Введение

Контрольное устройство, прикрепленное к ткацким станкам. Машина Жаккарда (ʒakaʁ) – это устройство, устанавливаемое на ткацкий станок, которое упрощает процесс производства текстиля со сложными узорами, такими как брокат, дамаск и мательяссе. Комбинация ткацкого станка и машины Жаккарда называется жаккардовым ткацким станком. Машина была запатентована Жозефом Мари Жаккардом в 1804 году, основываясь на более ранних изобретениях французов Базиля Бушона (1725), Жана Батиста Фалькона (1728) и Жака Вокансона (1740). Управление машиной осуществлялось с помощью "цепочки карт" – ряда перфорированных карт, соединенных в непрерывную последовательность. На каждой карте пробивалось несколько рядов отверстий, при этом одна карта соответствовала одному ряду рисунка. Как процесс Жаккарда, так и необходимое приспособление для ткацкого станка получили название в честь своего изобретателя. Этот механизм, вероятно, является одним из важнейших нововведений в ткачестве, поскольку механизм подъема нитей по Жаккарду (Jacquard shedding) позволил автоматизировать производство неограниченного разнообразия сложных тканых узоров. Термин "жаккард" не относится к какому-либо конкретному типу ткацкого станка, а обозначает дополнительный механизм управления, автоматизирующий формирование узора. Этот процесс также может применяться для производства узорной трикотажной одежды и машинного вязания, например, джерси. Использование сменных перфокарт для управления последовательностью операций считается важным этапом в истории вычислительной техники и послужило вдохновением для создания аналитической машины Чарльза Бэббиджа.

История

Традиционно фигурные узоры создавались на жаккардовом станке с ручным управлением. Выбор нитей основы, которые нужно было поднимать, осуществлял второй рабочий – мальчик-помощник, а не ткач. Работа была медленной и трудоемкой, а сложность рисунка ограничивалась практическими факторами. Первый прототип станка, близкого к типу Жаккар, был создан во второй половине XV века итальянским ткачом из Калабрии Жаном Ле Калабра, которого Людовик XI пригласил в Лион. Он представил новый тип машины, способной обрабатывать нити быстрее и точнее. На протяжении многих лет станок постоянно совершенствовался. Усовершенствование ручного жаккардового станка произошло в 1725 году, когда Базиль Бушон внедрил принцип использования перфорированной бумажной ленты. Непрерывная лента бумаги пробивалась вручную по секциям, каждая из которых соответствовала одному подъему или продергиванию, а длина ленты определялась количеством проходов в каждом повторении рисунка. Машина Жаккарда развилась из этого подхода. Жозеф Мари Жаккар понял, что можно разработать механизм для создания сложных узоров. Он, возможно, объединил механические элементы других изобретателей, но, безусловно, проявил новаторство. Его машина была в целом похожа на конструкцию Вокансона, но он использовал отдельные картонные карточки Жан-Батиста Фалькона и его квадратную призму (или карточный "цилиндр"): ему приписывают полную перфорацию каждой из четырех сторон, заменив перфорированный "барабан" Вокансона. Машина Жаккарда содержала восемь рядов игл и стоек, в то время как у Вокансона был двойной ряд. Эта модификация позволила увеличить возможности станка по созданию сложных узоров. В своей первой машине он поддерживал ремиз шнурами с узлами, которые поднимал с помощью одной планки-ловушки. Одним из главных преимуществ машины Жаккар считалось то, что, в отличие от предыдущих станков для дамасского ткачества, где фигурный продерг обычно выполнялся один раз на каждые четыре прохода, с новым аппаратом его можно было выполнять на каждом проходе, что позволяло создавать ткань с более четким контуром рисунка. Изобретение Жаккар оказало глубокое влияние на Чарльза Бэббиджа. В связи с этим некоторые авторы считают его предшественником современных вычислительных технологий.

Принципы работы

На схеме карты соединены в непрерывную цепочку (1), которая проходит над квадратной коробкой. При каждом четвертом обороте новая карта представляется головке Жаккарда, что соответствует одному ряду (одному "выбору" шаттла, несущего уток). Коробка качается справа в показанное положение и прижимается к управляющим стержням (2). Там, где есть отверстие, стержень проходит сквозь карту и остается неподвижным, а если отверстия нет, стержень отодвигается влево. Каждый стержень воздействует на крючок (3). Когда стержень вдвинут, крючок смещается влево, а невдвинутый стержень оставляет крючок на месте. Затем под крючками поднимается балка (4), и крючки, находящиеся в исходном положении, поднимаются; крючки, которые были смещены, балкой не задеваются. К каждому крючку может быть прикреплено несколько нитей (5). Нити проходят через направляющую (6) и соединяются с их петлей (7) и возвратным грузом (8). Петли поднимают основу, создавая зеву, через который проходит шаттл, несущий уток. Ткацкий станок с головкой на 400 крючков может иметь четыре нити, соединенные с каждым крючком, что позволяет получить ткань шириной 1600 уточных нитей с четырьмя повторениями рисунка. Термин "жаккардовый ткацкий станок" несколько неточен. Именно "головка Жаккарда" адаптируется к большому количеству станков с жаккардовым механизмом, позволяя ткацкой машине создавать сложные узоры, часто встречающиеся в жаккардовом ткачестве. Ткацкие станки с жаккардовым приводом, хотя и относительно распространены в текстильной промышленности, не так широко используются, как станки с жаккардовым механизмом, которые обычно быстрее и намного дешевле в эксплуатации. Однако станки с жаккардовым механизмом не способны производить такое количество различных узоров из одной основы. Современные жаккардовые машины управляются компьютерами вместо первоначальных перфокарт и могут иметь тысячи крючков. Нанизывание нитей на жаккардовую машину – настолько трудоемкий процесс, что многие станки нанизывают нити только один раз. Последующие основы затем привязываются к существующей основе с помощью робота-завязывателя, который привязывает каждую новую нить по отдельности. Даже для небольшого станка с несколькими тысячами уточных нитей процесс перенанизывания может занять несколько дней.

Механические устройства Jacquard

Первоначально машины Jacquard были механическими, а рисунок ткани хранился в серии перфокарт, соединенных в непрерывную цепочку. Машины Jacquard часто были небольшими и независимо управляли лишь относительно небольшим количеством нитей основы. Это требовало нескольких повторений рисунка по ширине станка. Машины большей производительности или использование нескольких машин обеспечивали более точное управление, с меньшим количеством повторений, и, следовательно, позволяли ткать более крупные рисунки по всей ширине станка. Предприятие должно выбирать ткацкие станки и механизмы сброса нитей в соответствии со своими коммерческими потребностями. Как правило, чем выше требования к контролю нитей основы, тем выше затраты. Поэтому приобретение машин Jacquard нецелесообразно, если можно обойтись механизмом добби. Помимо капитальных вложений, машины Jacquard дороже в обслуживании из-за своей сложности и необходимости в высококвалифицированном персонале; для подготовки рисунков к ткацкому станку требуется дорогостоящая система проектирования и, возможно, машина для вырезания карт. Ткачество обходится дороже, поскольку механизмы Jacquard более склонны к образованию дефектов, чем механизмы добби или кулачковый сброс. Кроме того, станки работают медленнее, а время простоя увеличивается из-за необходимости замены непрерывной цепочки карт при смене рисунка. По этим причинам лучше всего ткать большие партии на механических машинах Jacquard.

Электротехнические машины Jacquard

В 1855 году француз адаптировал механизм Жаккарда к системе, управляемой электромагнитами. Это вызвало значительный интерес, но испытания оказались неудачными, и разработка вскоре была забыта. Компания Bonas Textile Machinery NV представила первый успешный электронный жаккард на выставке ITMA в Милане в 1983 году. Хотя изначально машины были небольшими, современные технологии позволили значительно увеличить производительность жаккардских машин, а управление каждой нитью основы может достигать более 10 000 нитей. Это позволяет избежать необходимости в повторах и симметричных узорах, обеспечивая практически безграничную универсальность. Компьютерное управление значительно сокращает время простоя, связанное со сменой перфокарт, что позволяет производить меньшие партии. Однако электронные жаккарды дороги и могут быть не нужны на фабриках, выпускающих большие партии и простые узоры. Более крупные машины, обеспечивающие управление каждой нитью основы, очень дороги и оправданы только там, где требуется высокая универсальность или необходимо выполнять очень специфические требования к дизайну. Например, они являются идеальным инструментом для расширения возможностей и универсальности узкоспециализированных ткачей льняного жаккарда, которые до сих пор работают в Европе и на Западе, в то время как большая часть крупносерийного производства тканей переехала в регионы с низкой стоимостью рабочей силы. К изделиям из льна, связанным с жаккардовым ткачеством, относятся льняные дамасские скатерти, ткани для одежды из жаккарда и дамасское постельное белье. Жаккардовое ткачество использует все виды волокон и их смесей и применяется в производстве тканей для различных целей. Жаккардовое ткачество также может использоваться для создания тканей с узорами "мателассе" или брокарда. Ведутся исследования по разработке многослойных и формованных изделий в качестве армирующих элементов для конструкций из композитных материалов.

Шелковый молитвенник

Вершиной производства с использованием жаккардового станка является молитвенник, сотканный из шелка. Книга называется "Livre de Prières" ("Книга молитв"). Создан по образцу иллюминаций рукописей XIV–XVI веков. Все 58 страниц молитвенника были выполнены из шелка, сотканного на жаккардовом станке черными и серыми нитями. Страницы украшены сложными бордюрами с текстом и изображениями святых. По оценкам, для кодирования страниц потребовалось от 200 000 до 500 000 перфокарт, при плотности 160 нитей на сантиметр (400 нитей на дюйм). Книга была выпущена в 1886 и 1887 годах в Лионе, Франция, и продемонстрирована публике на Всемирной выставке 1889 года. Дизайн разработал Р. П. Ж. Гервье, ткачество выполнил Ж. А. Генри, а издателем выступил А. Ру. На достижение точного результата ушло два года и около 50 попыток. По оценкам, было изготовлено от 50 до 60 экземпляров.

Значение в вычислительной технике

Глава Жаккарда использовала сменные перфокарты для управления последовательностью операций. Она считается важным шагом в истории вычислительной техники. Возможность изменять узор ткацкого станка, просто заменяя карты, стала важным концептуальным предшественником разработки компьютерного программирования и ввода данных. Чарльз Бэббидж был знаком с машинами Жаккарда и планировал использовать карты для хранения программ в своей аналитической машине. В конце XIX века Герман Холлерит развил идею использования перфокарт для хранения информации, создав перфокартовую табулирующую машину, которую он использовал для ввода данных при переписи населения США 1890 года. В первой половине XX века была создана крупная индустрия обработки данных, основанная на технологии перфокарт, в которой изначально доминировала корпорация International Business Machines (IBM) со своей линейкой оборудования для обработки отдельных записей. Карты использовались для данных, однако программирование осуществлялось с помощью коммутационных панелей. Некоторые ранние компьютеры, такие как IBM Automatic Sequence Controlled Calculator (Harvard Mark I) 1944 года, получали программные инструкции с перфорированной бумажной ленты, аналогичной цепочке карт Жаккарда. Позднее компьютеры выполняли программы из более быстрой памяти, хотя карты обычно использовались для загрузки программ в память. Перфокарты оставались в использовании в вычислительной технике вплоть до середины 1980-х годов.