Automaattisesti ohjelmoitu työkalu (APT)

Automaattisesti ohjelmoitu työkalu (APT) syntyi MIT:n servomekanismeja käsittelevässä laboratoriossa vuonna 1956 tietokoneen sovellusryhmän (Computer Applications Group) ideana ja on helppokäyttöinen korkeatasoisen ohjelmoinnin kieli, joka on tarkoitettu nimenomaan numeerisesti ohjatuille työstökoneille suunnattujen ohjeiden tuottamiseen. Alkuperäinen versio edelsi FORTRANia, mutta myöhemmät versiot kirjoitettiin uudelleen FORTRANilla.

APT oli kieli, joka luotiin toimimaan MIT:n ensimmäisen NC-koneen kanssa, joka oli yksi ensimmäisistä maailmassa. Siitä tuli standardi tietokoneohjattujen työstökoneiden ohjelmoinnissa, ja sitä käytettiin laajalti 1970-luvulla. APT:n kehittämistä sponsoroi ilmavoimat, ja se lisättiin lopulta julkiseen käyttöön.

Computer Applications Groupin johtaja Douglas T. Ross tunnetaan APT:n isänä. Hän keksi myöhemmin myös termin ”tietokoneavusteinen suunnittelu” (CAD).

Numeerisen ohjauksen synty

Ensin kehitettiin numeerisesti ohjatut koneet ja ensimmäiset NC-työstökoneet. Ja vaikka historiallisia yksityiskohtia koskevissa eri selostuksissa on jonkin verran ristiriitaisuuksia, ensimmäiset NC-työstökoneet olivat sekä vastaus armeijan erityisiin valmistushaasteisiin että luonnollinen jatkumo reikäkorttijärjestelmälle.

”Numeerinen ohjaus merkitsi toisen teollisen vallankumouksen alkua ja sellaisen aikakauden alkua, jossa koneiden ja teollisten prosessien ohjaus siirtyisi epätäsmällisestä luonnoksesta eksaktiksi tieteeksi.” – The Society of Manufacturing Engineers

TUTUSTU JOHN T. PARSONSIIN, NUMERISEN OHJAUKSEN ISÄÄN

Amerikkalainen keksijä John T. Parsonsia (1913-2007) pidetään yleisesti numeerisen ohjauksen isänä, jonka hän ideoi ja toteutti lentokoneinsinööri Frank L. Stulenin avustuksella. Michiganilaisen valmistajan poika Parsons aloitti isänsä tehtaassa kokoonpanijana 14-vuotiaana. Myöhemmin hän omisti ja johti useita tuotantolaitoksia perheyrityksen, Parsons Manufacturing Co:n, alaisuudessa.

Parsonsilla on ensimmäinen NC-patentti, ja hänet otettiin National Inventors Hall of Fameen uraauurtavasta työstään numeerisen ohjauksen alalla. Parsonsilla on yhteensä 15 patenttia, ja hänen yritykselleen on myönnetty 35 patenttia. Society of Manufacturing Engineers haastatteli Parsonsia vuonna 2001 saadakseen tarinan hänen näkökulmastaan. Tämä mukaansatempaavaa luettavaa on saatavilla verkkoarkistossa.

Early NC Timeline

• 1942: John T. Parsons saa alihankintana Sikorsky Aircraftilta tehtäväksi rakentaa helikopterin roottorin lapoja.

”Sikorsky valmisti lapoja käsin. Minä tein kokoonpanokiinnikkeet. Lavat olivat monimutkaisia, koska lavan etupäähän asennettiin tasapainopaino, joka auttoi kallistuksessa ylöspäin nousukulmaa varten. Kokoonpanotekniikkani toimi loistavasti.” – John T. Parsons

• 1944: Yksi ensimmäisistä 18:sta valmistetusta siivestä pettää suunnitteluvirheestä johtuen ja tappaa lentäjän. Parsons saa idean leimata roottorin lavat metallista, jotta niistä tulisi vahvempia ja jotta liima- ja ruuvikiinnitys voitaisiin poistaa.
• 1946: Valmistustyökalun luominen terien tarkkaa valmistusta varten tulisi olemaan monimutkaista, joten Parsons palkkaa lentokoneinsinööri Frank Stulenin ja kokoaa insinööritiimin kolmen muun henkilön kanssa. Stulen keksii käyttää IBM:n reikäkortteja terien rasitustasojen määrittämiseksi, ja he vuokraavat projektia varten seitsemän IBM:n konetta.

”Vuonna 1948 tavoitetta, jonka mukaan automaattisen työstökoneen liikesarjaa voitaisiin helposti muuttaa – toisin kuin pelkän kiinteän liikesarjan asettamista liikkeelle – pyrittiin saavuttamaan kahdella pääasiallisella tapaa: jäljitinohjauksella ja numeerisella ohjauksella. Kuten olemme nähneet, ensimmäinen edellytti valmistettavan kohteen fyysistä mallia (tai ainakin täydellistä piirustusta siitä, kuten Cincinnati Line-Tracer Hydro-Tel -laitteessa). Jälkimmäinen ei edellyttänyt kuvaa valmiista esineestä tai osasta, vaan ainoastaan abstraktiota siitä: matemaattista mallia ja ohjeita koneelle.” – Electricity in the American Economy

• 1949: Yhdysvaltain ilmavoimat tarvitsevat apua ultratarkkaan siipien rakentamiseen. Parsons esittelee numeerisesti ohjattua konettaan ja saa 200 000 dollarin sopimuksen sen toteuttamisesta.
• 1949: Parsons ja Stulen olivat työskennelleet Snyder Machine & Tool Corp:n kanssa koneen parissa ja tajusivat tarvitsevansa servomoottoreita, jotta kone toimisi tarkasti. Parsons teettää alihankintana ”Card-a-matic-jyrsinkoneiden” servot MIT:n servomekanismilaboratoriolla.
• 1951: Ilmavoimien NC-konekauppa on nyt myönnetty MIT:lle. On olemassa erilaisia kertomuksia siitä, mitä tapahtui, mikä johti Parsonsin jäämiseen pois sopimuksesta: MIT teki Parsonsille liian alhaisen tarjouksen ja Parsonsilta loppuivat rahat, on kaksi selitystä (ks. alla).
• 1952 (toukokuu): Parsons jättää patentin ”Motor Controlled Apparatus for Positioning Machine Tool”. Hän saa patentin vuonna 1958.

• 1952 (elokuu): Vastauksena MIT jättää patentin ”Numerical Control Servo-System.”

MIT:n selostus kiistasta

”Toisen maailmansodan jälkeen U.S. Air Force antoi useita sopimuksia Parsons Corporationille kehittää edelleen sen perustajan John Parsonsin tekemiä numeerisesti ohjattuja koneistusinnovaatioita. Kiinnostuneena MIT:n servomekanismilaboratoriossa tehdyistä kokeista Parsons ehdotti vuonna 1949, että MIT:stä tulisi hankkeen alihankkija, joka tarjoaisi asiantuntemusta automaattisesta ohjauksesta. Seuraavien 10 vuoden aikana MIT sai koko hankkeen hallintaansa, kun Servomechanisms Laboratory -laboratorion näkemys ”kolmiakselisesta jatkuvan liikeradan ohjauksesta” syrjäytti Parsonsin alkuperäisen käsityksen ”syöksyleikkauspaikannuksesta”. Konflikti muokkaa aina teknologiaa, mutta tästä historiantutkija David Noblen kuvaamasta tarinasta on tullut merkittävä oppitunti teknologian historiassa.”

Parsonsin kertomus kiistasta

”Ongelmana oli, että MIT ylitti budjettinsa kanssani noin 50 000 dollarilla. Minun oli lopulta pyydettävä hallitukselta lisää rahaa servomekanismia varten. MIT antoi minulle summan, jota käytin tarjouksessa, sitten lisäsin oman osuuteni työstä. Laitoin siis tarjoukseni hinnankorotusta varten, ja MIT teki alihintaisen tarjouksen.”

”MIT kertoi minulle, että heillä oli yksi yleiskustannusprosentti yksityiselle teollisuudelle ja toinen, alhaisempi, valtiolle. Mutta en koskaan osannut kuvitellakaan, että joku niinkin hyvämaineinen taho kuin MIT ryhtyisi tahallaan ottamaan projektini haltuunsa. MIT tiesi, että kustannukset nousisivat, ja he pelkäsivät, että hallitus voisi perääntyä koko sopimuksesta. He jopa etsivät konetta, jolla tehdä kokeita. MIT oli tietoinen monista toisen maailmansodan aikana käytetyistä hallituksen ylijäämätyöstökoneista, ja he lähtivät etsimään sellaista, joka oli lopulta Cincinnati Hydro-Tel -pystyjyrsin, jossa oli 24 × 60 tuuman sängyn koko. Tässä vaiheessa MIT neuvotteli ilmavoimien kanssa uuden sopimuksen, joka käytännössä poisti Parsons-yhtiön NC-järjestelmän jatkokehityksestä.”

• 1952: MIT esittelee 7-raitaista reikänauhajärjestelmäänsä (William Peasen artikkeli Scientific Americanissa), joka on monimutkainen ja kallis (250 tyhjiöputkea, 175 relettä, viidessä jääkaapin kokoisessa kaapissa).

SCIENTIFIC AMERICAN’S SEPTEMBER 1952 ISSUE

Scientific Americanin syyskuun 1952 numeronumerosäätöä käsittelevä numero numero oli paljon aikaansa edellä, sisältäen seitsemän artikkelia ”itsesäätyvistä koneista, jotka edustavat tieteellistä ja teknologista vallankumousta, joka tulee voimakkaasti muokkaamaan ihmisen tulevaisuutta.”.” Modern Mechanix skannasi ja jakoi viisi artikkelia, mukaan lukien MIT:n William Peasen kirjoittama ”An Automatic Machine Tool” (Automaattinen työstökone) ensimmäisestä NC-koneesta, jonka he loivat. Otsikko kuuluu: ”Takaisinkytkentäohjaus on alkanut edetä metallien työstössä. Esitetään ensimmäinen kertomus jyrsinkoneesta, joka muuntaa rei’itetyllä nauhalla olevat tiedot valmiin kappaleen ääriviivoiksi.”

• 1955: Concord Controls (perustettu MIT:n alkuperäisen tiimin jäsenistä) luo Numericordin, joka korvaa MIT:n NC-koneen reikänauhan GE:n työstämällä magneettinauhanlukijalla.

• 1958: Parsons saa Yhdysvaltain patentin 2,820,187 ja myy yksinoikeuslisenssin Bendixille. IBM, Fujitsu ja GE ottavat kaikki alilisenssejä aloitettuaan jo omien koneidensa kehittämisen.
• 1958: MIT julkaisee raportin NC:n taloudesta, jossa todetaan, että nykyinen versio ei oikeastaan säästä aikaa, vaan siirtää työvoimaa tehtaan lattialta reikänauhojen tekijöille.

”M.I.T.-järjestelmässä yhdistetään digitaalisia ja analogisia prosesseja takaisinkytkentäohjauksen alaisina ohjaamaan jyrsinkonetta, jonka leikkuutyökalu liikkuu kolmessa tasossa työkappaleeseen nähden. Tässä tapauksessa valmistettavan kappaleen ”malli” syötetään koneelle rei’itetyn paperinauhan muodossa, joka on samanlainen kuin kaukopainokoneissa käytetty. Tyypillisessä operaatiossa 10 jalkaa nauhaa pitää koneen kiireisenä tunnin ajan.”” – William Pease, Scientific American

Video: Sperry Numeric Control Promo Video for Industrial Tape Reader

Päättelemme tämän kolmiosaisen sarjan ensimmäisen osan klassikkovideolla aikakaudelta: kurkistus 1950-luvun koneistuksen aikakauteen.

”Tämä nauhanlukija voi lukea 20 riviä nauhaa 200 millisekunnissa!”. Se on suunniteltu sekä luotettavuuden että nopeuden vuoksi, ja se voi lukea kokonaisen tietolohkon kerralla, jolloin se ei tarvitse siirtorekisteriä tai muistivarastoa, joka on normaalia muissa peräkkäisiä lukijoita käyttävissä järjestelmissä.”