Automaticky programovaný nástroj (APT)

Automaticky programovaný nástroj (APT), který vznikl v roce 1956 v laboratoři MIT Servomechanisms Lab jako dítě skupiny Computer Applications Group, je snadno použitelný vysokoúrovňový programovací jazyk určený speciálně pro generování instrukcí pro numericky řízené obráběcí stroje. Původní verze předcházela jazyku FORTRAN, ale pozdější verze byly přepsány do FORTRANu.

APT byl jazyk vytvořený pro práci s prvním NC strojem MIT, jedním z prvních na světě. Poté se stal standardem pro programování počítačem řízených obráběcích strojů a byl široce používán po celá 70. léta. Vývoj APT sponzorovalo letectvo a nakonec byl přidán do veřejného vlastnictví.

Vedoucí skupiny počítačových aplikací Douglas T. Ross je znám jako otec APT. Později také vymyslel termín „počítačem podporované navrhování“ (CAD).

Zrod číslicového řízení

Před nástupem počítačem řízených strojů přišel nejprve vývoj číslicového řízení a prvních NC obráběcích strojů. A přestože se v různých popisech historických detailů objevují určité nesrovnalosti, první NC obráběcí stroje byly jak reakcí na specifické výrobní problémy, kterým čelila armáda, tak i přirozeným vývojem systému děrných štítků.

„Číslicové řízení znamenalo začátek druhé průmyslové revoluce a nástup věku, v němž řízení strojů a průmyslových procesů přejde od nepřesného návrhu k exaktní vědě.“ – Společnost výrobních inženýrů

PŘEDSTAVTE SI JOHNA T. PARSONSE, OTCE ČÍSLICOVÉHO ŘÍZENÍ

Americký vynálezce John T. Parsons (1913-2007) je všeobecně považován za otce numerického řízení, které vymyslel a realizoval s pomocí leteckého inženýra Franka L. Stulena. Parsons, syn michiganského továrníka, začal ve 14 letech pracovat v otcově továrně jako montér. Později vlastnil a provozoval řadu výrobních závodů v rámci rodinné firmy Parsons Manufacturing Co.

Parsons je držitelem prvního NC patentu a za svou průkopnickou práci v oblasti numerického řízení byl uveden do Národní síně slávy vynálezců. Celkem je Parsons držitelem 15 patentů a dalších 35 patentů bylo uděleno jeho firmě. Společnost výrobních inženýrů vedla s Parsonsem v roce 2001 rozhovor, aby se dozvěděla příběh z jeho pohledu. Toto poutavé čtení je k dispozici v online archivu.

Raná časová osa NC

• 1942: John T. Parsons získal od společnosti Sikorsky Aircraft subdodávku na výrobu rotorových listů vrtulníků.

„Sikorsky vyráběl listy ručně. Já jsem vyráběl montážní přípravky. Lopatky byly komplikované, protože na přední konec lopatky se instalovalo vyvažovací závaží, které pomáhalo s náklonem nahoru pro úhel změny sklonu. Moje montážní techniky se skvěle osvědčily.“ – John T. Parsons

• 1944: Kvůli konstrukční vadě nosníku selhala jedna z prvních 18 vyrobených lopatek a pilot zahynul. Parsonse napadne vyrazit listy rotoru z kovu, aby byly pevnější a odpadlo lepení a upevňování šrouby.
• 1946: Vytvoření výrobního nástroje pro přesnou výrobu lopatek mělo být složité, a tak Parsons najímá leteckého inženýra Franka Stulena a dává dohromady tým inženýrů se třemi dalšími lidmi. Stulen přichází s nápadem použít děrné štítky IBM k určení úrovně namáhání lopatek a pronajímají si pro tento projekt sedm strojů IBM.

„V roce 1948 se cíl snadno měnit pořadí pohybů automatického obráběcího stroje – na rozdíl od pouhého uvedení do pohybu pevného pořadí – sledoval dvěma hlavními způsoby: trasovacím řízením a numerickým řízením. Jak jsme viděli, první způsob vyžadoval fyzický model vyráběného předmětu (nebo alespoň jeho kompletní výkres, jako v případě stroje Cincinnati Line-Tracer Hydro-Tel). Druhé nevyžadovalo obraz hotového předmětu nebo dílu, ale pouze jeho abstrakci: matematický model a instrukce pro stroj.“ – Elektřina v americkém hospodářství

• 1949: Americké letectvo potřebuje pomoc s ultrapřesnou konstrukcí křídel. Parsons předkládá svůj numericky řízený stroj a získává zakázku ve výši 200 000 dolarů na jeho realizaci.
• 1949: Parsons a Stulen pracovali na stroji se společností Snyder Machine & Tool Corp. a uvědomili si, že pro přesnou práci svého stroje potřebují servomotory. Parsons zadává výrobu servopohonů pro „frézovací stroje Card-a-matic“ laboratoři MIT Servomechanisms Laboratory.
• 1951: Zakázka na NC stroje pro letectvo je nyní zadána MIT. Existují různé výpovědi o tom, co se stalo, že Parsons byl ze zakázky vyřazen:
• 1952 (květen): MIT podhodnotil nabídku Parsonsu a Parsonsovi došly peníze (viz níže): Parsons podává patent na „Motoricky řízené zařízení pro polohování obráběcího stroje“. Patent mu je udělen v roce 1958.

• 1952 (srpen): V reakci na to MIT podává patent na „Numerical Control Servo-System“

Účet MIT o sporu

„Po druhé světové válce se U.S.A.US Air Force zadalo několik zakázek společnosti Parsons Corporation, aby dále rozvíjela inovace numericky řízeného obrábění, které zavedl její zakladatel John Parsons. Společnost Parsons se zajímala o experimenty prováděné v laboratoři MIT Servomechanisms Laboratory a v roce 1949 navrhla, aby se MIT stala subdodavatelem projektu a poskytla odborné znalosti v oblasti automatického řízení. Během následujících deseti let získala MIT kontrolu nad celým projektem, protože vize „řízení tříosé spojité dráhy“ v laboratoři Servomechanisms nahradila původní Parsonsovu koncepci „polohování při ponorném řezání“. Konflikt vždy formuje technologii, ale tento konkrétní příběh, zaznamenaný historikem Davidem Noblem, se stal významnou lekcí z dějin technologie.“

Parsonsův popis sporu

„Problém byl v tom, že MIT se mnou překročil rozpočet asi o 50 000 dolarů. Nakonec jsem musel požádat vládu o další peníze na servomechanismus. MPO mi dalo částku, kterou jsem použil pro nabídku, a pak jsem přidal svůj podíl práce. Tak jsem podal nabídku na zvýšení ceny a MIT mě podhodnotil.

„MIT mi řekl, že má jednu režijní sazbu pro soukromý průmysl a jinou, nižší, pro vládu. Ale ani ve snu by mě nenapadlo, že někdo tak renomovaný, jako je MIT, se schválně pustí do mého projektu a převezme ho. MIT věděl, že náklady porostou, a bál se, že by vláda mohla z celého obchodu vycouvat. Dokonce hledali stroj, se kterým by mohli experimentovat. MIT věděl o spoustě vládních přebytků obráběcích strojů používaných za druhé světové války, a tak se po jednom z nich poohlédl, což nakonec byla vertikální frézka Cincinnati Hydro-Tel s ložem o rozměrech 24 × 60″. V tomto okamžiku MIT vyjednal novou smlouvu s letectvem, která v podstatě vyřadila společnost Parsons z dalšího vývoje NC systému.“

• 1952:

VYDÁNÍ časopisu SCIENTIFIC AMERICAN V ZÁŘÍ 1952

Vydání časopisu Scientific American v září 1952 o automatickém řízení předběhlo svou dobu, obsahovalo soubor sedmi článků o „samočinných strojích, které představují vědeckou a technologickou revoluci, jež mocně ovlivní budoucnost člověka.“ Modern Mechanix naskenoval a sdílel pět z těchto článků, včetně článku „An Automatic Machine Tool“ od Williama Pease z MIT o prvním NC stroji, který vytvořili. Slogan zní: „Řízení se zpětnou vazbou začalo postupovat při obrábění kovů. Představujeme první popis frézovacího stroje, který převádí informace na děrované pásce na obrysy hotového dílu.“

• 1955: Concord Controls (založená členy původního týmu MIT) vytváří přístroj Numericord, který nahrazuje děrnou pásku na NC stroji MIT čtečkou magnetických pásek, na níž pracuje GE.

• 1958: Parsons získává americký patent 2 820 187 a prodává výhradní licenci společnosti Bendix. IBM, Fujitsu a GE získávají sublicence poté, co již zahájily vývoj vlastních strojů.
• 1958:

„Systém M.I.T. kombinuje digitální a analogové procesy pod zpětnovazebním řízením k řízení frézky, jejíž řezný nástroj se pohybuje ve třech rovinách vzhledem k obrobku. V tomto případě je „model“ vyráběného předmětu dodáván stroji ve formě perforované papírové pásky podobné té, která se používá v dálnopisných systémech. Při typické operaci vystačí stroj s 10 stopami pásky na hodinu.“ – William Pease, Scientific American

Video:

Završíme 1. část tohoto třídílného seriálu klasickým dobovým videem: nahlédneme do éry obrábění v 50. letech 20. století.

„Tato čtečka pásek dokáže přečíst 20 řádků pásky za 200 milisekund! Je navržena pro spolehlivost i rychlost a dokáže přečíst celý blok informací najednou, čímž eliminuje posunovací registr nebo ukládání do paměti, které je běžné u jiných systémů využívajících sekvenční čtecí zařízení.“