Automatycznie Programowane Narzędzie (APT)

Urodzone w Laboratorium Serwomechanizmów MIT w 1956 roku, jako pomysł Computer Applications Group, Automatycznie Programowane Narzędzie (APT) jest łatwym w użyciu, wysokopoziomowym językiem programowania przeznaczonym specjalnie do generowania instrukcji dla obrabiarek sterowanych numerycznie. Oryginalna wersja poprzedzała FORTRAN, ale późniejsze wersje były przepisywane w FORTRAN.

APT był językiem stworzonym do pracy z pierwszą maszyną NC MIT, jedną z pierwszych na świecie. Stał się on standardem programowania obrabiarek sterowanych komputerowo i był powszechnie używany w latach 70-tych. Rozwój APT był sponsorowany przez Siły Powietrzne, a ostatecznie został dodany do domeny publicznej.

Szef Computer Applications Group, Douglas T. Ross, jest znany jako ojciec APT. On także ukuł później termin „projektowanie wspomagane komputerowo” (CAD).

Narodziny sterowania numerycznego

Przed pojawieniem się maszyn sterowanych numerycznie przez komputer, najpierw nastąpił rozwój sterowania numerycznego i pierwszych obrabiarek NC. I chociaż istnieją pewne rozbieżności w różnych relacjach dotyczących szczegółów historycznych, pierwsze obrabiarki NC były zarówno odpowiedzią na specyficzne wyzwania produkcyjne, przed którymi stanęło wojsko, jak i naturalną kontynuacją systemu kart dziurkowanych.

„Sterowanie numeryczne zaznaczyło początek drugiej rewolucji przemysłowej i nadejście ery, w której kontrola maszyn i procesów przemysłowych przejdzie od niedokładnego projektu do nauki ścisłej.” – The Society of Manufacturing Engineers

MEET JOHN T. PARSONS, THE FATHER OF NUMERICAL CONTROL

Amerykański wynalazca John T. Parsons (1913-2007) jest powszechnie uważany za ojca sterowania numerycznego, które wymyślił i wdrożył z pomocą inżyniera lotniczego Franka L. Stulena. Syn producenta z Michigan, Parsons rozpoczął pracę w fabryce ojca jako monter w wieku 14 lat. Później był właścicielem i operatorem wielu zakładów produkcyjnych w ramach rodzinnej firmy Parsons Manufacturing Co.

Parsons posiada pierwszy patent NC i został wprowadzony do National Inventors Hall of Fame za swoją przełomową pracę w dziedzinie sterowania numerycznego. W sumie Parsons posiada 15 patentów, a kolejne 35 zostało przyznanych jego firmie. Society of Manufacturing Engineers przeprowadziło wywiad z Parsonsem w 2001 roku, aby poznać historię z jego perspektywy. Ta wciągająca lektura jest dostępna w archiwum online.

Wczesna oś czasu NC

• 1942: John T. Parsons zostaje podwykonawcą firmy Sikorsky Aircraft w zakresie budowy łopat wirnika helikoptera.

„Sikorsky wykonywał łopaty ręcznie. Ja wykonywałem uchwyty montażowe. Łopaty były skomplikowane, ponieważ na przednim końcu łopaty zainstalowany był ciężarek balansujący, który pomagał w przechyleniu łopaty do góry w celu zmiany kąta nachylenia. Moje techniki montażu sprawdziły się znakomicie.” – John T. Parsons

• 1944 r: Z powodu wady konstrukcyjnej w dźwigarze, jedna z pierwszych 18 wyprodukowanych łopat zawodzi, zabijając pilota. Parsons wpada na pomysł wytłoczenia łopat wirnika z metalu, aby uczynić je mocniejszymi i wyeliminować klej i śruby mocujące.
• 1946: Stworzenie narzędzia produkcyjnego do precyzyjnego wytwarzania łopatek miało być skomplikowane, więc Parsons zatrudnia inżyniera lotniczego Franka Stulena i wraz z trzema innymi osobami tworzy zespół inżynierski. Stulen wpada na pomysł wykorzystania kart dziurkowanych IBM do określenia poziomu naprężeń na ostrzach i wynajmuje siedem maszyn IBM do tego projektu.

„W 1948 roku cel łatwego zmieniania sekwencji ruchów automatycznej obrabiarki – w przeciwieństwie do zwykłego wprawiania w ruch ustalonej sekwencji – był realizowany na dwa główne sposoby: sterowanie znacznikami i sterowanie numeryczne. Pierwsze, jak widzieliśmy, wymagało fizycznego modelu przedmiotu, który miał być wytworzony (lub przynajmniej jego kompletnego rysunku, jak w przypadku Cincinnati Line-Tracer Hydro-Tel). Drugi wymagał nie obrazu gotowego obiektu lub części, lecz jedynie jego abstrakcji: modelu matematycznego i instrukcji dla maszyny.” – Elektryczność w gospodarce amerykańskiej

• 1949: Siły Powietrzne Stanów Zjednoczonych potrzebują pomocy przy ultraprecyzyjnej budowie skrzydeł. Parsons przedstawia swoją sterowaną numerycznie maszynę i otrzymuje kontrakt na 200 000 dolarów, aby ją urzeczywistnić.
• 1949: Parsons i Stulen pracowali z Snyder Machine & Tool Corp. nad maszyną i zdali sobie sprawę, że potrzebują serwomotorów, aby ich maszyna działała precyzyjnie. Parsons zleca wykonanie serwonapędów do „frezarek Card-a-matic” Laboratorium Serwomechanizmów MIT.
• 1951: Kontrakt na maszyny NC dla Sił Powietrznych zostaje przyznany MIT. Istnieją różne relacje na temat tego, co się stało, co doprowadziło do tego, że Parsons został wycięty z umowy: MIT przelicytował Parsonsa, a Parsonsowi zabrakło pieniędzy – to dwa konta (patrz poniżej).
• 1952 (maj): Parsons składa wniosek patentowy na „Motor Controlled Apparatus for Positioning Machine Tool”. Patent zostaje mu przyznany w 1958 r.

• 1952 (sierpień): W odpowiedzi MIT zgłasza patent na „Numerical Control Servo-System.”

MIT’s Account of the Dispute

„After World War II, the U. S. Air Force gave several contracts.Siły Powietrzne USA podpisały kilka kontraktów z Parsons Corporation na dalszy rozwój innowacji w zakresie obróbki sterowanej numerycznie, wprowadzonych przez jej założyciela Johna Parsonsa. Zainteresowany eksperymentami prowadzonymi w Laboratorium Serwomechanizmów MIT, Parsons zaproponował w 1949 roku, aby MIT został podwykonawcą projektu i dostarczył wiedzy na temat automatycznego sterowania. W ciągu następnych 10 lat MIT uzyskał kontrolę nad całym projektem, gdy wizja Laboratorium Serwomechanizmów dotycząca „trójosiowego sterowania ciągłą ścieżką” zastąpiła pierwotną koncepcję Parsonsa dotyczącą „pozycjonowania cięcia wgłębnego”. Konflikt zawsze kształtuje technologię, ale ta szczególna historia, opisana przez historyka Davida Noble’a, stała się ważną lekcją obiektową w historii technologii.”

Parsons’ Account of the Dispute

„Problem polegał na tym, że MIT przekroczył swój budżet ze mną o około 50 000 dolarów. W końcu musiałem poprosić rząd o więcej pieniędzy na serwomechanizm. MIT podał mi kwotę, którą wykorzystałem w ofercie, a następnie dodałem do niej moją część pracy. Więc złożyłem ofertę na podwyższenie ceny, a MIT przelicytował mnie.

„MIT powiedział mi, że mają jedną stawkę kosztów ogólnych dla przemysłu prywatnego, a drugą, niższą, dla rządu. Ale nigdy nie marzyłem, że ktoś tak renomowany jak MIT celowo pójdzie naprzód i przejmie mój projekt. MIT wiedziało, że koszty idą w górę i obawiało się, że rząd może wycofać się z całej transakcji. Szukali nawet maszyny, z którą mogliby eksperymentować. MIT wiedziało o wielu nadwyżkach rządowych obrabiarek używanych podczas II wojny światowej i poszli szukać jednej z nich, którą okazała się pionowa frezarka Cincinnati Hydro-Tel z łożem o wymiarach 24×60″. W tym momencie MIT wynegocjował nowy kontrakt z Air Force, który zasadniczo odsunął Parsons Company od dalszego rozwoju systemu NC.”

• 1952: MIT demonstruje swój 7-ścieżkowy system taśmy dziurkowanej (z artykułem Williama Pease’a w Scientific American), który jest złożony i drogi (250 lamp próżniowych, 175 przekaźników, w 5 szafkach wielkości lodówki).

SCIENTIFIC AMERICAN’S SEPTEMBER 1952 ISSUE

Wrześniowy numer Science American z 1952 roku poświęcony automatycznej kontroli wyprzedzał swoje czasy, Zawierał zestaw siedmiu artykułów o „samoregulujących się maszynach, które reprezentują naukową i technologiczną rewolucję, która potężnie ukształtuje przyszłość człowieka.” Modern Mechanix zeskanował i udostępnił pięć z tych artykułów, w tym „An Automatic Machine Tool” autorstwa Williama Pease’a z MIT o pierwszej stworzonej przez nich maszynie NC. Tagline brzmi: „Sterowanie ze sprzężeniem zwrotnym rozpoczęło postęp w obróbce metali. Przedstawiamy pierwszą relację z frezarki, która przekształca informacje na taśmie dziurkowanej w kontury gotowej części.”

• 1955: Concord Controls (utworzony przez członków oryginalnego zespołu MIT) tworzy Numericord, który zastępuje taśmę dziurkowaną w maszynie MIT NC czytnikiem taśmy magnetycznej, nad którym pracuje GE.

• 1958: Parsons otrzymuje patent USA 2,820,187 i sprzedaje wyłączną licencję firmie Bendix. IBM, Fujitsu i GE biorą sublicencje po rozpoczęciu prac nad własnymi maszynami.
• 1958: MIT publikuje raport na temat ekonomii NC, stwierdzając, że obecne wcielenie tak naprawdę nie oszczędza czasu, ale zamiast tego przenosi pracę z hali fabrycznej do osób tworzących taśmy dziurkowane.

„System M.I.T. łączy procesy cyfrowe i analogowe pod kontrolą sprzężenia zwrotnego, aby zarządzać frezarką, której narzędzie tnące porusza się w trzech płaszczyznach względem obrabianego przedmiotu. W tym przypadku „model” przedmiotu, który ma być wykonany, jest dostarczany do maszyny w postaci perforowanej taśmy papierowej, podobnej do stosowanej w systemach dalekopisowych. Przy typowej operacji, 10 stóp taśmy wystarcza na godzinę pracy maszyny.” – William Pease, Scientific American

Video: Sperry Numeric Control Promo Video for Industrial Tape Reader

Podsumowujemy część 1 tej trzyczęściowej serii klasycznym filmem z epoki: spojrzenie w erę obróbki skrawaniem lat 50-tych.

„Ten czytnik taśmy może odczytać 20 linii taśmy w ciągu 200 milisekund! Zaprojektowany z myślą o niezawodności, a także szybkości, może odczytać cały blok informacji za jednym razem, eliminując w ten sposób rejestr przesuwny lub magazyn pamięci, co jest normalne w innych systemach wykorzystujących czytniki sekwencyjne.”

.