Automatically Programmed Tool (APT)

Automatically Programmed Tool (APT), das 1956 aus dem MIT Servomechanisms Lab hervorgegangen ist und von der Computer Applications Group entwickelt wurde, ist eine einfach zu verwendende Hochsprachenprogrammierung, die speziell für die Erstellung von Anweisungen für numerisch gesteuerte Werkzeugmaschinen gedacht ist. Die ursprüngliche Version war ein Vorläufer von FORTRAN, aber spätere Versionen wurden in FORTRAN umgeschrieben.

APT war die Sprache, die für die erste NC-Maschine des MIT entwickelt wurde, eine der ersten der Welt. Sie wurde zum Standard für die Programmierung von computergesteuerten Werkzeugmaschinen und war bis in die 1970er Jahre weit verbreitet. Die Entwicklung von APT wurde von der Air Force gesponsert und schließlich der Öffentlichkeit zugänglich gemacht.

Der Leiter der Computer Applications Group, Douglas T. Ross, ist als Vater von APT bekannt. Er prägte später auch den Begriff „computergestütztes Design“ (CAD).

Die Geburt der numerischen Steuerung

Vor dem Aufkommen der computernumerisch gesteuerten Maschinen kam zunächst die Entwicklung der numerischen Steuerung und der ersten NC-Werkzeugmaschinen. Und obwohl es einige Diskrepanzen in den verschiedenen Darstellungen der historischen Details gibt, waren die ersten NC-Werkzeugmaschinen sowohl eine Antwort auf spezifische Fertigungsherausforderungen des Militärs als auch eine natürliche Weiterentwicklung des Lochkartensystems.

„Die numerische Steuerung markierte den Beginn der zweiten industriellen Revolution und den Beginn eines Zeitalters, in dem die Steuerung von Maschinen und industriellen Prozessen von einem ungenauen Entwurf zu einer exakten Wissenschaft wurde.“ – The Society of Manufacturing Engineers

MEET JOHN T. PARSONS, THE FATHER OF NUMERICAL CONTROL

Amerikanischer Erfinder John T. Parsons (1913-2007) gilt weithin als Vater der numerischen Steuerung, die er mit Hilfe des Flugzeugingenieurs Frank L. Stulen erdachte und einführte. Als Sohn eines Fabrikanten aus Michigan begann Parsons im Alter von 14 Jahren in der Fabrik seines Vaters als Monteur zu arbeiten. Später besaß und betrieb er unter dem Familienunternehmen Parsons Manufacturing Co. eine Reihe von Fertigungsbetrieben.

Parsons ist Inhaber des ersten NC-Patents und wurde für seine bahnbrechende Arbeit auf dem Gebiet der numerischen Steuerung in die National Inventors Hall of Fame aufgenommen. Insgesamt hält Parsons 15 Patente, und weitere 35 wurden seinem Unternehmen erteilt. Die Society of Manufacturing Engineers führte 2001 ein Interview mit Parsons, um seine Geschichte aus seiner Sicht zu erfahren. Diese fesselnde Lektüre ist in einem Online-Archiv verfügbar.

Frühe NC-Zeitleiste

• 1942: John T. Parsons wird von Sikorsky Aircraft mit dem Bau von Hubschrauber-Rotorblättern beauftragt.

„Sikorsky stellte die Blätter von Hand her. Ich stellte Montagevorrichtungen her. Die Blätter waren kompliziert, weil am vorderen Ende des Blattes ein Ausgleichsgewicht angebracht war, um das Hochkippen für den Pitch-Änderungswinkel zu erleichtern. Meine Montagetechniken haben sich bestens bewährt.“ – John T. Parsons

• 1944: Wegen eines Konstruktionsfehlers im Holm fällt eines der ersten 18 hergestellten Blätter aus und tötet den Piloten. Parsons hat die Idee, die Rotorblätter aus Metall zu stanzen, um sie stärker zu machen und die Klebe- und Schraubbefestigung zu eliminieren.
• 1946: Die Entwicklung eines Fertigungswerkzeugs zur präzisen Herstellung der Rotorblätter wird kompliziert, also stellt Parsons den Flugzeugingenieur Frank Stulen ein und stellt mit drei anderen ein Ingenieurteam zusammen. Stulen hat die Idee, IBM-Lochkarten zu verwenden, um die Beanspruchung der Schaufeln zu bestimmen, und sie mieten sieben IBM-Maschinen für das Projekt.

„1948 wurde das Ziel, die Bewegungsabfolge einer automatischen Werkzeugmaschine auf einfache Weise zu variieren – im Gegensatz zum bloßen Ingangsetzen einer festen Abfolge -, auf zwei Arten verfolgt: mit der Tastschnittsteuerung und der numerischen Steuerung. Die erste erforderte, wie wir gesehen haben, ein physisches Modell des herzustellenden Objekts (oder zumindest eine vollständige Zeichnung davon, wie beim Cincinnati Line-Tracer Hydro-Tel). Das zweite Verfahren erforderte kein Bild des fertigen Objekts oder Teils, sondern nur eine Abstraktion davon: ein mathematisches Modell und Anweisungen für die Maschine.“ – Elektrizität in der amerikanischen Wirtschaft

• 1949: Die U.S. Air Force braucht Hilfe bei der Konstruktion von ultrapräzisen Tragflächen. Parsons schlägt seine numerisch gesteuerte Maschine vor und erhält einen Auftrag über 200.000 Dollar, um sie zu verwirklichen.
• 1949: Parsons und Stulen arbeiten mit der Snyder Machine & Tool Corp. an der Maschine und stellen fest, dass sie Servomotoren benötigen, damit ihre Maschine präzise arbeiten kann. Parsons vergibt die Servos für die „Card-a-matic Milling Machines“ als Unterauftrag an das MIT Servomechanisms Laboratory.
• 1951: Der Auftrag für die NC-Maschinen der Air Force wird an das MIT vergeben. Es gibt unterschiedliche Darstellungen der Ereignisse, die dazu führten, dass Parsons aus dem Geschäft herausgenommen wurde: Das MIT unterbot Parsons und Parsons ging das Geld aus (siehe unten).
• 1952 (Mai): Parsons meldet ein Patent für einen „Motorgesteuerten Apparat zur Positionierung einer Werkzeugmaschine“ an. Das Patent wird ihm 1958 erteilt.

• 1952 (August): Als Antwort meldet das MIT ein Patent für ein „Numerical Control Servo-System“

MIT’s Account of the Dispute

„Nach dem Zweiten Weltkrieg gab die U.Nach dem Zweiten Weltkrieg vergab die U.S. Air Force mehrere Aufträge an die Parsons Corporation, um die numerisch gesteuerten Bearbeitungsinnovationen ihres Gründers John Parsons weiterzuentwickeln. Parsons interessierte sich für die Experimente, die am MIT Servomechanisms Laboratory durchgeführt wurden, und schlug 1949 vor, dass das MIT ein Unterauftragnehmer für das Projekt werden sollte, um Fachwissen über automatische Steuerung bereitzustellen. Im Laufe der nächsten 10 Jahre gewann das MIT die Kontrolle über das gesamte Projekt, als die Vision des Servomechanisms Laboratory von einer „dreiachsigen Bahnsteuerung“ das ursprüngliche Parsons-Konzept der „Einstechpositionierung“ verdrängte. Konflikte prägen immer die Technik, aber diese besondere Geschichte, die der Historiker David Noble aufgeschrieben hat, ist zu einem bedeutenden Lehrstück in der Geschichte der Technik geworden.“

Parsons‘ Darstellung des Streits

„Das Problem war, dass das MIT sein Budget mit mir um etwa 50.000 Dollar überzogen hatte. Ich musste schließlich die Regierung um mehr Geld für den Servomechanismus bitten. Das MIT hat mir einen Betrag genannt, den ich für das Angebot verwendet habe, und dann habe ich meinen Anteil an der Arbeit aufgeschlagen. Ich bat also um eine Preiserhöhung, und das MIT unterbot mich.

„Das MIT sagte mir, es gäbe einen Gemeinkostensatz für die Privatwirtschaft und einen anderen, niedrigeren, für die Regierung. Aber ich hätte mir nie träumen lassen, dass jemand, der so renommiert ist wie das MIT, absichtlich mein Projekt übernehmen würde. Das MIT wusste, dass die Kosten steigen würden, und sie hatten Angst, dass die Regierung aus dem ganzen Geschäft aussteigen könnte. Sie waren sogar auf der Suche nach einer Maschine, mit der sie experimentieren konnten. Das MIT kannte viele Werkzeugmaschinen, die die Regierung im Zweiten Weltkrieg aus dem Verkehr gezogen hatte, und suchte nach einer solchen Maschine, bei der es sich schließlich um eine Cincinnati Hydro-Tel-Vertikalfräsmaschine mit einer Bettgröße von 24×60 Zoll handelte. Zu diesem Zeitpunkt handelte das MIT einen neuen Vertrag mit der Air Force aus, der die Parsons Company im Wesentlichen von der weiteren Entwicklung des NC-Systems ausschloss.“

• 1952: Das MIT demonstriert sein 7-Spur-Lochbandsystem (mit einem Artikel von William Pease im Scientific American), das komplex und teuer ist (250 Vakuumröhren, 175 Relais, in 5 kühlschrankgroßen Schränken).

SCIENTIFIC AMERICAN’S SEPTEMBER 1952 ISSUE

Scientific American’s September 1952 issue on Automatic Control was way ahead of its time, Sie enthielt eine Reihe von sieben Artikeln über „selbstregulierende Maschinen, die eine wissenschaftliche und technologische Revolution darstellen, die die Zukunft des Menschen stark beeinflussen wird.“ Modern Mechanix hat fünf der Artikel gescannt und veröffentlicht, darunter „An Automatic Machine Tool“ von William Pease vom MIT über die erste NC-Maschine, die dort entwickelt wurde. Die Tagline lautet: „Die Rückkopplungskontrolle hat sich in der Metallbearbeitung durchgesetzt. Der erste Bericht über eine Fräsmaschine, die Informationen auf Lochstreifen in die Konturen eines fertigen Teils umwandelt.“

• 1955: Concord Controls (gegründet von Mitgliedern des ursprünglichen MIT-Teams) entwickelt das Numericord, das das Lochband der MIT-NC-Maschine durch einen Magnetbandleser ersetzt, an dem GE arbeitet.

• 1958: Parsons erhält das US-Patent 2.820.187 und verkauft eine exklusive Lizenz an Bendix. IBM, Fujitsu und GE erwerben Unterlizenzen, nachdem sie bereits mit der Entwicklung ihrer eigenen Maschinen begonnen haben.
• 1958: Das MIT veröffentlicht einen Bericht über die Wirtschaftlichkeit von NC, in dem es zu dem Schluss kommt, dass die aktuelle Version nicht wirklich Zeit spart, sondern stattdessen Arbeit von der Fabrikhalle zu denjenigen verlagert, die die Stanzbänder erstellen.

„Das M.I.T.-System kombiniert digitale und analoge Prozesse unter Rückkopplungskontrolle, um eine Fräsmaschine zu steuern, deren Schneidwerkzeug sich in drei Ebenen relativ zum Werkstück bewegt. In diesem Fall wird das „Modell“ des zu bearbeitenden Objekts der Maschine in Form eines perforierten Papierstreifens zugeführt, ähnlich dem, der in Fernschreibsystemen verwendet wird. Bei einem typischen Vorgang reichen 10 Fuß Band, um die Maschine eine Stunde lang zu beschäftigen.“ – William Pease, Scientific American

Video: Sperry Numeric Control Promo Video for Industrial Tape Reader

Wir schließen Teil 1 dieser dreiteiligen Serie mit einem klassischen Video aus dieser Zeit ab: ein Blick in die Ära der maschinellen Bearbeitung in den 1950er Jahren.

„Dieser Bandleser kann 20 Zeilen Band in 200 Millisekunden lesen! Es ist sowohl auf Zuverlässigkeit als auch auf Geschwindigkeit ausgelegt und kann einen ganzen Block von Informationen auf einmal lesen, wodurch das Schieberegister oder der Speicher entfällt, die bei anderen Systemen mit sequentiellen Lesegeräten üblich sind.“