i j v o o r b e e l d aandacht b e s t e d e n aan de t e c h n i s c h e a s p e k t e n z o a l s de opbouw, de e n e r g i e v o o r z i e n i n g , de b e s t u r i n g v a n r o b o t s . J e k u n t aand a c h t besteden aan de d i v e r s e s e n s o r e n waarmee een r o b o t i n f o r m a t i e v e r w e r f t omtrent z i j n omgeving. Je zou aandacht kunnen b e s t e d e n aan de s p e c i f i e k e problemen d i e o p t r e d e n b i j de programmatie v a n een r o b o t . J e zou aandacht kunnen b e s t e d e n aan h e t g e b r u i k v a n r o b o t s . J e zou aandacht kunnen b e s t e d e n aan de s o c i a a l economische, a s p e k t e n v a n de i n s c h a k e l i n g v a n r o b o t s i n de industriële omgeving U i t e i n d e l i j k heb i k u i t d i t gamma d r i e onderwerpen gekozen: V o o r e e r s t w i l i k u i e t s v e r t e l l e n over de g e s c h i e d e n i s v a n de r o b o t . I n een tweede d e e l w i l i k u een - o p p e r v l a k k i g - b e e l d s c h e t s e n v a n de r o b o t s d i e thans i n de industriële omgeving worden g e b r u i k t . I n een l a a t s t e d e e l w i l i k m i j wat meer op g l a d i j s bewegen, en wat s p e c u l e r e n over de m o g e l i j k h e i d om een r o b o t t e ontwerpen en t e c o n s t r u e r e n met m e n s - a c h t i g e eigenschappen.

2. Een kort historisch Wat

overzicht

i s e i g e n l i j k een r o b o t ?

L a t e n we h e t e e r s t even hebben over de naam ' r o b o t ' . De naam ' r o b o t ' d u i k t v o o r h e t e e r s t op i n h e t b e g i n v a n deze eeuw, n a m e l i j k i n 1922 i n een s a t i r i s c h t h e a t e r s t u k v a n Capek met de t i t e l R.U.R. (= 'Rossums U n i v e r s a l R o b o t ' ) . Het woord r o b o t i s a f g e l e i d v a n het t s j e c h i s c h woord voor 'handarbeider'.

- 35 -

BIJLAGE

12

(Rossum i s een b r i l j a n t g e l e e r d e d i e een mechanische 'werkman' u i t v i n d t met h e t d o e l de mensheid h e t vermoeiende en zware handwerk t e b e s p a r e n . Het p r o j e k t i s a a n v a n k e l i j k zeer s u c c e s v o l , en e r worden een g r o o t a a n t a l r o b o t s g e p r o d u c e e r d . H e l a a s - waar hebben we d a t v e r h a a l nog gehoord - m i l i t a i r e n zagen i n de r o b o t s g r o t e m o g e l i j k h e d e n v o o r o o r logsvoering. Om d i t t e v e r h i n d e r e n b e s l u i t Rossum om z i j n r o b o t s van m e n s e l i j k e emoties te v o o r z i e n . Maar h i e r gaat h e t h e l e m a a l m i s : deze p e r f e k t e r o b o t s kunnen n i e t l a n g e r v e r d r a g e n d a t ze door de onvolmaakte mensen a l s s l a v e n worden behandeld. Ze komen i n o p s t a n d , en winnen h e t p l e i t : de mensheid wordt volkomen u i t g e r o e i d . ) H i e r wordt de naam r o b o t d u i d e l i j k gegeven aan een mechanische c o n s t r u c t i e met q u a s i - m e n s e l i j k e eigenschappen en een q u a s i - m e n s e l i j k u i t z i c h t . De mechanische c o n s t r u c t i e b e s c h i k t over een zekere i n t e l l i g e n t i e , een zekere bewegingsautonomie, en m e n s e l i j k e g e v o e l e n s en e m o t i e s . D i t i s h e t b e e l d van een r o b o t z o a l s h e t b i j v e l e n l e e f t . Het i s h e t b e e l d d a t door de s c i e n c e - f i c t i o n l i t e r a t u u r en f i l m v e l e malen i s geh a n t e e r d . We z u l l e n n a a r deze mechanische c o n s t r u c t i e met m e n s e l i j k e g e l i j k e n i s v e r w i j z e n met de naam 'homoïde' r o b o t . Wie i n h e t b e d r i j f s l e v e n een r o b o t i n a k t i e g e z i e n h e e f t , weet dat h e t b e e l d van de 'echte' r o b o t h i e r zeer v e r vanaf s t a a t . De 'echte' r o b o t - waarnaar we z u l l e n v e r w i j z e n met de naam ' i n d u s t r i e r o b o t ' - h e e f t v e e l meer verwantschap met automaten. Het woord ' r o b o t ' h e e f t dus

twee b e t e k e n i s s e n .

In Webster's Seventh New C o l l e g i a t e D i c t i o n a r y t r e f f e n we a l s d e f i n i t i e aan: . r o b o t ( z i e ook WP woordenboek) a machine t h a t l o b k s l i k e a human b e i n g and performs v a r i o u s complex a c t s (as w a l k i n g and t a l k i n g ) of a human b e i n g . Voor h e t Robot I n s t i t u t e o f A m e r i c a (RIA) g e l d t : A r o b o t i s a reprogrammable m u l t i f u n c t i o n a l m a n i p u l a t o r designed to move m a t e r i a l , p a r t s , t o o l s of s p e c i a l i z e d d e v i c e s , through v a r i a b l e programmed m o t i o n f o r the performance o f a v a r i e t y of tasks. Deze dubbele v i s i e op r o b o t s - e n e r z i j d s de r o b o t a l s een automatische p r o d u k t i e m a c h i n e , en a n d e r z i j d s de r o b o t a l s k u n s t m a t i g e mens - g e e f t de r o b o t i e t s u i t d a g e n d s en b e d r e i g e n d s t e g e l i j k . Deze d u b b e l e v i s i e doet denken aan Prometheus d i e h e t vuur van de goden s t a l , of aan de l e e r l i n g tovenaar d i e door z i j n t o v e r k u n s t e n g e b e u r t e n i s s e n i n gang z e t t e , d i e h i j daarna n i e t meer kon c o n t r o l e r e n . Aan d i t d u a l e k a r a k t e r z u l l e n we s t r a k s meer aandacht schenken, a l s we de p r o d u k t i e - r o b o t en de homoïde r o b o t i n d e t a i l b e s p r e k e n . E e r s t - w i l i k even wat aandacht b e s t e d e n aan de g e s c h i e d e n i s van de r o b o t , of moet i k zeggen aan de g e s c h i e d e n i s van de automaat? E i g e n l i j k kun j e de g e s c h i e d e n i s van de r o b o t s n i e t s c h e i d e n van de h i s t o r i s c h e o n t w i k k e l i n g van wetenschap en t e c h n i e k . E l k e t i j d bouwde ' r o b o t s ' met de m i d d e l e n waarover d i e t i j d b e s c h i k k i n g had. W a a r s c h i j n l i j k i s de wens om z i c h z e l f b e s t u r e n d e machines te bouwen zo oud a l s de mens z e l f . Ik denk d a t h e t een o e r n e i g i n g van de mens i s om door t e c h n i s c h e h u l p m i d d e l e n z o v e e l m o g e l i j k zwoegen en zweten aan macnines over te l a t e n , en zo wéinig m o g e l i j k z e l f te doen.

BIJLAGE

12

L a t e n we even c o n c r e e t h e t v e r l e d e n beschouwen: De g e s c h i e d e n i s van de automaten i s reeds z e e r v r o e g g e s t a r t . Reeds 3000 j a a r v.Chr. b e s c h i k t e n de E g y p t e n a r e n over w a t e r k l o k k e n en mechanismen d i e door w a t e r k r a c h t werden aangedreven om b e e l d e n i n beweging te brengen. I n de I l i a s van Homérus i s s p r a k e van Hephaestos, de god van a l l e mechanische k u n s t e n , d i e g e a s s i s t e e r d werd door twee v r o u w e l i j k e schonen. De v r o u w e l i j k e schonen bestonden ( h e l a a s ? ) u i t b e e l d e n d i e van z u i v e r goud waren v e r v a a r d i g d . (9-de eeuw v.Chr.) Omstreeks 100 v.Chr. w i s t Hero van Alexandrië z i j n p u b l i e k te b o e i e n met bewegende poppen d i e v i a een s t e l s e l van touwen door v a l l e n d e gew i c h t e n werden aangedreven. In de l a t e middeleeuwen werd h e t p l a a t s e n van bewegende b e e l d e n i n t o r e n s , d i e door h e t uurwerkmechanisme op g e z e t t e t i j d s t i p p e n i n beweg i n g werden g e b r a c h t p o p u l a i r . I n h e e l Europa z i j n h i e r nog v o o r b e e l d e n van te v i n d e n . Rond 1770 w i s t e n de Z w i t s e r s P i e r r e en H e n r i - L o u i s J a q u e t - D r o z poppen te c o n s t r u e r e n d i e o.a. konden dansen, s c h r i j v e n , m u s i c e r e n ... Het autornatenverhaal k r i j g t een wat meer e r n s t i g e wending rond h e t b e g i n van de n e g e n t i e n d e eeuw,. a l s a u t o m a t i s c h e weefgetouwen en s p i n m a c h i n e s hun i n t r e d e doen. Vanaf deze t i j d - we z i j n v o l o p i n de industriële r e v o l u t i e w a a r b i j a r t i s a n a l e a r b e i d v e r v a n g e n wordt door m a c h i n e - a r b e i d worden i n s t e e d s meer t o e p a s s i n g e n a u t o m a t i s c h e machines g e b r u i k t . Het i s p r e c i e s omdat h e t k a r a k t e r v a n h e t p r o d u k t i e p r o c e s , van s t u k w e r k n a a r m a s s a p r o d u k t i e , v e r a n d e r t d a t e r een g r o e i e n d e b e l a n g s t e l l i n g o n t s t a a t v o o r automaten. In 'De N a t u u r ' van 1895 t r e f f e n we een a r t i k e l . a a n w a a r i n de a u t e u r z i j n b e k l a g doet over de v e l e verkoopsautomaten (weegautomaten, chocol a d e a u t o m a t e n , drankautomaten ) . De a u t e u r merkt op d a t '... a l s h e t zo d o o r g a a t z a l h e t n i e t l a n g meer duren of a l l e k u n s t e n en ambachten z u l l e n door t o e s t e l l e n worden v e r r i c h t , d i e tegen b e t a l i n g van een g r o t e r o f k l e i n e r muntstuk v o o r i e d e r e e n k l a a r s t a a n . Wanneer h e t eenmaal zover gekomen i s z u l l e n e r a l l e e n nog mensenhanden n o d i g z i j n om automaten te v e r v a a r d i g e n , t e n z i j e r weer automaten worden u i t g e d a c h t d i e ook d i t werk kunnen v e r r i c h t e n '. Z o a l s u z i e t , e r i s w e i n i g nieuws onder de zon. Rond 1950 doen de e e r s t e industriële r o b o t s , d.w.z. a u t o m a t i s c h e machines d i e v o o r meerdere d o e l e n g e b r u i k t en aangepast kunnen worden hun i n t r e d e onder de vorm van ' p i c k - a n d - p l a c e ' - m a c h i n e s . I n h e t b e g i n van de j a r e n '60 b e g i n t h e t g e b r u i k van programmeerbare mechanische geheugens ('nokken') z i j n i n t r e d e te doen. Rond 1970 v e r s c h i j n e n . d e e e r s t e computerbestuurde r o b o t s op de markt. De o n t w i k k e l i n g van de hedendaagse industriële r o b o t - d i e v e e l a l h e t u i t z i c h t h e e f t van een f l e x i b e l e beweegbare arm - i s v e r s n e l d door de b i j d r a g e u i t een a a n t a l t e c h n i s c h e s p e c i a l i s a t i e s : 1. de a f s t a n d s b e d i e n i n g d i e n o o d z a k e l i j k was v o o r de m a n i p u l a t i e van radioaktief materiaal 2. de numeriek b e s t u u r d e machines z o a l s d r a a i b a n k e n en f r e e s m a c h i n e s 3. de o n t w i k k e l i n g v a n d i g i t a l e computers en de s n e l l e v l u c h t e r v a n d a n k z i j de m i c r o - e l e k t r o n i c a .

- 37 -

BIJLAGE

12

3. De industriële robot Z o a l s i n de i n l e i d i n g reeds opgemerkt werd, h e e f t de term ' r o b o t ' een dubbele b e t e k e n i s . E n e r z i j d s i s h e t een u n i v e r s e l e programmeerbare p r o d u k t i e m a c h i n e , en a n d e r z i j d s i s h e t een k u n s t m a t i g e mens. We gaan nu wat aandacht schenken aan de industriële r o b o t . A f h a n k e l i j k van de g e b r u i k t e t e c h n o l o g i e kunnen we v e r s c h i l l e n d e i n 'generaties' onderscheiden: 1-ste g e n e r a t i e Robots van de e e r s t e g e n e r a t i e hebben m e e s t a l h e t u i t z i c h t v a n een beweegbare arm. D e r g e l i j k e r o b o t s worden i n h e t algemeen t o e g e p a s t i n nauwe samenhang met t r a n s p o r t b a n d e n , c o n s t r u c t i e - en assemblage l i j n e n . De r o b o t v e r z o r g t m e e s t a l de aan- en a f v o e r en de p o s i t i o n e r i n g van de w e r k s t u k k e n . De werkomgeving v a n de r o b o t i s v o l l e d i g g e d e f i n i e e r d : de u i t gevoerde bewerkingen s p e l e n z i c h af i n een z i c h n i e t w i j z i g e n d e omgeving en worden v o o r t d u r e n d volkomen h e r h a a l d . De r o b o t i s n i e t u i t g e r u s t met s e n s o r s en h e e f t geen t e r u g k o p pelmechanismen. De opbouw v a n zo'n r o b o t i s i n r p i n c i p e eenvoudig en r e c h t lijnig: - De r o b o t b e s t a a t u i t een m a n i p u l a t o r ('de r o b o t a r m ' ) . De m o g e l i j k h e d e n van de m a n i p u l a t o r worden h o o f d z a k e l i j k b e p a a l d door h e t a a n t a l assen of v r i j h e i d s g r a d e n . De v r i j h e i d s g r a d e n b e p a l e n h e t werkgebied v a n de r o b o t ( c i l i n d r i s c h , s f e r i s c h . . . ) . - Op h e t u i t e i n d e van de m a n i p u l a t o r i s v e e l a l een e f f e c t o r o f g r i j p e r gemonteerd. Op een m a n i p u l a t o r a r m kunnen m e e s t a l v e r s c h i l l e n d e g r i j p e r s worden gemonteerd, a f h a n k e l i j k v a n de te v e r r i c h t e n bewerkingen. - De a a n d r i j v i n g ( a k t u a t o r ) v a n de r o b o t a r m z o r g t v o o r de u i t te v o e r e n bewegingen. Het g a a t h i e r m e e s t a l om h y d r a u l i s c h e of pneumatische systemen. E l e k t r o m o t o r e n a l s a a n d r i j v i n g komen minder v o o r . I n h e t g e v a l v a n e l e k t r i s c h e a a n d r i j v i n g wordt e r v r i j w e l s t e e d s g e b r u i k gemaakt v a n stappenmotoren, die eenvoudiger te besturen z i j n . - Een c o n t r o l l e r z o r g t v o o r de b e s t u r i n g v a n de b e w e r k i n g s c y c l u s , en v e r z o r g t de s y n c r o n i s a t i e en de a a n p a s s i n g aan h e t lopende p r o d u k t i e p r o c e s . Robots v a n de e e r s t e g e n e r a t i e z i j n u i t g e r u s t met eenvoudige b e s t u r i n g s mechanismen: vaak z i j n e r a l l e e n maar e i n d s c h a k e l a a r s aanwezig d i e de beweging v a n de m a n i p u l a t o r b e g r e n z e n , en d i e v e r s t e l b a a r z i j n . De bewegingen v e r l o p e n t u s s e n de e i n d s c h a k e l a a r s zonder v e r d e r e c o n t r o l e . V e r d e r i s de v o l g o r d e van de bewerkingen en de t i m i n g e r v a n i n s t e l b a a r . B i j de e e r s t e g e n e r a t i e r o b o t s t r e f f e n we vaak 'mechanische' c o n t r o l l e r s aan (opgebouwd u i t r o n d d r a a i e n d e n o k k e n s c h a k e l a a r s z o a l s i n een wasautomaat) . De i n s t e l b a a r h e i d van s c h a k e l a a r s , w e r k i n g s v o l g o r d e en t i m i n g vormt h e t v e r s c h i l t u s s e n de ' r o b o t ' en een gewone ' a u t o m a t i s c h e ' p r o d u k t i e m a c h i n e .

- 38 -

BIJLAGE

12

2- de g e n e r a t i e De tweede g e n e r a t i e r o b o t s worden i n h e t algemeen t o e g e p a s t b i j de montage v a n b o u w p a k k e t - a c h t i g e produkten. Het z i j n deze r o b o t s d i e we vaak i n de a u t o m o b i e l i n d u s t r i e aantreffen. Hoewel op h e t e e r s t e g e z i c h t h e t v e r s c h i l met de e e r s t e gener a t i e r o b o t n i e t g r o o t i s (we z i e n op de d i a i n wezen d e z e l f d e m a n i p u l a t o r en e f f e c t o r ) , i s e r t o c h een d u i d e l i j k o n d e r s c h e i d i n bouw en w e r k i n g : De r o b o t i s nu u i t g e r u s t met een c o n t r o l l e r met geheugen, en een s e r v o b e s t u r i n g . I n deze t o e p a s s i n g e n i s de werkomgeving van de r o b o t vaak n i e t v o l l e d i g g e d e f i n i e e r d : de p o s i t i e en de oriëntatie v a n h e t w e r k s t u k kunnen e n i g s z i n s variëren. Om t e kunnen i n s p e l e n op de k l e i n e a f w i j k i n g e n i n de werkomgeving i s de r o b o t v o o r z i e n van eenvoudige s e n s o r s en terugkoppelmechanismen. De bewegingen v a n de m a n i p u l a t o r rond de v e r s c h i l l e n d e assen i s b e s t u u r b a a r . We kennen p u n t - t o t - p u n t - b e s t u r i n g e n , w a a r b i j de coördinaten van de v e r s c h i l l e n d e b e g i n - en e i n d p u n t e n v a n de bewegingen i n h e t geheugen opgeslagen l i g g e n , en de v l o e i ende-kromme-besturing. De e f f e c t o r v o e r t i n d i t g e v a l een v l o e i e n d e k r o m l i j n i g e beweging u i t zonder g r o t e v e r s n e l l i n g e n of v e r t r a g i n g e n . B i j de e e r s t e g e n e r a t i e r o b o t s b e s t a a t 'het programmeren' v a n de r o b o t u i t h e t i n s t e l l e n v a n de e i n s c h a k e l a a r l a n g s de b e w e g i n g s a s s e n , en h e t ( m e e s t a l mechanisch) v a s t l e g g e n v a n de bewegingssequens. B i j de tweede g e n e r a t i e r o b o t s i s h e t m o g e l i j k om de h a n d e l i n gen t i j d e n s de programmeerfase 'voor t e doen'. De r o b o t l e e r t dan de sequens van b e w e r k i n g e n d i e h i j s t e e d s opnieuw z a l moeten u i t v o e r e n . 3- de g e n e r a t i e B i j de derde g e n e r a t i e r o b o t s i s de c o n t r o l l e r een m i c r o / m i n i computer. De r o b o t b e z i t een zekere mate van i n t e l l i g e n t i e , en k a n de u i t t e v o e r e n bewerkingen o p t i m a l i s e r e n . Een derde g e n e r a t i e r o b o t i s v o o r z i e n v a n g e s o f i s t i c e e r d e s e n s o r s . Zo kunnen b i j v o o r b e e l d aanwezig z i j n : - p o s i t i e , s n e l h e i d s - en k r a c h t s e n s o r s t e n behoeve v a n de p o s i t i e en de s n e l h e i d s r e g e l i n g v a n de m a n i p u l a t o r . D i t z i j n vaak p o t e n t i o m e t e r s , tachometers o f p u l s g e n e r a t o r e n , d i e mechanisch met de v e r s c h i l l e n d e a s s e n z i j n verbonden. I n h e t g e v a l van p o t e n t i o m e t e r s en tachometers wordt h e t s i g n a a l v i a een A/D omzetter t o e g a n k e l i j k gemaakt v o o r de computer. \ De s n e l h e i d en de v e r s n e l l i n g k a n door differentiëren u i t de stroom van p o s i t i e g e g e v e n s worden v e r k r e g e n . - k r a c h t s e n s o r s v o o r h e t meten v a n de k r a c h t e n en momenten d i e op de m a n i p u l a t o r o f de e f f e c t o r inwerken. De meest g e b r u i k t e krachtopnemers z i j n p i e z o - e l e k t r i s c h e opnemers en r e k s t r o o k j e s . Ook h i e r w o r d t h e t s i g n a a l v o o r de computer t o e g a n k e l i j k gemaakt met behulp van een A/D o m z e t t e r .

BIJLAGE

12

- o p t i s c h e sensors om de l o k a l i s a t i e en de oriëntatie v a n de w e r k s t u k k e n t e b e p a l e n i n h e t coördinatiesysteem v a n de robot. A f h a n k e l i j k v a n de t o e p a s s i n g z i j n v e r s c h i l l e n d e b e e l d acquisitiesystemen bruikbaar: • L i c h t s l u i z e n opgebouwd u i t l e d / f o t o d i o d e - c o m b i n a t i e s kunnen g e b r u i k t worden om aan een b e e l d p u n t de waarde l i c h t / donker t o e t e kennen. Hiermee k a n de aanwezigheid o f de a f w e z i g h e i d v a n voorwerpen worden g e s i g n a l e e r d . • L i n e a i r e camera's bestaande u i t een r i j op k o r t e a f s t a n d van e l k a a r g e p l a a t s t e f o t o d i o d e n , kunnen g e b r u i k t worden om de p o s i t i o n e r i n g v a n een voorwerp t e b e p a l e n . • M a t r i x c a m e r a ' s bestaande u i t een twee-dimensionaal r o o s t e r v a n f o t o d i o d e n kunnen g e b r u i k t worden om twee-dimens i o n a l e beelden te d i g i t a l i s e r e n . De c o n s t r u c t i e v a n m a t r i x c a m e r a ' s i s s t e r k v e r e e n v o u d i g d s e d e r t de i n t r o d u k t i e v a n f o t o - d i o d e - a r r a y s op een c h i p . Een i n d r u k v a n de p r e s t a t i e s en de m o g e l i j k h e d e n v a n de .. derde g e n e r a t i e r o b o t s k r i j g t u door de s p e c i f i c a t i e s v a n de PUMA r o b o t s v a n de f i r m a UNIMATE t e b e k i j k e n . I n een derde g e n e r a t i e r o b o t wordt een a a n z i e n l i j k e h o e v e e l h e i d rekenwerk u i t g e v o e r d t e n behoeve v a n de b e s t u r i n g . De c o n t r o l l e r b e s t a a t daarom soms u i t een m i n i c o m p u t e r waaraan een a a n t a l microcomputers met e l k een s p e c i f i e k e taak z i j n verbonden. Een goed v o o r b e e l d h i e r v a n vormt de b e s t u r i n g s h a r d w a r e v a n de PUMA. Om de programmering v a n een d e r g e l i j k e r o b o t m o g e l i j k t e maken i s een programmeeromgeving n o d i g . De minicomputer wordt daarom v o o r z i e n v a n een t e r m i n a l en een e x t e r n geheugen ( f l o p p y d i s k o f t a p e ) . Tot de programmeeromgeving b e h o o r t tevens een v o l l e d i g s o f t w a r e p a k k e t bestaande u i t een aan de r o b o t aangepaste programmeertaal (VAL o f V a r i a b l e Assembly Language), een e d i t o r , en een i n t e r p r e t e r .

4. De homo-Cde robot A l s we h e t voorgaande overschouwen r i j s t b i j n a v a n z e l f s p r e k e n d de v r a a g waar de grenzen l i g g e n . I s h e t m o g e l i j k een r o b o t t e bouwen d i e d e z e l f d e complexe h a n d e l i n g e n k a n v e r r i c h t e n a l s een mens, en d i e met d e z e l f d e s o e p e l h e i d k a n i n s p e l e n op een z i c h w i j z i g e n d e omgeving? I s h e t m o g e l i j k computersystemen t e bouwen d i e k u n s t m a t i g i n t e l l i g e n t gedrag vertonen? L a t e n we e e r s t eens een v e r g e l i j k i n g maken t u s s e n de mens, opgevat a l s een s o o r t ' b i o l o g i s c h e machine' en een r o b o t .

- 40 -

BIJLAGE

12

aspekt

mens-machine

robot

energievoorziening

biochemisch

elektrisch

manipulator

armen en benen

armen en benen

effector

handen

grijper

sensors

extern: g e l u i d , l i c h t , smaak en r e u k , druk ( t a s t z i n ) intern: p o s i t i e , k r a c h t en snelheid (...)

g e l u i d , l i c h t , chemische d e t e c t o r s , druk

+ autonoom

(nucleair?)

p o s i t i e , kracht snelheid

en

zenuwstelsel

aandrijving

spieren

stappenmotoren pneumatis c h / h y d r a u l i s che inrichtingen

controller

zenuws t e l s t e l / h e r s e n e n

netwerk van

bes t u r i n g s s o f tware

z e l f m o d i f i c e r e n d e kode? ???????

?

processoren

Z o l a n g we ons bewegen op h e t v l a k van de mechanische o n d e r d e l e n en de a a n d r i j v i n g l i j k t h e t t e c h n o l o g i s c h h a a l b a a r om een k u n s t m a t i g e mens te bouwen. Het ontwerpen van s e n s o r e n d i e v e r g e l i j k b a a r z i j n qua g e v o e l i g h e i d en r e s o l u t i e met de m e n s e l i j k e z i n t u i g e n i s a l wat m o e i l i j k e r , maar m i s s c h i e n wel h a a l b a a r . De problemen l i g g e n v o o r a l op h e t gebied van de c o n t r o l l e r en de b e s t u ringssoftware. I n de m e n s e l i j k e h e r s e n e n v i n d e n zeer v e e l v e r s c h i l l e n d e b e w e r k i n g e n t e g e l i j k e r t i j d p l a a t s op zeer v e e l p l a a t s e n . E l k s e n s o r i s c h - m o t o r i s c h systeem b e s c h i k t o v e r z i j n e i g e n r e k e n c a p a c i t e i t . E l k neuron i n de h e r s e n e n i s een r e k e n e e n h e i d . E l k g e d e e l t e van de c o r t e x g e d r a a g t z i c h a l s een computermodule d i e complexe bewerkingen op z i j n i n p u t v a r i a b e l e n kan u i t v o e r e n . De h e r s e n e n z i j n n i e t te v e r g e l i j k e n met 1 computer, maar vormen een netwerk van v e l e m i l j o e n e n c o m p u t e r c e n t r a . E l k r e k e n centrum b e s c h i k t over z i j n e i g e n i n p u t en zendt z i j n o u t p u t n a a r andere r e k e n c e n t r a i n h e t hetwerk. A l s we de h e r s e n e n v e r g e l i j k e n met moderne d i g i t a l e computers, dan z i j n de h e r s e n r e k e n c e n t r a t r a a g , maar omdat z o v e e l bewerkingen g e l i j k t i j d i g v e r l o p e n , o v e r t r e f f e n de p r e s t a t i e s van de h e r s e n e n d i e van e l k comput e r s y s t e e m t o t op heden gebouwd. De c o m p l e x i t e i t van de b e s t u r i n g s s o f t w a r e van een homoïde r o b o t w i l i k u- demonstreren aan de hand van een paar s p e c i f i e k e problemen: S t e l d a t we aan een r o b o t de o p d r a c h t w i l l e n geven een b e p a a l de k r a n t te gaan kopen i n het w i n k e l c e n t r u m . Een g e d e t a i l l e e r d onderzoek van onze e i g e n e r v a r i n g e n t e r zake i l l u s t r e e r t de c o m p l e x i t e i t van de b e s t u r i n g s s o f t w a r e d i e hiervoor nodig i s . V o o r e e r s t moeten we opmerken d a t e l k e taak b e s c h r e v e n worden door een hiërarchie van b e s c h r i j v i n g s n i v e a u s .

kan

- 41 -

BIJLAGE

Op h e t hoogste b e s c h r . i j v i n g s n i v e a u l u i d t de

12

opdracht:

- koop een k r a n t Een tweede b e s c h r i j v i n g s n i v e a u van d e z e l f d e taak i s : - r i j d naar h e t w i n k e l c e n t r u m

-

- p a r k e e r de auto - zoek een k r a n t e n w i n k e l - koop een k r a n t - zoek de weg

t e r u g . n a a r de auto -

- v e r l a a t het winkelcentrum Op h e t derde hiërarchische n i v e a u kan e l k van de h i e r b o v e n opgesomde a k t i v i t e i t e n opgebroken worden i n een r e e k s eenvoud i g e r opdrachten: - zoek een k r a n t e n w i n k e l - i s i d e n t i e k

aan

- s t a p u i t de auto - s l u i t de auto af - zoek de toegang

t o t het winkelcentrum

-

- loop door de s t r a t e n - v i n d de k r a n t e n w i n k e l Op een v i e r d e n i v e a u kan e l k van de genoemde o p d r a c h t e n i n nog meer g e d e t a i l l e e r d e i n s t r u c t i e s worden ontbonden: - s t a p u i t de auto - i s i d e n t i e k - g r i j p de deurhendel - druk de deurhendel

aan

-

- druk tegen de deur - t i l l i n k e r b e e n u i t de auto - draai lichaam l i n k s - t i l r e c h t e r b e e n u i t de auto - sta recht - stap v o o r u i t Nu kan opnieuw e l k n i v e a u worden v e r f i j n d . Op h e t 5-de b e s c h r i j v i n g s n i v e a u v a l t e l k e o p d r a c h t u i t e e n i n de o p e e n v o l gende bewegingen d i e de armen en de benen moeten u i t v o e r e n . Op h e t zesde b e s c h r i j v i n g s n i v e a u v a l t e l k e o p d r a c h t u i t h e t v i j f d e n i v e a u u i t e e n i n een r e e k s van p o s i t i e s en s n e l h e d e n van e l k van de l e d e n van de benen en armen, en i n een opeenv o l g i n g van k r a c h t e n d i e de s p i e r e n moeten u i t o e f e n e n . Twee v a s t s t e l l i n g e n v o l g e n u i t d i t v o o r b e e l d : 1. Op een hoger hiërarchisch n i v e a u z i j n de b e s c h r i j v i n g e n n a u w e l i j k s a f h a n k e l i j k van de omgeving. Op een l a g e r hiërarchisch n i v e a u hangt de u i t v o e r i n g van de d e e l taken steeds meer af van de voorwaarden d i e i n een s p e c i f i e k e

- 42 -

BIJLAGE

12

omgeving h e e r s e n . 2. De d e e l t a k e n s t a a n e c h t e r s t e e d s minder d o e l van de taak i n u i t v o e r i n g .

i n verband met h e t g l o b a l e

Een v o o r b e e l d kan d a t d u i d e l i j k maken: De o p d r a c h t - koop een k r a n t - i s i n p r i n c i p e t o e p a s b a a r op e l k e omgev i n g w a a r i n een k r a n t e n w i n k e l aanwezig i s . De o p r a c h t - wandel door de s t r a t e n - v e r e i s t een g r o t e h o e v e e l h e i d v i s u e l e i n f o r m a t i e omtrent de p o s i t i e van s t o e p e n , bewegende mensen (en honden), de p l a a t s van h i n d e r n i s s e n Wat i k u d u i d e l i j k w i l maken i s d a t n a a s t b e s t u r i n g s s o f t w a r e ook nog een g e s o f i s t i c e e r d systeem van p a t r o o n h e r k e n n i n g v e r e i s t i s . Om een d e r g e l i j k systeem van p a t r o o n h e r k e n n i n g m o g e l i j k te maken i s een zeer u i t g e b r e i d geheugen n o o d z a k e l i j k . Daarenboven moeten we b e s c h i k k e n o v e r a l g o r i t m e n waarmee we s n e l i n f o r m a t i e i n d a t geheugen kunnen opzoeken. Het probleem van p a t r o o n h e r k e n n i n g i s u i t e r a a r d n i e t b e p e r k t t o t h e t v i s u e e l systeem. Het g e b r u i k van t a a l b i j v o o r b e e l d i s v o o r een g r o o t d e e l gebaseerd op p a t r o o n h e r k e n n i n g i n h e t a u d i t i e f systeem.

5. Tot

slot

Of h e t o o i t m o g e l i j k z a l z i j n d e r g e l i j k e systemen t e ontwerpen en te bouwen weet i k n i e t . Op d i t g e b i e d wordt momenteel v e e l onderzoek gedaan. De o n t w i k k e l i n g e n op g e b i e d van de k u n s t m a t i g e i n t e l l i g e n t i e z i j n veelbelovend. Het i s i n e l k g e v a l zo dat de r o b o t s i n h e t d a g e l i j k s l e v e n een p l a a t s verworven hebben, en d a t ze e r een n u t t i g e f u n k t i e kunnen v e r v u l l e n . De p r e s t a t i e s en de m o g e l i j k h e d e n van onze r o b o t s y s t e m e n nemen s n e l t o e , zodat te verwachten v a l t d a t r o b o t s i n s t a a t z u l l e n z i j n machines en p r o d u k t i e p r o c e s s e n gedurende l a n g e r e t i j d te b e s t u r e n zonder t u s s e n komst van mensenhanden.. N a a s t f i l o s o f i s c h e v r a g e n d i e deze o n t w i k k e l i n g o p r o e p t , z o a l s de v r a a g of h e t o o i t m o g e l i j k z a l z i j n om m e n s e l i j k e i n t e l l i g e n t i e i n s i l i c i u m te s i m u l e r e n , r i j z e n v r a g e n op over de e f f e c t e n van deze o n t w i k k e l i n g óp ons economisch en s o c i a a l b e s t e l .

Literatuur A l b u s , J.S.

Brains, Behaviour, Robotics Pe-terborough, Byte Books

Blume, C. e.a.

A u t o m a t i s e r e n met Robots D e v e n t e r , Kluwer T e c h n i s c h e Boeken

Boden, M.

A r t i f i c i a l I n t e l l i g e n c e and N a t u r a l Man New Y o r k , B a s i c Books, 1977

Reihardt, J .

Robots: F a c t , F i c t i o n and P r e d i c t i o n New Y o r k , P i n g u i n Books, 1978

Tanner, W.

I n d u s t r i a l Robots: V o l J , Fundamentals V o l 2, A p p l i c a t i o n s Dearborn MI, S o c i e t y of M a n u f a c t u r i n g E n g i n e e r s ,

Winston, P.H.

A r t i f i c i a l Intelligence R e a d i n g , Addison-Wesley,

1977

1978

TT

- 43 -

BIJLAGE

13

De d i e n s t W e t e n s c h a p s v o o r l i c h t i n g h e e f t ons b e v e s t i g d d a t z i j gaarne b e r e i d z i j n i n f o r m a t i e t e l e v e r e n . Op onze v r a a g geven z i j a l s antwoord:

In antwoord op uw vraag s t u u r i k u h i e r b i j i n f o r m a t i e m a t e r i a a l over m i c r o - e l e k t r o n i k a en samenleving. Het i s m a t e r i a a l van p o p u l a i r - w e t e n s c h a p p e l i j k e aard, afkomstig u i t kranten en t i j d schriften. Hoewel i s het wijzen kunnen

w i j z e l f geen v a k t e c h n i s c h e i n f o r m a t i e kunnen v e r s t r e k k e n , ons wel m o g e l i j k naar a a n l e i d i n g van vragen door t e v e r naar i n s t e l l i n g e n en personen d i e d e r g e l i j k e i n f o r m a t i e wel geven.

Wat ons b e t r e f t kan de D i e n s t genoemd worden i n de l e r a r e n h a n d l e i d i n g met de volgende mogelijkheden: - toezending van m a t e r i a a l ( z i e bijgaande i n f o r m a t i e ) - inzage i n a r t i k e l e n , rapporten, brochures en boeken op onze a f d e l i n g documentatie - t e l e f o n i s c h e v e r w i j z i n g naar adressen waar i n f o r m a t i e verkregen kan worden.

Het t o e g e s t u u r d e i n f o r m a t i e m a t e r i a a l i s zeer de moeite waard. W i j o n t vingen pakketjes over: - industriële a u t o m a t i s e r i n g en r o b o t s - microlelektronica - computers - computers en o n d e r w i j s - s o f t w a r e en p r o g r a m m e e r t a l e n - telecommunicatie - kantoorautomatisering ......

'

'

'

Informatie óver biotechnologie ;t%PNA-recc*nbinatie. en maatschappelijke gevolgen .var> ^ ;:.mfcro^lèktronikai,.. •..../,•>..-../.•. i . : - . ' Met'vragen over deze.drie onderwerpen en voor materiaal voor \ scriptie of werkstuk kunt u terecht bij de • Dienst Wetenschapsvoorlichting. „ , • _ NJZ. Voorburgwal 120 1012 SH Amsterdam ;

r

:

1

; > V f e l i (020) 23 23 04

Directe beantwoording van vragen en snelle toezending van Wnformatiemateriaal. Vermeldt bij.uw vraag s.v.p. deze ' ' " advertentie. • - ; •* . ' •• .;?> '.- ; • : Dienst Wetenschapsvoorlichting ;

;

:

- 44 -

BIJLAGE

Het

14

r a p p o r t van de adviesgroep m i c r o - e l e k t r o n i c a (Rathenau)

Uitgangspunten: - Tn Nederland goed o n t w i k k e l d t e c h n i s c h en w e t e n s c h a p p e l i j k onderwijs - M i c r o - e l e k t r o n i s c h e t e c h n o l o g i e w e i n i c b e l a s t e n d voor het m i l i e u - I n Nederland z i t P h i l i p s , en P h i l i p s i s goed t h u i s i n de m i c r o - e l e k t r . - De o v e r h e i d moet een a k t i e v e r o l spelen i n de t e c h n o l o g i s c h e o n t w i k k e l i n g e n , en dus s t i m u l e r e n d e en remmende b e l e i d s i n s t r u m e n t e n o n t w i k kelen - Kenmerken van m i k r o - e l e k t r o n ! k a z i j n : - k l e i n , geïntegreerd,in g r o t e o p l a g e n v e r v a a r d i g d , algemeen toepasbaar, geen dure g r o n d s t o f f e n , w e i n i g e n e r g i e n o d i g , goed voor m i l i e u . - Nederland z a l z i c h m.u.v. P h i l i p s (een g r o t e h a l f g e l e i d e r i n d u s t r i e ) moeten r i c h t e n op v e r n i e u w i n g en k w a l i t e i t s v e b e t e r i n g van bestaande p r o d u k t e n . Deskundigheid op systeemanalyse, ontwerptechnieken, en s o f t w a r e - o n t w i k k e l i n g t e k l e i n . - s t i c h t e n van centrum voor deskundigheid en ontwerp van m i c r o - e l e k t r o n i k a - Mikro-elektronika l e i d t tot - geavanceerde, k w a l i t a t i e f b e t e r e , betrouwbaardere produkten - veranderingen i n het werk - v e r l i e s van a r b e i d s p l a a t s e n - O n d e r w i j s i s een b e l a n g r i j k s t u r i n g s i n s t r u m e n t van de o v e r h e i d Mikro E l e k t r o n i k a - I n de VS de d i g i t a l e IC meer o n t w i k k e l d , i n Europa de analoge. Japan d r e i g t beide t e overschaduwen. De d i g i t a l e IC h e e f t na een a c h t e r s t a n d de meeste toekomst. Redens een a a n / u i t s i g n a a l h e e f t n i e t zo gauw l a s t van vervorming o f r u i s a l s een analoog s i g n a a l - Moore's wet: het a a n t a l componenten per s c h a k e l i n g verdubbelt i e d e r j a a r (1977: 10exp5: 1980: 10exp6 ; 1985: 10exp 7 comp/chip) - Materiaal: - h u i d i g e z u i v e r h e i d s g r a a d : 1:10 verontreinigingen - behalve Ge en S i ook GaAs i n onderzoek:grotere b e w e e g l i j k h e i d , alsmede supergeleidende metalen bij z e e r lage temperaturen (Josephson j u n c t i o n ) - P o t o - l i t h o g r a f i s c h vervaardigingsproces: - S i - p l a k ( n o f p ) ; bij 1000°C o . i . v H2O o f 02 oxLdelaag e r o v e r ; bedekken met l i c h t g e v o e l i g e l a k d i e bestand i s tegen e t s s t o f ; masker; b e l i c h t e n ; b e l i c h t e opp l a k l a a g weg, o x i d e weg; r e s t l a k l a a g weg; d o t e r i n g bij hoge temp v i a g a s d i f f u s i e o f bij l a g e temp e l e k t r i s c h i n g e s c h o t e n , i o n e n - i m p a n t a t i e , met a l s d o e l de d o t e r i n g t e veranderen p-n o f n-p» A l opdampen; met maskers en e t s e n o v e r b o d i g A l weg, v e r b i n d i n g s l i j n e n over. - proces h e r h a l e n voor i n g e w i k k e l d e r s t r u k t u r e n - d e t a i l s orde g r o o t t e mikrometer, geheel orde g r o o t t e mm . - t e c h n i e k e n i n o n t w i k r - l i n g , dure apparatuur, vaak na k o r t e t i j d t e vervangen door nog duurdere apparatuur. Bijv p l a k d i a m e t e r : i n 1970: 5cm, 1980: 10 cm hoger rendement, maar v e e l app.verv.: u i t r i c h t - , b e l i c h t i n g s - , o v e n s en e t s a p p a r a t u u r . - Cel: - B i p o l a i r e t r a n s i s t o r / I C : hogere s c h a k e l s n e l h e i d , complexer dus meer procesgangen n o d i g . V o o r a l toegepast i n consumentengoederen -MOS (HetalOxideSemiconductor): t r a g e r , eenvoudiger, v o o r a l toegepast i n geheugens vanwege hoge b e r e i k b a r e i n t e g r a t i e g r a a d - Zowel bij b i p o l a i r e a l s KOS z i j n v e r s c h i l l e n d e u i t v o e r i n g e n met v e r s c h i l l e n i n s n e l h e i d , p a k k i n g s d i c h t h e i d en warmte-ontwikkeling. 1 0

2

- 45 -

BIJLAGE

14

IC (Integrated Circuit) - Ontwerpen ingewikkeld, CAD (Computer Aided Design) - Simuleren en toetsen op juiste logische en elektronische werking ook door CAD - Voorbeelden: geheugens van microprocessors, CODEC (codeer en decodeercircuits voor telecomm), signal processors meet en regeltechn, - standaard IC's: voordeelgoedkoper te fabriceren, nadeel;moeten geprogrammeerd worden, kost ook geld. - dedicated IC's: voordeel: gespecialiseerd voor é"é"n doel, nadeel duur om te fabriceren. - mikroprocessor+geheugen IC'S = mikrokomputer - dedicated IC's + geheugen = onderdeel van medische-, garage-epp., TV spel, geleide projectielen. - koppeling van elektr. gedeelte met omgeving v i a transducers: signaal opnemers en -afgevers Conclusies - Beheersen van de totale a k t i v i t e i t vrijwel ondoenlijk - s p e c i a l i s a t i e : ' v e r t i k a a l ' : bijv alleen HOS technieken 'horizontaal': bijv maskers maken, assemblage, sof tware, - Nederland: l i e f s t i n - en uitvoerapparatuur, sensoren Grote systemen te riskant voor k l e i n land. Toepassingen Uikro-elektronika -mikro-elektronika kan z i j n mikroprocessor: a l l e bewerkingen stap voor stap, maar ook:-paralleluitvoeren van logische stappen - er i s nog weinig standaardisatie op het gebied van randapp en software. - robots: computergestuurde machinale hand, l i e f s t met sensoren als caméra "en tasters. Voordeel: flexibele automatisering mogelijk Gemakkelijk reprogrammerbaar, meer variatie i n produkten mogelijk dan bij de gewone starre automatisering. Robot inzetbaar tegen 3 arbeidsplaatsen, totaal 5 a. 10 duizend nu. Uiteindelijke verwachting: niet meer dan 5% v.d. industr.produktie. Ingrijpender invloed op werkgelegenheid i n administratieve en organisatorische sektor. Toepasbaar voor gevaarlijk en geestdodend werk. Kunstmatige i n t e l ligentie voorlopig alleen nog maar i n onderzoek en ingewikkeld. Computers en mik^o-el^ktronika - i n de produktie van mikro-elektronika veel gebruik van computers - i n 1969 mikroprocessor, een IC die geprogrammeerd moet worden v i a aparte geheugen IC's. (In 1840 ontwierp Babbage z i j n Analytical Machine die nooit gebouwd werd maar evenveel kan a l s een mikroprocessor en geheel u i t mechanische onderdelen bestond). - IC. s moeten net als software ontworpen worden. De software ontw. i s minder ver gevorderd De IC industrie - produktieprocessen nu volwassen, geen grote veranderingen verwacht - ontwerpen van produkten (mikroprocessoren, geheugen IC, ded.IC) nog aan het begin, veel vernieuwingen te verwachten - produktie-ontwerp-systemen: CAD,meet en testapp, maskers, enz nog i n groei. - De markt voor produktieprocessen i s gsschud: VS en Japan. 1