Automatisk programmeret værktøj (APT)

Automatisk programmeret værktøj (APT) er et letanvendeligt programmeringssprog på højt niveau, der specifikt er beregnet til at generere instruktioner til numerisk styrede værktøjsmaskiner, og som blev udviklet af MIT Servomechanisms Lab i 1956 af Computer Applications Group. Den oprindelige version gik forud for FORTRAN, men senere versioner blev omskrevet i FORTRAN.

APT var det sprog, der blev skabt til at arbejde sammen med MIT’s første NC-maskine, en af de første i verden. Det blev senere standarden for programmering af computerstyrede værktøjsmaskiner og blev brugt i stor stil gennem 1970’erne. Udviklingen af APT blev sponsoreret af luftvåbnet, og det blev til sidst lagt ind i det offentlige domæne.

Lederen af Computer Applications Group, Douglas T. Ross, er kendt som APT’s fader. Han opfandt også senere udtrykket “computerstøttet design” (CAD).

Fødslen af numerisk styring

Hvor de computer-numerisk styrede maskiner kom frem, var det først udviklingen af numerisk styring og de første NC-værktøjsmaskiner, der kom frem. Og selv om der er visse uoverensstemmelser i forskellige beretninger om de historiske detaljer, var de første NC-værktøjsmaskiner både et svar på specifikke fremstillingsudfordringer, som militæret stod over for, og en naturlig videreudvikling af stempelkortsystemet.

“Numerisk styring markerede begyndelsen på den anden industrielle revolution og indgangen til en tidsalder, hvor styringen af maskiner og industrielle processer ville gå fra upræcist udkast til eksakt videnskab.” – The Society of Manufacturing Engineers

MØD JOHN T. PARSONS, THE FATHER OF NUMERICAL CONTROL

Den amerikanske opfinder John T. Parsons (1913-2007) anses generelt for at være faderen til numerisk styring, som han udtænkte og implementerede med hjælp fra flyingeniøren Frank L. Stulen. Parsons var søn af en fabrikant fra Michigan og begyndte som 14-årig at arbejde som montør i sin fars fabrik. Senere ejede og drev han en række produktionsanlæg under familievirksomheden Parsons Manufacturing Co.

Parsons er indehaver af det første NC-patent og blev optaget i National Inventors Hall of Fame for sit banebrydende arbejde inden for numerisk styring. Parsons er i alt indehaver af 15 patenter, og yderligere 35 patenter er givet til hans virksomhed. Society of Manufacturing Engineers interviewede Parsons i 2001 for at få historien fra hans perspektiv. Denne engagerende læsning er tilgængelig i et online arkiv.

Første NC-tidslinje

• 1942: John T. Parsons får en underkontrakt af Sikorsky Aircraft til at bygge rotorblade til helikoptere.

“Sikorsky lavede bladene i hånden. Jeg lavede monteringsbeslag. Bladene var komplicerede, fordi der blev monteret en balancevægt på den forreste ende af bladet for at hjælpe med at vippe opad for pitch-ændringsvinklen. Mine samlingsteknikker fungerede godt.” – John T. Parsons

• 1944: På grund af en konstruktionsfejl i holmen svigter en af de første 18 vinger, de fremstillede, og piloten dør. Parsons får den idé at stanse rotorbladene ud af metal for at gøre dem stærkere og fjerne lim- og skruebefæstigelsen.
• 1946: Det ville være kompliceret at skabe et produktionsværktøj til at fremstille bladene præcist, så Parsons ansætter flyingeniør Frank Stulen og sammensætter et ingeniørteam med tre andre. Stulen får den idé at anvende IBM-stempelkort til at bestemme spændingsniveauet på bladene, og de lejer syv IBM-maskiner til projektet.

“I 1948 blev målet om let at kunne variere bevægelsessekvensen i en automatisk værktøjsmaskine – i modsætning til blot at sætte en fast sekvens i gang – forfulgt på to primære måder: sporingsstyring og numerisk styring. Den første krævede, som vi har set, en fysisk model af den genstand, der skulle fremstilles (eller i det mindste en komplet tegning af den, som det var tilfældet med Cincinnati Line-Tracer Hydro-Tel). Den anden krævede ikke et billede af det færdige objekt eller den færdige del, men kun en abstraktion af det: en matematisk model og instruktioner til maskinen.” – Elektricitet i den amerikanske økonomi

• 1949: U.S. Air Force har brug for hjælp til ultrapræcis vingekonstruktion. Parsons fremlægger sin numerisk styrede maskine og får en kontrakt på 200.000 dollars til at gøre den til virkelighed.
• 1949: Parsons og Stulen havde arbejdet sammen med Snyder Machine & Tool Corp. om maskinen og indså, at de havde brug for servomotorer, for at deres maskine kunne fungere præcist. Parsons giver servomaskinerne til “Card-a-matic fræsemaskinerne” i underentreprise til MIT Servomechanisms Laboratory.
• 1951: Luftvåbnets aftale om NC-maskinerne tildeles nu til MIT. Der er forskellige beskrivelser af, hvad der skete, som førte til, at Parsons blev afskåret fra aftalen: MIT underbød Parsons, og Parsons løb tør for penge, er to forklaringer (se nedenfor).
• 1952 (maj): Parsons indgiver et patent på “Motor Controlled Apparatus for Positioning Machine Tool”. Han får patentet i 1958.



• 1952 (august): Som svar herpå indgiver MIT patent på “Numerical Control Servo-System.”



MIT’s redegørelse for tvisten

“Efter anden verdenskrig blev U.US Air Force gav flere kontrakter til Parsons Corporation om at videreudvikle de innovationer inden for numerisk styret bearbejdning, som grundlæggeren John Parsons havde lavet. Parsons var interesseret i de eksperimenter, der blev udført på MIT’s Servomechanisms Laboratory, og foreslog i 1949, at MIT blev en underleverandør til projektet for at levere ekspertise inden for automatisk styring. I løbet af de næste 10 år fik MIT kontrol over hele projektet, efterhånden som Servomechanisms Laboratory’s vision om “treakset kontinuerlig banestyring” erstattede Parsons’ oprindelige koncept om “positionering af neddybningsskæring”. Konflikter former altid teknologien, men denne særlige historie, som historikeren David Noble har beskrevet, er blevet en vigtig lektion i teknologiens historie.”

Parsons’ beretning om striden

“Problemet var, at MIT overskred deres budget med mig med omkring 50.000 dollars. Jeg blev til sidst nødt til at bede regeringen om flere penge til servomekanismen. MIT gav mig et beløb, som jeg brugte til buddet, og så lagde jeg min del af arbejdet oveni. Så jeg afgav mit bud om en prisstigning, og MIT underbød mig.

“MIT fortalte mig, at de havde en overhead-sats for den private industri og en anden, lavere, for regeringen. Men jeg havde aldrig drømt om, at en så velrenommeret person som MIT bevidst ville gå videre og overtage mit projekt. MIT vidste, at omkostningerne ville stige, og de var bange for, at regeringen ville bakke ud af hele aftalen. De var endda på udkig efter en maskine at eksperimentere med. MIT havde kendskab til en masse overskudsmaskiner, som regeringen havde brugt under Anden Verdenskrig, og de gik på jagt efter en, som endte med at være en Cincinnati Hydro-Tel vertikalfræser med en 24×60″ sengestørrelse. På dette tidspunkt forhandlede MIT en ny kontrakt med luftvåbnet, som i det væsentlige fjernede Parsons Company fra den videre udvikling af NC-systemet.”

• 1952: MIT demonstrerer deres 7-spors stansbåndssystem (med artikel af William Pease i Scientific American), som er komplekst og dyrt (250 vakuumrør, 175 relæer, i 5 kabinetter på størrelse med et køleskab).



SCIENTIFIC AMERICAN’S SEPTEMBER 1952 ISSUE



Scientific American’s septembernummer 1952 om automatisk styring var langt forud for sin tid, med en række syv artikler om “selvregulerende maskiner, som repræsenterer en videnskabelig og teknologisk revolution, der vil præge menneskets fremtid på en kraftfuld måde.” Modern Mechanix scannede og delte fem af artiklerne, herunder “An Automatic Machine Tool” af MIT’s William Pease om den første NC-maskine, som de skabte. Overskriften lyder: “Feedback-kontrol er begyndt at gøre fremskridt i forbindelse med bearbejdning af metaller. Præsentation af den første beretning om en fræsemaskine, der konverterer oplysninger på et stanset bånd til konturerne af en færdig del.”

• 1955: Concord Controls (dannet af medlemmer af det oprindelige MIT-team) skaber Numericord, som erstatter stansebåndet på MIT’s NC-maskine med en magnetbåndslæser, som GE arbejder på.



• 1958: Parsons modtager det amerikanske patent 2.820.187 og sælger en eksklusiv licens til Bendix. IBM, Fujitsu og GE tager alle underlicenser efter at de allerede har påbegyndt udviklingen af deres egne maskiner.
• 1958: MIT offentliggør en rapport om økonomien i NC og konkluderer, at den nuværende inkarnation ikke rigtig sparer tid, men i stedet flytter arbejdskraft fra fabriksgulvet til dem, der skaber stansebåndene.

“M.I.T.-systemet kombinerer digitale og analoge processer under feedback-kontrol for at styre en fræsemaskine, hvis skæreværktøj bevæger sig i tre planer i forhold til arbejdsemnet. I dette tilfælde tilføres “modellen” af det objekt, der skal fremstilles, til maskinen i form af et perforeret papirbånd i lighed med det, der anvendes i teletype-systemer. Ved en typisk operation vil 10 fod tape holde maskinen beskæftiget i en time.” – William Pease, Scientific American

Video: Sperry Numeric Control Promo Video for Industrial Tape Reader

Vi afslutter del 1 af denne tredelte serie med en klassisk video fra den tid: et glimt af maskinbearbejdningsæraen i 1950’erne.

“Denne båndlæser kan læse 20 linjer bånd på 200 millisekunder! Den er designet med henblik på pålidelighed såvel som hastighed, og den kan læse en hel informationsblok på én gang, hvorved den eliminerer det skiftregister eller hukommelseslager, der er normalt for andre systemer, der anvender sekventielle læsere.”