Кубик Рубика

<час />

Фон

Кубик Рубика - это игрушечная головоломка, разработанная Эрно Рубиком в середине 1970-х годов. Это устройство в форме куба, состоящее из меньших кубиков с шестью гранями разного цвета. Основной метод производства включает литье под давлением различных компонентов с последующей сборкой, маркировкой и упаковкой. Куб был чрезвычайно популярен в 1980-х годах, и на пике своего развития между 1980 и 1983 годами по всему миру было продано 200 миллионов кубиков. Сегодня продажи по-прежнему составляют более 500 000 кубиков, продаваемых по всему миру каждый год.

Кубик Рубика состоит из 26 кубиков меньшего размера. В решенном состоянии он имеет шесть граней, каждая из которых состоит из девяти маленьких квадратных граней одного цвета. Хотя кажется, что все маленькие грани можно перемещать, на самом деле могут перемещаться только углы и края. Каждый центральный куб фиксирован и вращается только на месте. Когда куб разобран, можно увидеть, что каждый центральный куб соединен осями с внутренним ядром. Углы и края ни к чему не закреплены. Это позволяет им перемещаться по центральным кубам. Куб сохраняет свою форму, потому что углы и края удерживают друг друга на месте и удерживаются центральными кубами. Каждая деталь имеет внутренний язычок, который удерживается центральными кубиками и захватывается окружающими деталями. Эти выступы имеют форму, соответствующую изогнутой дорожке, образованной спинками других деталей. Центральные кубики фиксируются пружиной и заклепкой и удерживают все окружающие детали. Пружина оказывает необходимое давление, чтобы удерживать все детали на месте, обеспечивая при этом достаточную гибкость для плавной и щадящей функции.

История

Создатели головоломок веками создавали проблемы, которые нужно было решать людям. Некоторые из самых ранних головоломок относятся ко времени древних греков и римлян. У китайцев есть головоломка с кольцами, которая, как считается, была разработана во втором веке нашей эры . Впервые это описал итальянский математик Джироламо Каролано (Кардан) в 1550 году. Когда был изобретен печатный станок, были распространены полные книги математических и механических задач, разработанные специально для отдыха.

На основе этих ранних загадок и задач со словами естественным образом возникли игрушечные головоломки. В 1857 году ирландский математик сэр Уильям Гамильтон изобрел икозианскую головоломку. Примерно в 1870 году Сэм Ллойд представил знаменитую головоломку «15». В этой головоломке использовались числовые плитки, которые нужно было расположить по порядку, и она стала чрезвычайно популярной в начале двадцатого века. В 1883 году французский математик Эдуард Лукас создал головоломку «Ханойская башня». Эта головоломка состояла из трех колышков и нескольких дисков разного размера. Цель заключалась в том, чтобы установить диски на штифты в правильном порядке.

Существуют различные головоломки, в которых используются цветные квадратные плитки и цветные кубики. Некоторые ранние предшественники кубика Рубика включают такие устройства, как Katzenjammer и головоломка Mayblox. Головоломка Mayblox была создана британским математиком Перси МакМахоном в начале 1920-х годов. В 1960-х годах Паркер Ботерс представил еще одну игрушку-головоломку с кубиками под названием «Мгновенное безумие». Эта игрушка достигла умеренного уровня популярности в США. В начале 1970-х годов появилось устройство под названием Pyraminx, изобретенное Уве Меффертом. Эта игрушка представляла собой пирамиду с подвижными частями, которые должны были быть выстроены в линию по цвету.

Эрно Рубик, архитектор и профессор Будапештского университета, разработал первый рабочий прототип кубика Рубика в 1974 году. Он получил венгерский патент в 1975 году. Судя по всему, он был также независимо разработан Терутоши Ишиге, инженером из Японии, который получил патент Японии в 1976 году. Профессор Рубик создал куб в качестве учебного пособия для своих учеников, помогая им распознавать трехмерные пространственные отношения. Когда он показал ученикам рабочий прототип, он сразу же стал хитом.

В течение следующих нескольких лет Рубик работал с производителем, чтобы разрешить массовое производство куба. После трех лет разработки первые кубики появились на полках магазинов игрушек в Будапеште. Хотя куб оставался популярным в Hungry, политическая атмосфера того времени затрудняла его внедрение в Соединенных Штатах. Двумя людьми, которые больше всего ответственны за международный успех куба, были доктор Лаци Тибор и Том Кремер из Seven Towns Ltd., Лондон. Компания Seven Towns лицензировала изобретение кубика Рубика профессора Рубика для распространения по всему миру. Доктор Тибор работал в Hungry, чтобы убедить бюрократов разрешить этой технологии вывозить из страны. Кремер нашел производителя игрушек в США, компанию Ideal Toy, которая была готова помочь продвигать этот продукт. Продукт сразу же стал хитом, и в течение 1980-х было продано более 200 миллионов кубиков. Примерно в 1983 году бешеная популярность куба начала убывать, и продажи резко упали. Он оставался в мелкосерийном производстве до тех пор, пока Seven Towns не взяли на себя маркетинг и не передали лицензию на кубик Рубика компании Oddzon для рынка США в 1995 году. С тех пор продажи неуклонно росли до более чем 500 000 единиц в год.

Дизайн

Самая важная часть при изготовлении кубика Рубика - это разработка формы для различных деталей. Пресс-форма - это полость, вырезанная в стали, которая имеет форму, обратную форме детали, которую она будет производить. Когда жидкий пластик помещается в форму, он принимает форму формы, когда остывает. Создание формы очень точное. Полость тщательно отполирована, чтобы удалить любые дефекты на поверхности. Любой дефект будет воспроизведен на каждом из миллионов деталей, которые будет производить пресс-форма. При изготовлении кубических деталей обычно используется форма, состоящая из двух частей. Во время производства две части формы собираются вместе, чтобы сформировать пластиковую деталь, а затем открываются, чтобы освободить ее. Инструмент включает в себя выталкивающие штифты, которые освобождают отформованные детали от инструментов при открытии. Все детали формованы с помощью инструментов с автоматическим затвором, которые автоматически удаляют детали из литника при его выталкивании. Формы также производятся с небольшим конусом, называемым углом отсоединения, который помогает при снятии. Наконец, когда конструируются формы, они немного больше, чем детали, которые они в конечном итоге будут производить. Это связано с тем, что при остывании пластмассы сжимаются. Разные пластмассы будут иметь разную степень усадки, и каждый инструмент должен быть специально разработан для материала, который будет использоваться.

Коммерческий куб состоит из шести неподвижных кубов, восьми подвижных кубиков по углам и 12 подвижных кубов по краям. Каждый кубик одного из шести цветов. Кубик Рубика имеет красный, желтый, синий, зеленый, белый и оранжевый цвета. В решенном состоянии каждый цвет присутствует только на одной грани. Когда куб вращается, края и углы перемещаются, и куб становится замешанным. Задача головоломки - вернуть каждый кубик в исходное положение. Куб чрезвычайно сложен, потому что его немного больше 43 квинтиллионов (4,3 × 10 ¹⁹ ) возможные договоренности, и только одно решение.

Стандартный кубик Рубика имеет стороны примерно 2,2 дюйма (5,7 см) на квадрат. Также были произведены различные другие размеры, такие как мини-куб 1,5 дюйма (3,8 см), микрокуб на цепочке для ключей 0,8 дюйма (2 см) и гигантский куб 3,5 дюйма (9 см). В то время как стандартный куб представляет собой сегментацию 3 × 3 × 3, были также представлены другие типы. Некоторые из наиболее интересных включают куб 2 × 2 × 2, куб 4 × 4 × 4 (так называемый «Месть Рубика») и куб 5 × 5 × 5. Форма также была разнообразной, и головоломки в форме четырехгранника, пирамиды и восьмигранника относятся к числу типов, которые были произведены. Кубик Рубика также привел к развитию производных игр, таких как головоломка кубик Рубика и ластик для куба Rub it.

Сырье

Отдельные части, составляющие кубик Рубика, обычно производятся из пластика. Пластмассы - это высокомолекулярные материалы, которые можно производить с помощью различных химических реакций, называемых полимеризацией. Большинство пластиков, используемых в кубике Рубика, являются термопластами. Эти составы жесткие, прочные, и им можно постоянно придавать различные формы. Пластмассы, используемые в кубике Рубика, - это акрилонитрилбутадиенстирол (АБС) и нейлон. Другие пластмассы, которые могут быть использованы, включают полипропилен (PP), ударопрочный полистирол (HIPS) и полиэтилен высокой плотности (HDPE).

В декоративных целях в пластик обычно добавляют краситель. Кусочки кубика Рубика обычно черного цвета. Во время производства на внешнюю сторону куба наклеиваются цветные наклейки, обозначающие цвет стороны. Пластмассы, которые используются в производстве, поставляются производителю в виде гранул с наполнителем и красителями. Затем эти гранулы можно загружать непосредственно в формовочные машины.

Производственный
процесс

Изготовление первых прототипов кубика Рубика осуществлялось вручную. В конце 1970-х годов были разработаны методы массового производства, которые используются по сей день. Обычно производство представляет собой пошаговый процесс, который включает в себя литье деталей под давлением, сборку деталей вместе, украшение кубика Рубика и укладку готового продукта в упаковку.

Литье

• 1 При запуске производства пластиковые гранулы превращаются в детали кубика Рубика посредством литья под давлением. При этом гранулы загружаются в бункер литьевой машины. Они плавятся, когда пропускаются через шнек с гидравлическим управлением. Когда винт вращается, расплавленный пластик перемещается через сопло и физически нагнетается или впрыскивается в форму. Непосредственно перед прибытием расплавленного пластика две половины формы объединяются, чтобы создать полость, которая имеет форму, идентичную части кубика Рубика. Это может быть край, угол или центральная деталь. Внутри формы пластик выдерживают под давлением в течение определенного времени, а затем дают ему остыть. При остывании пластик внутри формы затвердевает. По прошествии достаточного времени половинки формы открываются, и кубики выталкиваются. Затем форма снова закрывается, и процесс начинается снова. Каждый раз, когда машина формирует набор деталей, составляет один цикл машины. Время цикла кубика Рубика составляет около 20 секунд.
• 2 После извлечения деталей куба из формы они опускаются в бункеры для контейнеров и проверяются вручную, чтобы убедиться, что не используются существенно поврежденные детали. Отработанный материал литника откладывается для повторного использования или утилизации. Отработанный материал можно измельчить и снова расплавить для изготовления новых деталей, однако повторно измельченный материал может ухудшиться и привести к ухудшению качества деталей. Кубики Рубика всегда изготавливаются из первичного материала и никогда не используют повторно измельченные пластиковые отходы.

Сборка деталей

• 3 Детали кубика Рубика отправляются на конвейер. На этом этапе производства отдельные кубики собираются вместе. Начиная с нейлонового сердечника, каждый центральный куб из АБС приклепывается к сердечнику с помощью пружинной прокладки. Заклепка тщательно контролируется с помощью ограничителя глубины, чтобы обеспечить необходимое сжатие пружины. Каждый центральный куб имеет пластиковую крышку, на которую наклеена заклепка. Один из шести центральных кубов остается до последней части сборки. Кромки и уголки из АБС-пластика по отдельности уложены вокруг сердечника. Куб строится снизу вверх, и последней собираемой частью является последний центральный куб, который снова приклепывается к сердечнику с помощью пружинной распорки и наклеивается последняя крышка.

Маркировка

• 4 Затем нужно нанести метки на грани кубика Рубика. Этикетки изготовлены из листового полипропиленового материала, на котором нанесена цветная печать. Печатный лист PP затем ламинируется прозрачным защитным покрытием PP. Затем материал вырезается, а этикетки наматываются на рулоны. Этикетки сделаны так, что все девять квадратов каждой грани точно выровнены. Таким образом, метки могут быть идеально выровнены при нанесении на куб.

Упаковка

• 5 После завершения маркировки кубики помещаются в окончательную упаковку. Это может быть небольшая коробка с буклетом с инструкциями или пластиковая блистерная упаковка на картонной основе. Упаковка служит двойной цели - защитить кубик Рубика от повреждений, вызванных транспортировкой и рекламой продукта. Пакеты с кубиками Рубика укладываются в ящики и перемещаются на поддон. Затем поддоны загружаются в грузовики, и продукция отправляется по всему миру.

Контроль качества

Чтобы гарантировать, что каждая игрушка будет продуктом высокого качества, инспекторы по контролю качества проверяют продукт на каждом этапе производства. Поступающие пластиковые гранулы проходят химические испытания, чтобы определить, соответствуют ли они определенным химическим характеристикам. К ним относятся проверки внешнего вида, цвета, температуры плавления, токсичности и молекулярной массы.

Качество отдельных деталей также проверяется сразу после выхода из формы. Поскольку ежедневно производятся тысячи деталей, полная проверка будет затруднена. Следовательно, линейные инспекторы могут выборочно проверять пластиковые детали через фиксированные интервалы времени и проверять, соответствуют ли они размеру, форме и характеристикам консистенции. Этот метод выборки дает хорошее представление о качестве всего производственного цикла кубика Рубика. Обнаруживаются деформированные детали, неправильно подогнанные детали и несоответствующая маркировка. Хотя визуальный осмотр является основным используемым методом испытаний, можно также выполнить более точные измерения. Измерительное оборудование используется для проверки длины, ширины и толщины каждой детали. Обычно используются такие устройства, как штангенциркуль, микрометр или микроскоп. Непосредственно перед помещением куба в упаковку его можно скрутить, чтобы убедиться, что он держится вместе и находится в надлежащем рабочем состоянии. Это можно сделать вручную или на токарном станке. Если обнаруживается, что игрушка неисправна, ее откладывают в сторону для дальнейшей обработки.

Будущее

В то время как чрезвычайная популярность кубика Рубика пошла на убыль примерно в 1984 году, он все же уменьшился. Кубик Рубика начинается с нейлонового ядра. Затем снизу вверх прикрепляются пластиковые квадраты, причем ярлыки прикрепляются последними. недавно сделал значительное возвращение. Это результат впечатляющих маркетинговых усилий Seven Towns. В будущем эти маркетинговые усилия должны продолжить увеличение продаж кубика Рубика. Помимо куба, были представлены и другие производные головоломки, включая змею Рубика, триамид Рубика и волшебную складную головоломку Рубика. Ожидается, что в ближайшее время будут представлены и новые варианты.

Где узнать больше

Книги

Шабо, Дж. Ф. Разработка машин и методов обработки пластмасс. Брукфилд:Общество инженеров по пластмассам, 1992.

Отмер, Кирк. Энциклопедия химической технологии. Vol. 22 января 1992 г.

Рубик, Э. Кубический сборник Рубика. Oxford University Press, 1987.

Сеймур Р. и К. Каррахер. Химия полимеров. Нью-Йорк:Marcel Dekker, Inc., 1992.

Другое

Seven Towns Ltd. Интернет-страница Рубика. 27 сентября 2001 г. .

Патент США № 4378116.

Патент США № 4471959.

Веб-страница музея виртуальных головоломок. 27 сентября 2001 г. .

Перри Романовский

Стивен Перрин