Automatisch Geprogrammeerd Gereedschap (APT)

Geboren uit het MIT Servomechanismen Lab in 1956, als een geesteskind van de Computer Applications Group, Automatisch Geprogrammeerd Gereedschap (APT) is een gemakkelijk te gebruiken programmeertaal op hoog niveau, speciaal bedoeld om instructies te genereren voor numeriek bestuurde werktuigmachines. De oorspronkelijke versie ging vooraf aan FORTRAN, maar latere versies werden herschreven in FORTRAN.

APT was de taal die werd gecreëerd om te werken met MIT’s eerste NC-machine, een van de eerste ter wereld. Het werd de standaard voor het programmeren van computergestuurde werktuigmachines en werd gedurende de jaren zeventig op grote schaal gebruikt. De ontwikkeling van APT werd gesponsord door de luchtmacht, en het werd uiteindelijk toegevoegd aan het publieke domein.

Het hoofd van de Computer Applications Group, Douglas T. Ross, staat bekend als de vader van APT. Hij bedacht later ook de term “computer-aided design” (CAD).

De geboorte van numerieke besturing

Vóór de komst van computer-numeriek bestuurde machines, kwam eerst de ontwikkeling van numerieke besturing en de eerste NC-bewerkingsmachines. En hoewel er enige discrepanties bestaan in de verschillende verslagen over de historische details, waren de eerste NC-bewerkingsmachines zowel een antwoord op specifieke fabricage-uitdagingen van het leger als een natuurlijke voortzetting van het ponskaartsysteem.

“Numerieke besturing markeerde het begin van de tweede industriële revolutie en de komst van een tijdperk waarin de besturing van machines en industriële processen zou overgaan van onnauwkeurig ontwerp naar exacte wetenschap.” – The Society of Manufacturing Engineers

MEET JOHN T. PARSONS, THE FATHER OF NUMERICAL CONTROL

Amerikaanse uitvinder John T. Parsons (1913-2007) wordt algemeen beschouwd als de vader van de numerieke besturing, die hij bedacht en uitvoerde met de hulp van vliegtuigingenieur Frank L. Stulen. Als zoon van een fabrikant uit Michigan begon Parsons op 14-jarige leeftijd in de fabriek van zijn vader te werken als assembleur. Later was hij eigenaar en exploitant van een aantal fabrieken onder het familiebedrijf, Parsons Manufacturing Co.

Parsons is houder van het eerste NC-patent en werd opgenomen in de National Inventors Hall of Fame voor zijn baanbrekende werk op het gebied van numerieke besturing. In totaal bezit Parsons 15 octrooien, terwijl nog eens 35 aan zijn bedrijf zijn toegekend. De Society of Manufacturing Engineers interviewde Parsons in 2001 om het verhaal vanuit zijn perspectief te belichten. Deze boeiende lezing is beschikbaar in een online archief.

Early NC Timeline

• 1942: John T. Parsons wordt door Sikorsky Aircraft ingehuurd om rotorbladen voor helikopters te maken.

“Sikorsky maakte de bladen met de hand. Ik maakte montagebeugels. De bladen waren gecompliceerd omdat er een balansgewicht aan de voorkant van het blad was geïnstalleerd om te helpen bij het omhoog kantelen voor de hoekverstelling. Mijn assemblagetechnieken werkten geweldig.” – John T. Parsons

• 1944: Door een ontwerpfout in het rondhout mislukt een van de eerste 18 bladen die werden gemaakt, waarbij de piloot om het leven kwam. Parsons komt op het idee om de rotorbladen uit metaal te persen om ze sterker te maken en de lijm- en schroefbevestiging te elimineren.
• 1946: Het maken van een productiegereedschap om de bladen precies te produceren zou ingewikkeld worden, dus Parsons huurt vliegtuigingenieur Frank Stulen in en stelt een ingenieursteam samen met drie anderen. Stulen komt op het idee om IBM ponskaarten te gebruiken om de spanningsniveaus op de bladen te bepalen, en ze huren zeven IBM machines voor het project.

“In 1948 werd het doel om de volgorde van de bewegingen van een automatisch werktuig voor machines gemakkelijk te kunnen variëren – in tegenstelling tot het louter in gang zetten van een vaste volgorde – op twee belangrijke manieren nagestreefd: tracerbesturing en numerieke besturing. De eerste manier vereiste, zoals we hebben gezien, een fysiek model van het te vervaardigen voorwerp (of op zijn minst een volledige tekening ervan, zoals bij de Cincinnati Line-Tracer Hydro-Tel). Het tweede vereiste geen afbeelding van het afgewerkte voorwerp of onderdeel, maar slechts een abstractie ervan: een wiskundig model en instructies voor de machine”. – Elektriciteit in de Amerikaanse economie

• 1949: De Amerikaanse luchtmacht heeft hulp nodig bij de ultra-precieze constructie van vleugels. Parsons stelt zijn numeriek bestuurde machine voor en krijgt een contract van 200.000 dollar om deze te verwezenlijken.
• 1949: Parsons en Stulen hadden samengewerkt met Snyder Machine & Tool Corp. aan de machine en realiseerden zich dat ze servomotoren nodig hadden om hun machine nauwkeurig te laten werken. Parsons besteedt de servo’s voor de “Card-a-matic Milling Machines” uit aan het MIT Servomechanisms Laboratory.
• 1951: De Air Force NC machine deal wordt nu toegekend aan MIT. Er zijn verschillende verslagen over wat er gebeurde waardoor Parsons uit de deal werd gehaald: MIT onderbood Parsons en Parsons had geen geld meer zijn twee verklaringen (zie hieronder).
• 1952 (mei): Parsons vraagt een patent aan voor “Motor Controlled Apparatus for Positioning Machine Tool.” Hij krijgt het patent in 1958.

• 1952 (augustus): Als reactie vraagt MIT patent aan voor “Numerical Control Servo-System.”

MIT’s Account of the Dispute

“Na de Tweede Wereldoorlog gaf de U.Na de Tweede Wereldoorlog gaf de Amerikaanse luchtmacht verschillende contracten aan de Parsons Corporation voor de verdere ontwikkeling van de innovaties op het gebied van numerieke besturing die door de oprichter John Parsons waren gedaan. Geïnteresseerd in experimenten die werden uitgevoerd in het MIT Servomechanisms Laboratory, stelde Parsons in 1949 voor dat MIT onderaannemer van het project zou worden om expertise op het gebied van automatische besturing te leveren. In de daaropvolgende 10 jaar kreeg MIT de controle over het hele project toen de visie van het Servomechanismen Laboratorium van “drie-assige continue trajectbesturing” de oorspronkelijke Parsons-conceptie van “positionering door middel van dompelsnijden” verving. Conflicten geven altijd vorm aan technologie, maar dit specifieke verhaal, opgetekend door historicus David Noble, is een belangrijke les geworden in de geschiedenis van de technologie”.

Parsons’ relaas van het geschil

“Het probleem was dat MIT hun budget met mij met ongeveer 50.000 dollar overschreed. Uiteindelijk moest ik de regering om meer geld vragen voor het servomechanisme. MIT gaf me een bedrag dat ik gebruikte voor het bod en dan voegde ik mijn deel van het werk toe. Ik vroeg dus om een prijsverhoging en MIT bood me te weinig. “MIT zei me dat ze een overheadtarief hadden voor de privé-industrie en een lager tarief voor de overheid. Maar ik had nooit kunnen dromen dat zo’n gerenommeerd iemand als MIT opzettelijk mijn project zou overnemen. MIT wist dat de kosten zouden stijgen, en ze waren bang dat de regering zich zou terugtrekken uit de hele deal. Ze waren zelfs op zoek naar een machine om mee te experimenteren. Het MIT was op de hoogte van een heleboel overtollige gereedschapsmachines die tijdens de Tweede Wereldoorlog waren gebruikt en ging op zoek naar een van die machines, namelijk een Cincinnati Hydro-Tel verticale freesmachine met een bedmaat van 24×60″. Op dat moment onderhandelde MIT over een nieuw contract met de luchtmacht dat de Parsons Company in wezen verwijderde van verdere ontwikkeling van het NC-systeem.”

• 1952: MIT demonstreert hun 7-sporen ponsbandsysteem (met artikel van William Pease in Scientific American), dat complex en duur is (250 vacuümbuizen, 175 relais, in 5 kasten ter grootte van een koelkast).

SCIENTIFIC AMERICAN’S SEPTEMBER 1952 ISSUE

Scientific American’s septembernummer 1952 over automatische besturing was zijn tijd ver vooruit, met een reeks van zeven artikelen over “zelfregulerende machines, die een wetenschappelijke en technologische revolutie vertegenwoordigen die de toekomst van de mens op krachtige wijze vorm zal geven.” Modern Mechanix scande en deelde vijf van de artikelen, waaronder “An Automatic Machine Tool” van MIT’s William Pease over de eerste NC-machine die zij maakten. De slogan luidt: “Terugkoppelingscontrole begint opgang te maken bij de bewerking van metalen. Het eerste verslag van een freesmachine die informatie op ponsband omzet in de contouren van een afgewerkt onderdeel.”

• 1955: Concord Controls (gevormd door leden van het oorspronkelijke MIT-team) maakt de Numericord, die de ponsband op de MIT NC-machine vervangt door een magneetbandlezer waar GE aan werkt.

• 1958: Parsons krijgt US Patent 2,820,187 en verkoopt een exclusieve licentie aan Bendix. IBM, Fujitsu en GE nemen allemaal sublicenties na al te zijn begonnen met de ontwikkeling van hun eigen machines.
• 1958: MIT publiceert rapport over de economie van NC, met als conclusie dat de huidige incarnatie niet echt tijd bespaart, maar in plaats daarvan arbeid verplaatst van de fabrieksvloer naar degenen die de ponsbanden maken.

“Het M.I.T. systeem combineert digitale en analoge processen onder terugkoppelingscontrole om een freesmachine te besturen waarvan het snijgereedschap in drie vlakken ten opzichte van het werkstuk beweegt. In dit geval wordt het “model” van het te vervaardigen voorwerp aan de machine geleverd in de vorm van een geperforeerde papieren band, vergelijkbaar met die welke in teletypesystemen wordt gebruikt. Voor een typische bewerking kan een meter tape de machine een uur bezig houden.” – William Pease, Scientific American

Video: Sperry Numeric Control Promo Video for Industrial Tape Reader

We sluiten deel 1 van deze driedelige serie af met een klassieke video uit die tijd: een kijkje in het machinetijdperk van de jaren 1950.

“Deze bandlezer kan 20 regels band lezen in 200 milliseconden! Ontworpen voor zowel betrouwbaarheid als snelheid, kan hij een heel blok informatie in één keer lezen, waardoor het schuifregister of de geheugenopslag die normaal is voor andere systemen die sequentiële lezers gebruiken, overbodig wordt.”