Automatiskt programmerat verktyg (APT)

Automatiskt programmerat verktyg (APT) är ett lättanvänt programmeringsspråk på hög nivå som är avsett att generera instruktioner för numeriskt styrda verktygsmaskiner och som utvecklades i MIT:s laboratorium för servomekanismer 1956. Den ursprungliga versionen föregick FORTRAN, men senare versioner skrevs om i FORTRAN.

APT var det språk som skapades för att fungera med MIT:s första NC-maskin, en av de första i världen. Det fortsatte att bli standard för programmering av datorstyrda verktygsmaskiner och användes i stor utsträckning under 1970-talet. Utvecklingen av APT sponsrades av flygvapnet, och det lades så småningom till den offentliga domänen.

Den som var chef för Computer Applications Group, Douglas T. Ross, är känd som APT:s fader. Han myntade också senare begreppet ”datorstödd konstruktion” (CAD).

Numerisk styrnings födelse

För att datorstyrda maskiner skulle komma till, utvecklades först numerisk styrning och de första NC-verktygsmaskinerna. Och även om det finns vissa diskrepanser i olika redogörelser för de historiska detaljerna var de första NC-verktygsmaskinerna både ett svar på specifika tillverkningsutmaningar som militären ställdes inför och en naturlig utveckling av hålkortssystemet.

”Numerisk styrning markerade början på den andra industriella revolutionen och inledningen på en tidsålder där styrningen av maskiner och industriella processer skulle övergå från ett oprecist utkast till en exakt vetenskap”. – The Society of Manufacturing Engineers

MÖT JOHN T. PARSONS, FADERN TILL NUMERISK KONTROLL

Den amerikanska uppfinnaren John T. Parsons (1913-2007) anses allmänt vara fadern till numerisk styrning, som han tänkte ut och genomförde med hjälp av flygplansingenjören Frank L. Stulen. Parsons var son till en tillverkare i Michigan och började arbeta i sin fars fabrik som montör vid 14 års ålder. Senare ägde och drev han ett antal tillverkningsanläggningar under familjeföretaget Parsons Manufacturing Co.

Parsons innehar det första NC-patentet och har tagits in i National Inventors Hall of Fame för sitt banbrytande arbete med numerisk styrning. Totalt har Parsons 15 patent, och ytterligare 35 har beviljats till hans företag. Society of Manufacturing Engineers intervjuade Parsons 2001 för att få historien ur hans perspektiv. Denna engagerande läsning finns tillgänglig i ett online-arkiv.

Från NC Timeline

• 1942: John T. Parsons anlitas som underleverantör av Sikorsky Aircraft för att bygga rotorblad för helikoptrar.

”Sikorsky tillverkade blad för hand. Jag tillverkade monteringsanordningar. Bladen var komplicerade eftersom en balansvikt installerades på bladets främre del för att hjälpa till med att luta uppåt för pitch-ändringsvinkeln. Mina monteringstekniker fungerade utmärkt.” – John T. Parsons

• 1944: På grund av ett konstruktionsfel i holmen går ett av de första 18 bladen som tillverkades sönder och piloten dör. Parsons får idén att stämpla rotorbladen i metall för att göra dem starkare och eliminera lim- och skruvinfästningen.
• 1946: Det skulle bli komplicerat att skapa ett tillverkningsverktyg för att producera bladen exakt, så Parsons anlitar flygplansingenjören Frank Stulen och sätter ihop ett ingenjörsteam med tre andra. Stulen får idén att använda IBM- hålkort för att bestämma spänningsnivåerna på bladen, och de hyr sju IBM-maskiner för projektet.

”År 1948 eftersträvades målet att enkelt kunna variera rörelsesekvensen i en automatisk verktygsmaskin – i motsats till att bara sätta igång en fast sekvens – på två huvudsakliga sätt: spårningsstyrning och numerisk styrning. Det första krävde, som vi har sett, en fysisk modell av det objekt som skulle tillverkas (eller åtminstone en fullständig ritning av det, som med Cincinnati Line-Tracer Hydro-Tel). Den andra krävde inte en bild av det färdiga objektet eller den färdiga delen, utan endast en abstraktion av det: en matematisk modell och instruktioner till maskinen.” – Elektricitet i den amerikanska ekonomin

• 1949: Det amerikanska flygvapnet behöver hjälp med att bygga ytterst exakta vingar. Parsons presenterar sin numeriskt styrda maskin och får ett kontrakt på 200 000 dollar för att förverkliga den.
• 1949: Parsons och Stulen hade arbetat med maskinen tillsammans med Snyder Machine & Tool Corp. och insåg att de behövde servomotorer för att deras maskin skulle fungera exakt. Parsons lägger ut servomotorerna till ”Card-a-matic fräsmaskinerna” på underleverantör till MIT Servomechanisms Laboratory.
• 1951: Air Force NC-maskinavtalet tilldelas nu MIT. Det finns olika redogörelser för vad som hände som ledde till att Parsons blev avstängd från affären: MIT lade ett för lågt bud på Parsons och Parsons fick slut på pengar, enligt två beskrivningar (se nedan).
• 1952 (maj): Parsons fick ett för lågt bud och Parsons fick slut på pengar: Parsons lämnar in ett patent för ”Motor Controlled Apparatus for Positioning Machine Tool”. Han beviljas patentet 1958.

• 1952 (augusti): Som svar lämnar MIT in patent på ”Numerical Control Servo-System”

MIT:s redogörelse för tvisten

”Efter andra världskriget började U.US Air Force gav flera kontrakt till Parsons Corporation för att vidareutveckla de innovationer inom numeriskt styrd maskinbearbetning som dess grundare John Parsons hade gjort. Parsons var intresserad av de experiment som genomfördes vid MIT:s laboratorium för servomekanismer och föreslog 1949 att MIT skulle bli en underleverantör till projektet för att tillhandahålla expertis om automatisk styrning. Under de följande tio åren fick MIT kontroll över hela projektet när Servomechanisms Laboratory:s vision av ”kontinuerlig banstyrning i tre axlar” ersatte Parsons ursprungliga vision av ”positionering av djupskärande bearbetning”. Konflikter formar alltid tekniken, men den här historien, som historikern David Noble har beskrivit, har blivit en viktig lektion i teknikens historia.”

Parsons redogörelse för tvisten

”Problemet var att MIT överskred sin budget med mig med ungefär 50 000 dollar. Jag var till slut tvungen att be regeringen om mer pengar för servomekanismen. MIT gav mig ett belopp som jag använde för anbudet och sedan lade jag till min del av arbetet. Så jag lade in mitt anbud för en prishöjning, och MIT underbudde mig.

”MIT berättade för mig att de hade en omkostnadssats för den privata industrin och en annan, lägre, för regeringen. Men jag drömde aldrig om att någon så välrenommerad person som MIT medvetet skulle gå vidare och ta över mitt projekt. MIT visste att kostnaderna skulle stiga, och de var rädda att regeringen skulle backa ur hela affären. De letade till och med efter en maskin att experimentera med. MIT kände till en hel del statliga överskottsverktygsmaskiner som använts under andra världskriget, och de letade efter en, som slutade med att vara en vertikal fräsmaskin av typen Cincinnati Hydro-Tel med en bäddstorlek på 24×60 tum. Vid denna tidpunkt förhandlade MIT fram ett nytt kontrakt med flygvapnet som i stort sett tog bort Parsons Company från fortsatt utveckling av NC-systemet.”

• 1952: MIT demonstrerar sitt 7-spårs hålbandssystem (med artikel av William Pease i Scientific American), som är komplicerat och dyrt (250 vakuumrör, 175 reläer, i 5 skåp av kylskåpsstorlek).

SCIENTIFIC AMERICAN’S SEPTEMBER 1952 ISSUE

Scientific Americans septembernummer 1952 om automatisk styrning var långt före sin tid, med sju artiklar om ”självreglerande maskiner, som representerar en vetenskaplig och teknisk revolution som kraftfullt kommer att forma människans framtid”.” Modern Mechanix skannade och delade fem av artiklarna, bland annat ”An Automatic Machine Tool” av MIT:s William Pease om den första NC-maskinen de skapade. Tagline lyder: ”Återkopplingskontrollen har börjat göra framsteg i metallbearbetningen. Här presenteras den första beskrivningen av en fräsmaskin som omvandlar information på ett stansat band till konturerna på en färdig del.”

• 1955: Concord Controls (bildat av medlemmar av det ursprungliga MIT-teamet) skapar Numericord, som ersätter stansbandet på MIT:s NC-maskin med en magnetbandsläsare som GE arbetar med.

• 1958: Parsons får det amerikanska patentet 2 820 187 och säljer en exklusiv licens till Bendix. IBM, Fujitsu och GE tar alla underlicenser efter att redan ha påbörjat utvecklingen av sina egna maskiner.
• 1958: MIT publicerar en rapport om de ekonomiska aspekterna av NC och drar slutsatsen att den nuvarande versionen inte sparar tid, utan istället flyttar arbetskraft från fabriksgolvet till dem som skapar stansbanden.

”M.I.T.-systemet kombinerar digitala och analoga processer under återkoppling för att styra en fräsmaskin vars skärverktyg rör sig i tre plan i förhållande till arbetsstycket. I detta fall levereras ”modellen” av det objekt som skall tillverkas till maskinen i form av ett perforerat pappersband som liknar det som används i teletypsystem. För en typisk operation räcker 10 fot band för att hålla maskinen sysselsatt i en timme.” – William Pease, Scientific American

Video: Sperry Numeric Control Promo Video for Industrial Tape Reader

Vi avslutar del 1 i denna tredelade serie med en klassisk video från den tiden: en glimt av 1950-talets maskinbearbetningsepok.

”Denna bandläsare kan läsa 20 rader av band på 200 millisekunder! Den är utformad både för tillförlitlighet och snabbhet och kan läsa ett helt informationsblock på en gång, vilket eliminerar skiftregistret eller minneslagret som är normalt för andra system som använder sekventiella läsare.”