L’outil programmé automatiquement (APT)

Né au laboratoire des servomécanismes du MIT en 1956, comme une idée du groupe des applications informatiques, l’outil programmé automatiquement (APT) est un langage de programmation de haut niveau, facile à utiliser, destiné spécifiquement à générer des instructions pour les machines-outils à commande numérique. La version originale a précédé le FORTRAN, mais les versions ultérieures ont été réécrites en FORTRAN.

L’APT a été le langage créé pour fonctionner avec la première machine à commande numérique du MIT, l’une des premières au monde. Il est ensuite devenu la norme pour la programmation des machines-outils commandées par ordinateur et a été largement utilisé tout au long des années 1970. Le développement de l’APT a été parrainé par l’Air Force, et il a finalement été ajouté au domaine public.

Le chef du groupe des applications informatiques, Douglas T. Ross, est connu comme le père de l’APT. Il a également inventé plus tard le terme « conception assistée par ordinateur » (CAO).

La naissance de la commande numérique

Avant l’avènement des machines à commande numérique par ordinateur, il y a d’abord eu le développement de la commande numérique et les premières machines-outils à commande numérique. Et bien qu’il y ait quelques divergences dans les différents comptes rendus des détails historiques, les premières machines-outils à commande numérique étaient à la fois une réponse aux défis de fabrication spécifiques rencontrés par l’armée ainsi qu’une progression naturelle du système de cartes perforées.

« La commande numérique a marqué le début de la deuxième révolution industrielle et l’avènement d’une ère dans laquelle le contrôle des machines et des processus industriels passerait de l’ébauche imprécise à la science exacte. » – The Society of Manufacturing Engineers

MEETTRE JOHN T. PARSONS, LE PÈRE DE LA COMMANDE NUMÉRIQUE

L’inventeur américain John T. Parsons (1913-2007) est largement considéré comme le père de la commande numérique, qu’il a conçue et mise en œuvre avec l’aide de l’ingénieur aéronautique Frank L. Stulen. Fils d’un fabricant du Michigan, Parsons a commencé à travailler dans l’usine de son père comme assembleur à l’âge de 14 ans. Plus tard, il a possédé et exploité un certain nombre d’usines de fabrication dans le cadre de l’entreprise familiale, Parsons Manufacturing Co.

Parsons détient le premier brevet NC et a été intronisé au National Inventors Hall of Fame pour ses travaux révolutionnaires dans le domaine de la commande numérique. Au total, Parsons détient 15 brevets, et 35 autres ont été accordés à son entreprise. La Society of Manufacturing Engineers a interviewé M. Parsons en 2001 pour recueillir son point de vue. Cette lecture engageante est disponible dans une archive en ligne.

La chronologie du début de la NC

• 1942 : John T. Parsons est sous-traité par Sikorsky Aircraft pour construire des pales de rotor d’hélicoptère.

« Sikorsky fabriquait des pales à la main. Je fabriquais des montages d’assemblage. Les pales étaient compliquées car un poids d’équilibre était installé sur l’extrémité avant de la pale pour aider à l’inclinaison vers le haut pour l’angle de changement de pas. Mes techniques d’assemblage ont très bien fonctionné. » – John T. Parsons

• 1944 : Causée par un défaut de conception dans le longeron, l’une des 18 premières pales qu’ils ont fabriquées échoue, tuant le pilote. Parsons a l’idée d’emboutir les pales du rotor en métal pour les rendre plus solides et éliminer la fixation par colle et vis.
• 1946 : Créer un outil de fabrication pour produire les pales avec précision allait être compliqué, donc Parsons engage l’ingénieur aéronautique Frank Stulen et met en place une équipe d’ingénieurs avec trois autres personnes. Stulen a l’idée d’employer des cartes perforées IBM pour déterminer les niveaux de contrainte sur les lames, et ils louent sept machines IBM pour le projet.

« En 1948, l’objectif de varier facilement la séquence de mouvements d’une machine-outil automatique – par opposition à la simple mise en mouvement d’une séquence fixe – était poursuivi de deux manières principales : la commande par traçage et la commande numérique. La première, comme nous l’avons vu, nécessitait un modèle physique de l’objet à fabriquer (ou au moins un dessin complet de celui-ci, comme dans le cas du traceur de ligne Hydro-Tel de Cincinnati). La seconde nécessitait non pas une image de l’objet ou de la pièce finie, mais seulement une abstraction de celle-ci : un modèle mathématique et des instructions à la machine. » – L’électricité dans l’économie américaine

• 1949 : l’armée de l’air américaine a besoin d’aide pour la construction ultra-précise d’ailes. Parsons présente sa machine à commande numérique et obtient un contrat de 200 000 $ pour en faire une réalité.
• 1949 : Parsons et Stulen avaient travaillé avec Snyder Machine & Tool Corp. sur la machine et ont réalisé qu’ils avaient besoin de servomoteurs pour que leur machine fonctionne avec précision. Parsons sous-traite les servos pour les « fraiseuses Card-a-matic » au laboratoire de servomécanismes du MIT.
• 1951 : Le marché de la machine NC de l’Air Force est maintenant attribué au MIT. Il existe différents comptes rendus de ce qui s’est passé et qui a conduit Parsons à être écarté du marché : Le MIT a sous-enchéri Parsons et Parsons a manqué d’argent sont deux récits (voir ci-dessous).
• 1952 (mai) : Parsons dépose un brevet pour un « Appareil contrôlé par moteur pour positionner une machine-outil ». Il obtient le brevet en 1958.

• 1952 (août) : En réponse, le MIT dépose un brevet pour le « Numerical Control Servo-System ».

Récit du litige par le MIT

« Après la Seconde Guerre mondiale, l’U.Après la Seconde Guerre mondiale, l’armée de l’air américaine a accordé plusieurs contrats à la Parsons Corporation pour développer davantage les innovations en matière d’usinage à commande numérique apportées par son fondateur John Parsons. Intéressé par les expériences menées au laboratoire de servomécanismes du MIT, Parsons a proposé en 1949 que le MIT devienne un sous-traitant du projet afin de fournir une expertise sur le contrôle automatique. Au cours des dix années suivantes, le MIT a pris le contrôle de l’ensemble du projet, la vision du laboratoire des servomécanismes, à savoir le « contrôle de la trajectoire continue sur trois axes », ayant supplanté la conception originale de Parsons, à savoir le « positionnement par découpe en plongée ». Les conflits façonnent toujours la technologie, mais cette histoire particulière, relatée par l’historien David Noble, est devenue une leçon d’objet significative dans l’histoire de la technologie. »

Récit du conflit par Parsons

« Le problème était que le MIT a dépassé son budget avec moi d’environ 50 000 dollars. J’ai finalement dû demander au gouvernement plus d’argent pour le servomécanisme. Le MIT m’a donné un montant que j’ai utilisé pour l’offre puis j’ai ajouté ma part du travail. J’ai donc présenté mon offre pour une augmentation de prix, et le MIT a sous-enchéri.

« Le MIT m’a dit qu’ils avaient un taux de frais généraux pour l’industrie privée, et un autre, plus bas, pour le gouvernement. Mais je n’ai jamais imaginé que quelqu’un d’aussi réputé que le MIT irait délibérément de l’avant et reprendrait mon projet. Le MIT savait que les coûts allaient augmenter et il craignait que le gouvernement ne se retire de l’affaire. Ils étaient même à la recherche d’une machine pour faire des expériences. Le MIT connaissait l’existence d’un grand nombre de machines-outils excédentaires du gouvernement utilisées pendant la Seconde Guerre mondiale, et il est allé en chercher une, qui s’est avérée être une fraiseuse verticale Cincinnati Hydro-Tel avec un banc de 24×60″. À ce moment-là, le MIT a négocié un nouveau contrat avec l’armée de l’air qui a essentiellement retiré la société Parsons du développement ultérieur du système NC. »

• 1952 : Le MIT fait la démonstration de son système de bande perforée à 7 pistes (avec un article de William Pease dans Scientific American), qui est complexe et coûteux (250 tubes à vide, 175 relais, dans 5 armoires de la taille d’un réfrigérateur).

SCIENTIFIC AMERICAN’S SEPTEMBER 1952 ISSUE

Scientific American’s September 1952 issue on Automatic Control was way ahead of its time, Il présentait une série de sept articles sur « les machines autorégulatrices, qui représentent une révolution scientifique et technologique qui façonnera puissamment l’avenir de l’homme ». » Modern Mechanix a numérisé et partagé cinq de ces articles, dont « An Automatic Machine Tool » de William Pease, du MIT, sur la première machine à commande numérique qu’ils ont créée. Le titre d’appel est le suivant : « Le contrôle par rétroaction a commencé à progresser dans le travail des métaux. Présentation du premier compte rendu d’une fraiseuse qui convertit des informations sur un ruban perforé en contours d’une pièce finie. »

• 1955 : Concord Controls (formé par des membres de l’équipe originale du MIT) crée le Numericord, qui remplace la bande perforée de la machine NC du MIT par un lecteur de bande magnétique sur lequel travaille GE.

• 1958 : Parsons reçoit le brevet américain 2,820,187 et vend une licence exclusive à Bendix. IBM, Fujitsu et GE prennent tous des sous-licences après avoir déjà commencé le développement de leurs propres machines.
• 1958 : Le MIT publie un rapport sur l’économie de la CN, concluant que l’incarnation actuelle ne permet pas vraiment de gagner du temps, mais déplace plutôt la main-d’œuvre de l’étage de l’usine vers ceux qui créent les bandes perforées.

« Le système du M.I.T. combine des processus numériques et analogiques sous contrôle par rétroaction pour gouverner une fraiseuse dont l’outil de coupe se déplace dans trois plans par rapport à la pièce à usiner. Dans ce cas, le « modèle » de l’objet à fabriquer est fourni à la machine sous la forme d’une bande de papier perforé semblable à celle utilisée dans les systèmes de télétype. Pour une opération typique, 3 mètres de ruban permettent d’occuper la machine pendant une heure. » – William Pease, Scientific American

Vidéo : Vidéo promotionnelle de Sperry Numeric Control pour un lecteur de bande industriel

Nous concluons la première partie de cette série en trois parties avec une vidéo classique de l’époque : un aperçu de l’ère de l’usinage des années 1950.

« Ce lecteur de bande peut lire 20 lignes de bande en 200 millisecondes ! Conçu pour la fiabilité aussi bien que pour la vitesse, il peut lire tout un bloc d’information en une seule fois, éliminant ainsi le registre à décalage ou le stockage en mémoire qui est normal pour d’autres systèmes qui utilisent des lecteurs séquentiels. »