История числового программного управления

This article's lead section may be too short to adequately summarize the key points. Please consider expanding the lead to provide an accessible overview of all important aspects of the article. (January 2015)

История числового программного управления (ЧПУ) началась, когда автоматизация станков впервые включила концепции абстрактно-программируемой логики, и продолжается сегодня благодаря непрерывному развитию технологии числового программного управления (ЧПУ).

Первые станки с ЧПУ были построены в 1940-х и 1950-х годах на основе существующих инструментов, которые были модифицированы двигателями, которые перемещали элементы управления в соответствии с точками, введенными в систему на перфоленте . Эти ранние сервомеханизмы были быстро дополнены аналоговыми и цифровыми компьютерами, что привело к созданию современных станков с ЧПУ, которые произвели революцию в процессах обработки .

Автоматизация управления станками началась в 19 веке с кулачков , которые «играли» на станке так же, как кулачки долгое время играли в музыкальных шкатулках или управляли сложными часами с кукушкой . Томас Бланшар построил свои токарные станки для копирования оружия (1820–30-е годы), а работа таких людей, как Кристофер Майнер Спенсер, превратила револьверный токарный станок в токарно -винторезный станок (1870-е годы). Автоматизация на основе кулачков уже достигла высокоразвитого состояния к Первой мировой войне (1910-е годы).

Однако автоматизация с помощью кулачков принципиально отличается от числового управления, поскольку ее нельзя абстрактно запрограммировать. Кулачки могут кодировать информацию, но получение информации с абстрактного уровня ( инженерный чертеж , модель САПР или другой замысел проекта) в кулачке — это ручной процесс, требующий обработки на станке или опиловки . Напротив, числовое управление позволяет передавать информацию из замысла проекта в управление машиной с помощью абстракций, таких как числа и языки программирования .

Различные формы абстрактно программируемого управления существовали в 19 веке: формы ткацкого станка Жаккарда , игровых пианино и механических компьютеров, изобретенных Чарльзом Бэббиджем и другими. Эти разработки имели потенциал для конвергенции с автоматизацией управления станками, начавшейся в том веке, но конвергенция произошла лишь спустя много десятилетий.

Применение гидравлики к автоматизации на основе кулачков привело к появлению машин для трассировки, которые использовали стилус для трассировки шаблона, например, огромная машина Pratt & Whitney «Keller Machine», которая могла копировать шаблоны размером в несколько футов. ^[1] Другим подходом была «запись и воспроизведение», впервые примененная в General Motors (GM) в 1950-х годах, которая использовала систему хранения для записи движений человека-машиниста, а затем воспроизводила их по требованию. Аналогичные системы распространены даже сегодня, в частности, «обучающий токарный станок», который дает новым машинистам практическое представление о процессе. Однако ни одна из них не была числово-программируемой и требовала опытного машиниста на определенном этапе процесса, потому что «программирование» было физическим, а не числовым.

Одним из препятствий для полной автоматизации были требуемые допуски процесса обработки, которые обычно составляют порядка тысячных долей дюйма. Хотя подключение какого-либо элемента управления к устройству хранения, такому как перфокарты, было простым, обеспечение того, чтобы элементы управления были перемещены в правильное положение с требуемой точностью, было другой проблемой. Движение инструмента приводило к изменению сил на элементах управления, что означало бы, что линейный ввод не приводил бы к линейному движению инструмента. Другими словами, элемент управления, такой как элемент управления жаккардового ткацкого станка, не мог работать на станках, потому что его движения были недостаточно сильными; разрезаемый металл «отбивался» от него с большей силой, чем элемент управления мог должным образом противодействовать.

Ключевым достижением в этой области стало внедрение сервомеханизма , который производил мощное, контролируемое движение с высокоточной измерительной информацией. Соединение двух сервоприводов вместе создавало синхропривод , в котором движения удаленного сервопривода точно соответствовали движениям другого. Используя различные механические или электрические системы, выход синхроприводов можно было считывать, чтобы убедиться, что произошло правильное движение (другими словами, формируя замкнутую систему управления).

Первое серьезное предположение о том, что синхронизаторы могут быть использованы для управления механической обработкой, было сделано Эрнстом Ф. В. Александерссоном , шведским иммигрантом в США, работавшим в General Electric (GE). Александерссон работал над проблемой усиления крутящего момента, что позволяло небольшому выходу механического компьютера приводить в действие очень большие двигатели, которые GE использовала как часть более крупной системы наведения орудий для кораблей ВМС США . Как и механическая обработка, наведение орудий требует очень высокой точности — доли градуса — и силы во время движения орудийных башен были нелинейными, особенно когда корабли качались на волнах. ^[2]

В ноябре 1931 года Александерсон предложил Отделу промышленной инженерии использовать те же системы для управления входами станков, позволяя им следовать контуру шаблона без сильного физического контакта, необходимого для существующих инструментов, таких как машина Келлера. Он заявил, что это «вопрос прямой инженерной разработки». ^[2] Однако эта концепция опережала свое время с точки зрения развития бизнеса , и GE не воспринимала этот вопрос всерьез до тех пор, пока несколько лет спустя другие не стали пионерами в этой области.

Рождение NC обычно приписывают Джону Т. Парсонсу и Фрэнку Л. Стулене , ^[3] работавшим в Parsons Corp. в Траверс-Сити, штат Мичиган. За этот вклад они были совместно награждены Национальной медалью технологий в 1985 году за «революционизацию производства автомобилей и самолетов с числовым программным управлением для машин». ^[4]

В 1942 году бывший глава производства Ford Trimotor Билл Стаут сказал Парсонсу, что вертолеты станут «следующим большим событием» . Он позвонил в Sikorsky Aircraft, чтобы узнать о возможной работе, и вскоре получил контракт на изготовление деревянных стрингеров в лопастях ротора . В то время лопасти ротора (вращающиеся крылья) строились таким же образом, как и неподвижные крылья , состоящие из длинного трубчатого стального лонжерона со стрингерами (или, точнее, нервюрами ), установленными на них для обеспечения аэродинамической формы, которая затем покрывалась напряженной обшивкой . Стрингеры для роторов были построены по проекту, предоставленному Сикорским, который был отправлен Парсонсу в виде серии из 17 точек, определяющих контур. Затем Парсонсу пришлось «заполнить» точки французской кривой, чтобы создать контур. Был изготовлен деревянный шаблон для формирования внешней части контура, и куски дерева, образующие стрингер, были помещены под давлением на внутреннюю часть шаблона, чтобы они образовали правильную кривую. Затем внутри этого контура был собран ряд элементов ферменной конструкции для обеспечения прочности. ^[5]

После организации производства на заброшенной мебельной фабрике и наращивания производства одна из лопастей вышла из строя, и ее отследили до проблемы в лонжероне. По крайней мере часть проблемы, по-видимому, возникла из-за точечной сварки металлического воротника на стрингере с металлическим лонжероном. Воротник был встроен в стрингер во время строительства, затем надвинут на лонжерон и приварен в нужном положении. Парсонс предложил новый метод крепления стрингеров непосредственно к лонжерону с помощью клея, который никогда ранее не использовался в конструкции самолета. ^[5]

Это развитие привело Парсонса к рассмотрению возможности использования штампованных металлических стрингеров вместо дерева. Они были бы не только намного прочнее, но и намного проще в изготовлении, поскольку они исключали бы сложную укладку и крепление клеем и винтами на дереве. Дублирование этого в металлическом штампе потребовало бы замены деревянного шаблона на инструмент для резки металла из инструментальной стали . Такое устройство было бы нелегко изготовить, учитывая сложный контур. В поисках идей Парсонс посетил Райт-Филд, чтобы встретиться с Фрэнком Л. Стуленом , руководителем отделения роторного крыла Propeller Lab. Во время их разговора Стулен пришел к выводу, что Парсонс на самом деле не знает, о чем говорит. Парсонс понял, что Стулен пришел к такому выводу, и нанял его на месте. Стулен начал работу 1 апреля 1946 года и нанял трех новых инженеров, чтобы присоединиться к нему. ^[5]

Брат Стулена работал в Curtis Wright Propeller и упомянул, что они использовали калькуляторы с перфокартами для инженерных расчетов. Стулен решил перенять идею для выполнения расчетов напряжений на роторах, первых подробных автоматизированных расчетов на роторах вертолетов. ^[5] Когда Парсонс увидел, что Стулен делает с перфокарточными машинами, он спросил Стулена, можно ли их использовать для создания контура с 200 точками вместо 17, которые им были даны, и сместить каждую точку на радиус режущего инструмента фрезы. Если вы сделаете надрез в каждой из этих точек, то получите относительно точный вырез стрингера. Это может разрезать инструментальную сталь, а затем легко опилить до гладкого шаблона для штамповки металлических стрингеров. ^[5]

У Штуллена не возникло проблем с созданием такой программы, и он использовал ее для создания больших таблиц чисел, которые переносились на пол машины. Здесь один оператор считывал числа с таблиц двум другим операторам, по одному на каждой из осей X и Y. Для каждой пары чисел операторы перемещали режущую головку в указанное место, а затем опускали инструмент, чтобы сделать рез. ^[5] Это называлось «методом по числам» или, более технически, «позиционированием врезания». ^[6] Это был трудоемкий прототип сегодняшней 2,5-осевой обработки (обработка по двум с половиной осям).

В этот момент Парсонс задумал полностью автоматизированный станок. При достаточном количестве точек на контуре не требовалось бы ручной работы для его очистки. Однако при ручном управлении время, сэкономленное за счет более точного соответствия детали контуру, компенсировалось временем, необходимым для перемещения элементов управления. Если бы входы машины были подключены непосредственно к считывателю карт, эта задержка и любые связанные с этим ручные ошибки были бы устранены, а количество точек можно было бы значительно увеличить. Такая машина могла бы многократно выбивать идеально точные шаблоны по команде. Но в то время у Парсонса не было средств для разработки своих идей.

Когда один из продавцов Parsons был с визитом в Райт-Филд , ему рассказали о проблемах, с которыми столкнулись недавно сформированные ВВС США с новыми реактивными конструкциями. Он спросил, может ли Parsons чем-то помочь им. Parsons показал Lockheed свою идею автоматизированного станка, но они не проявили интереса. Они решили использовать 5-осевые копировальные машины для изготовления стрингеров, вырезая по металлическому шаблону, и уже заказали дорогой режущий станок. Но, как заметил Parsons:

Теперь представьте себе ситуацию на минуту. Lockheed заключила контракт на проектирование машины для производства этих крыльев. Эта машина имела пять осей движения резака, и каждая из них контролировалась трассером с помощью шаблона. Никто не использовал мой метод изготовления шаблонов, так что представьте, каковы были шансы сделать точную форму аэродинамического профиля с неточными шаблонами. ^[5]

Опасения Парсона вскоре оправдались, и протесты Lockheed о том, что они могут решить проблему, в конечном итоге оказались пустыми. В 1949 году ВВС организовали финансирование для Парсонса, чтобы он мог построить свои машины самостоятельно. ^[5] Ранняя работа с Snyder Machine & Tool Corp доказала, что система прямого управления органами управления от двигателей не обеспечивает точности, необходимой для настройки машины на идеально гладкую резку. Поскольку механические органы управления не реагировали линейно, нельзя было просто управлять ею с заданным количеством мощности, потому что разные силы означали, что одно и то же количество мощности не всегда будет производить одинаковое количество движения в органах управления. Независимо от того, сколько точек было включено, контур все равно будет грубым. Парсонс столкнулся с той же проблемой, которая помешала сближению органов управления типа Жаккарда с обработкой на станках.

В 1952 году корпорация Arma , которая во время войны много работала над дальномерами для обороны, объявила о первом коммерческом токарном станке с числовым программным управлением, разработанном доктором Ф. У. Каннингемом. Первый автоматизированный токарный станок Arma был изготовлен в 1948 году и анонсирован в 1950 году. ^{[7] [8] [9]}

Это не было неразрешимой проблемой, но требовало какой-то системы обратной связи, например сельсина , для непосредственного измерения того, насколько далеко фактически повернулись элементы управления. Столкнувшись с пугающей задачей создания такой системы, весной 1949 года Парсонс обратился в Лабораторию сервомеханизмов Гордона С. Брауна в Массачусетском технологическом институте , которая была мировым лидером в области механических вычислений и систем обратной связи. ^[10] Во время войны Лаборатория построила ряд сложных устройств с приводом от двигателя, таких как системы моторизованных орудийных башен для Boeing B-29 Superfortress и автоматическая система слежения для радара SCR-584 . Они, естественно, подходили для технологического переноса в прототип автоматизированной машины Парсонса «по числам».

Команду MIT возглавил Уильям Пиз, которому помогал Джеймс Макдоноу. Они быстро пришли к выводу, что конструкцию Парсонса можно значительно улучшить; если бы машина не просто резала в точках A и B, а вместо этого плавно перемещалась между точками, то она не только делала бы идеально гладкий рез, но и могла бы делать это с гораздо меньшим количеством точек — фреза могла бы резать линии напрямую, вместо того чтобы определять большое количество точек резки для «симуляции» линии. Было заключено трехстороннее соглашение между Парсонсом, MIT и ВВС, и проект официально выполнялся с июля 1949 года по июнь 1950 года. ^[11] Контракт предусматривал строительство двух «фрезерных станков Card-a-matic», прототипа и производственной системы. Оба должны были быть переданы Парсонсу для присоединения к одному из их станков с целью разработки поставляемой системы для резки стрингеров.

Вместо этого в 1950 году MIT выкупил излишки собственного завода Cincinnati Milling Machine Company "Hydro-Tel" и заключил новый контракт напрямую с ВВС, который заморозил дальнейшую разработку Parsons. ^[5] Позже Парсонс прокомментировал, что он "никогда не думал, что кто-то столь уважаемый, как MIT, намеренно возьмет на себя управление моим проектом". ^[5] Несмотря на то, что разработка была передана MIT, Парсонс подал заявку на патент на "Управляемый двигателем аппарат для позиционирования станка" 5 мая 1952 года, что вызвало подачу заявки MIT на "Сервосистему с числовым программным управлением" 14 августа 1952 года. Parsons получил патент США 2,820,187 ^[12] 14 января 1958 года, и компания продала исключительную лицензию Bendix . IBM , Fujitsu и General Electric приобрели сублицензии после того, как уже начали разработку собственных устройств.

MIT установил шестерни на различных входах маховика и приводил их в движение роликовыми цепями , соединенными с двигателями, по одному на каждую из трех осей машины (X, Y и Z). Соответствующий контроллер состоял из пяти шкафов размером с холодильник, которые вместе были почти такими же большими, как мельница, к которой они были подключены. Три шкафа содержали контроллеры двигателей, по одному контроллеру на каждый двигатель, два других — цифровую систему считывания. ^[1]

В отличие от оригинальной конструкции перфокарты Парсонса, конструкция MIT использовала стандартную 7-дорожечную перфоленту для ввода. Три дорожки использовались для управления различными осями машины, в то время как остальные четыре кодировали различную управляющую информацию. ^[1] Лента считывалась в шкафу, в котором также размещалось шесть релейных аппаратных регистров , по два на каждую ось. При каждой операции чтения ранее считанная точка копировалась в регистр «начальной точки», а вновь считанная — в регистр «конечной точки». ^[1] Лента считывалась непрерывно, и число в регистрах увеличивалось с каждым отверстием, встречавшимся на их управляющей дорожке, пока не встречалась инструкция «стоп», четыре отверстия в строке.

Последний шкаф содержал часы, которые посылали импульсы через регистры, сравнивали их и генерировали выходные импульсы, которые интерполировались между точками. Например, если точки были далеко друг от друга, выход имел бы импульсы с каждым тактовым циклом, тогда как близко расположенные точки генерировали бы импульсы только после нескольких тактовых циклов. Импульсы отправлялись в суммирующий регистр в контроллерах двигателей, подсчитывая количество импульсов каждый раз, когда они были получены. Суммирующие регистры были подключены к цифро-аналоговому преобразователю , который увеличивал мощность двигателей по мере увеличения счета в регистрах, заставляя элементы управления двигаться быстрее. ^[1]

Регистры уменьшались с помощью энкодеров, прикрепленных к двигателям и самой мельнице, что уменьшало счет на единицу для каждого градуса поворота. Как только достигалась вторая точка, счетчик устанавливался на ноль, импульсы от часов останавливались, и двигатели прекращали вращение. Каждый поворот элементов управления на 1 градус производил перемещение режущей головки на 0,0005 дюйма. Программист мог управлять скоростью резки, выбирая точки, которые были ближе друг к другу для медленных движений или дальше друг от друга для быстрых. ^[1]

Система была публично продемонстрирована в сентябре 1952 года, ^{[13] появившись в} журнале Scientific American того же месяца . ^[1] Система Массачусетского технологического института была выдающимся успехом по любым техническим меркам, быстро делая любую сложную резку с чрезвычайно высокой точностью, которую было бы нелегко повторить вручную. Однако система была ужасно сложной, включая 250 электронных ламп , 175 реле и многочисленные движущиеся части, что снижало ее надежность в производственной среде. Она также была дорогой; общий счет, представленный ВВС, составил 360 000,14 долларов США (2 641 727,63 долларов США в долларах 2005 года). ^[14] В период с 1952 по 1956 год система использовалась для фрезерования ряда единичных конструкций для различных авиационных фирм с целью изучения их потенциального экономического воздействия. ^[15]

Проекты ВВС по числовому программному управлению и фрезерному станку были официально завершены в 1953 году, но разработка продолжалась в Giddings and Lewis Machine Tool Co. и других местах. В 1955 году многие из команды MIT ушли, чтобы основать Concord Controls, коммерческую компанию NC при поддержке Giddings, производящую контроллер Numericord. ^[15] Numericord был похож на проект MIT, но заменил перфоленту на считыватель магнитной ленты , над которым работала General Electric. Лента содержала ряд сигналов разных фаз, которые напрямую кодировали угол различных элементов управления. Лента воспроизводилась с постоянной скоростью в контроллере, который устанавливал свою половину сельсина на закодированные углы, в то время как удаленная сторона была прикреплена к элементам управления машины. Проекты по-прежнему кодировались на бумажной ленте, но ленты переносились на считыватель/записывающее устройство, которое преобразовывало их в магнитную форму. Затем магнитные ленты можно было использовать на любой из машин на полу, где контроллеры были значительно упрощены. Разработанный для производства высокоточных штампов для пресса для обшивки самолетов, Numericord "NC5" был введен в эксплуатацию на заводе G&L в Фон-дю-Лаке, штат Висконсин, в 1955 году . ^[16]

Monarch Machine Tool также разработала токарный станок с числовым программным управлением, начав с 1952 года. Они продемонстрировали свой станок на Чикагской выставке станков 1955 года (предшественник сегодняшнего IMTS ), наряду с рядом других поставщиков с перфокарточными или бумажно-ленточными станками, которые были либо полностью разработаны, либо находились в форме прототипа. Среди них был Milwaukee-Matic II от Kearney and Trecker , который мог менять свой режущий инструмент под числовым программным управлением, ^[16] обычная функция на современных станках.

В отчете компании Boeing отмечалось, что «числовое управление доказало, что оно может снизить затраты, сократить сроки выполнения заказов, улучшить качество, сократить инструментарий и увеличить производительность». ^[16] Несмотря на эти разработки и восторженные отзывы немногих пользователей, внедрение ЧПУ было относительно медленным. Как позже заметил Парсонс:

Концепция ЧПУ была настолько странной для производителей и так медленно приживалась, что самой армии США в конце концов пришлось построить 120 машин ЧПУ и сдать их в аренду различным производителям, чтобы начать популяризацию ее использования. ^[5]

В 1958 году Массачусетский технологический институт опубликовал свой отчет об экономике Северной Каролины. Они пришли к выводу, что инструменты были конкурентоспособны с людьми-операторами, но просто переместили время с обработки на создание лент. В « Силах производства» Нобл ^[17] утверждает, что в этом и заключался весь смысл, когда дело касалось ВВС: перемещение процесса из сильно профсоюзного цеха в непрофсоюзное конструкторское бюро «белых воротничков» . Культурный контекст начала 1950-х годов, вторая «Красная угроза» с широко распространенным страхом перед разрывом бомбардировщиков и внутренней подрывной деятельностью , проливает свет на эту интерпретацию. Были сильные опасения, что Запад проиграет гонку за оборонное производство коммунистам, и что власть синдикалистов была путем к поражению, либо «становясь слишком мягким» (меньше продукции, больше удельных затрат), либо даже из-за симпатии к коммунистам и подрывной деятельности внутри профсоюзов (вытекающей из их общей темы расширения прав и возможностей рабочего класса).

Помимо экономической неэффективности, продемонстрированной первыми попытками NC, время и усилия, необходимые для создания лент, также создавали возможности для производственных ошибок. Это стало мотивацией для контрактов ВВС, продолжавшихся в 1958 году, таких как проект Automatically Programmed Tool и отчет, а затем и более поздний проект Computer-Aided Design: A Statement of Objectives 1960 Дугласа (Дуга) Т. Росса .

Многие команды для экспериментальных деталей программировались «вручную» для создания перфолент, которые использовались в качестве входных данных. Во время разработки Whirlwind , компьютера реального времени Массачусетского технологического института, Джон Раньон закодировал ряд подпрограмм для создания этих лент под управлением компьютера. Пользователи могли вводить список точек и скоростей, а программа вычисляла необходимые точки и автоматически генерировала перфоленту. В одном случае этот процесс сократил время, необходимое для создания списка инструкций и фрезерования детали, с 8 часов до 15 минут. Это привело к предложению ВВС о создании обобщенного языка «программирования» для числового программного управления, которое было принято в июне 1956 года. ^[15] Дуг Росс был назначен руководителем проекта и был назначен главой другого недавно созданного исследовательского отдела Массачусетского технологического института. Он решил назвать подразделение Computer Applications Group, чувствуя, что слово «приложение» соответствует видению того, что машины общего назначения могут быть «запрограммированы» для выполнения многих ролей. ^[18]

Начиная с сентября, Росс и Попл разработали язык для управления машинами, основанный на точках и линиях, и в течение нескольких лет развили его в язык программирования APT . ^[19] В 1957 году Ассоциация авиационной промышленности (AIA) и Командование материально-технического обеспечения ВВС на базе ВВС Райт-Паттерсон объединились с Массачусетским технологическим институтом, чтобы стандартизировать эту работу и создать полностью управляемую компьютером систему ЧПУ. 25 февраля 1959 года объединенная группа провела пресс-конференцию, на которой представила результаты, включая алюминиевую пепельницу, обработанную на 3D-машине, которая была роздана в пресс-ките . ^{[15] [20] [21]} В 1959 году они также описали использование APT на 60-футовом станке в Boeing с 1957 года.

Тем временем Патрик Ханратти занимался аналогичными разработками в GE в рамках партнерства с G&L по Numericord. Его язык PRONTO опередил APT в коммерческом использовании, когда был выпущен в 1958 году. ^[22] Затем Ханратти занялся разработкой магнитных чернильных символов MICR , которые использовались при обработке чеков, прежде чем перейти в General Motors для работы над новаторской системой CAD DAC-1 .

APT вскоре был расширен, включив «реальные» кривые в 2D-APT-II. С его выпуском в Public Domain MIT уменьшил свое внимание на NC, поскольку он перешел к экспериментам CAD. Разработка APT была подхвачена AIA в Сан-Диего, а в 1962 году — Иллинойсским технологическим институтом исследований. Работа по превращению APT в международный стандарт началась в 1963 году в соответствии с USASI X3.4.7, но любые производители станков с ЧПУ могли свободно добавлять свои собственные одноразовые дополнения (например, PRONTO), поэтому стандартизация не была завершена до 1968 года, когда к базовой системе было 25 дополнительных надстроек. ^[15]

Как раз в то время, когда APT выпускался в начале 1960-х, на рынок вышло второе поколение недорогих транзисторных компьютеров, способных обрабатывать гораздо большие объемы информации в производственных условиях. Это снизило стоимость программирования для станков с ЧПУ, и к середине 1960-х запуски APT составляли треть всего машинного времени в крупных авиационных фирмах.

В то время как лаборатория сервомеханизмов находилась в процессе разработки своего первого стана, в 1953 году кафедра машиностроения Массачусетского технологического института сняла требование, чтобы студенты проходили курсы по черчению. Преподаватели, ранее преподававшие эти программы, были объединены в Отдел дизайна, где началось неформальное обсуждение компьютерного дизайна. Тем временем лаборатория электронных систем, недавно переименованная в лабораторию сервомеханизмов, обсуждала, будет ли проектирование когда-либо начинаться с бумажных схем в будущем. ^[23]

В январе 1959 года состоялась неофициальная встреча с участием представителей как Лаборатории электронных систем, так и Отдела проектирования Департамента машиностроения. Официальные встречи последовали в апреле и мае, в результате чего появился «Проект автоматизированного проектирования». ^[24] В декабре 1959 года ВВС заключили с ESL годовой контракт на сумму 223 000 долларов США для финансирования проекта, включая 20 800 долларов США, выделенных на 104 часа машинного времени по ставке 200 долларов США в час. ^[25] Это оказалось слишком мало для амбициозной программы, которую они задумали ^[25] В 1959 году это были большие деньги. В то время недавно окончившие вуз инженеры зарабатывали, возможно, от 500 до 600 долларов США в месяц. Чтобы усилить приверженность ВВС, Росс воспроизвел успех модели разработки APT. Кооперативная программа AED, которая в конечном итоге действовала в течение пятилетнего периода, имела внешний корпоративный персонал, глубоко опытных проектировщиков, временно предоставленных компаниями. Некоторые переезжали в MIT на полгода, а то и на 14 или 18 месяцев за раз. Позднее Росс оценил эту сумму почти в шесть миллионов долларов в поддержку разработки AED, системных исследований, компиляторов. AED была машинно-независимой работой по программной инженерии и расширением ALGOL 60 — стандарта для публикации алгоритмов исследователями-компьютерщиками. Разработка началась параллельно на IBM 709 и TX-0, что позже позволило запускать проекты на разных площадках. Система инженерных расчетов и разработки систем AED была передана в общественное достояние в марте 1965 года.

В 1959 году General Motors начала экспериментальный проект по оцифровке, хранению и печати множества эскизов дизайна, создаваемых в различных конструкторских отделах GM. Когда базовая концепция продемонстрировала, что она может работать, они начали проект DAC-1 (Design Augmented by Computer) с IBM для разработки производственной версии. Одной из частей проекта DAC было прямое преобразование бумажных схем в 3D-модели, которые затем были преобразованы в команды APT и вырезаны на фрезерных станках. В ноябре 1963 года дизайн крышки багажника впервые перешел от 2D-бумажного эскиза к 3D-глиняному прототипу. ^[26] За исключением первоначального эскиза, цикл от проектирования до производства был закрыт.

Тем временем внешняя лаборатория Линкольна Массачусетского технологического института строила компьютеры для тестирования новых транзисторных конструкций. Конечной целью был по сути транзисторный Whirlwind, известный как TX-2 , но для тестирования различных схемных конструкций сначала была построена уменьшенная версия, известная как TX-0 . Когда началось строительство TX-2, время в TX-0 освободилось, и это привело к ряду экспериментов, включающих интерактивный ввод и использование ЭЛТ- дисплея машины для графики. Дальнейшее развитие этих концепций привело к созданию новаторской программы Sketchpad Ивана Сазерленда на TX-2.

Сазерленд перешел в Университет Юты после своей работы над Sketchpad, но это вдохновило других выпускников MIT на попытку создать первую настоящую систему CAD. Это был электронный чертежный станок (EDM), проданный Control Data и известный как «Digigraphics», который Lockheed использовал для создания производственных деталей для C-5 Galaxy , первого примера сквозной системы CAD/CNC-производства.

К 1970 году существовало множество фирм САПР, включая Intergraph , Applicon , Computervision , Auto-trol Technology, UGS Corp. и другие, а также такие крупные поставщики, как CDC и IBM.

Цена компьютерных циклов резко упала в 1960-х годах с широким внедрением полезных мини-компьютеров . В конечном итоге стало дешевле управлять двигателем и обратной связью с помощью компьютерной программы, чем с помощью специализированных сервосистем. Небольшие компьютеры были выделены для одного станка, помещая весь процесс в небольшой корпус. Компьютеры PDP-8 и Data General Nova были обычными в этих ролях. Внедрение микропроцессора в 1970-х годах еще больше снизило стоимость внедрения, и сегодня почти все станки с ЧПУ используют ту или иную форму микропроцессора для обработки всех операций.

Внедрение недорогих станков с ЧПУ радикально изменило обрабатывающую промышленность. Кривые так же легко резать, как и прямые линии, сложные трехмерные структуры относительно легко производить, а количество этапов обработки, требующих человеческого вмешательства, было значительно сокращено. С ростом автоматизации производственных процессов с помощью станков с ЧПУ были достигнуты значительные улучшения в последовательности и качестве без нагрузки на оператора. Автоматизация с ЧПУ снизила частоту ошибок и предоставила операторам с ЧПУ время для выполнения дополнительных задач. Автоматизация с ЧПУ также обеспечивает большую гибкость в способе удержания деталей в процессе производства и времени, необходимом для смены станка для производства различных компонентов. Кроме того, поскольку операторы с ЧПУ становятся все более востребованными, автоматизация становится более целесообразным выбором, чем рабочая сила. ^{[ необходима цитата ]}

В начале 1970-х годов западные экономики увязли в медленном экономическом росте и растущих расходах на рабочую силу, и станки с ЧПУ начали становиться все более привлекательными. Основные американские поставщики не спешили реагировать на спрос на станки, подходящие для недорогих систем ЧПУ, и в эту пустоту вошли немцы. В 1979 году продажи немецких станков (например, Siemens Sinumerik ) впервые превзошли американские разработки. Этот цикл быстро повторился, и к 1980 году Япония заняла лидирующие позиции, продажи в США все время падали. Когда-то занимая первое место по продажам в десятке лучших компаний, состоящей исключительно из американских компаний в 1971 году, к 1987 году Cincinnati Milacron оказалась на 8-м месте в чарте, в котором доминировали японские фирмы. ^[27]

Многие исследователи отметили, что фокус США на высокопроизводительных приложениях оставил их в неконкурентоспособной ситуации, когда экономический спад в начале 1970-х годов привел к значительному увеличению спроса на недорогие системы ЧПУ. В отличие от американских компаний, которые сосредоточились на высокодоходном рынке аэрокосмической промышленности, немецкие и японские производители с самого начала нацелились на сегменты с низкой прибылью и смогли выйти на недорогие рынки гораздо легче. Кроме того, крупные японские компании создали собственные дочерние компании или укрепили свои машинные подразделения для производства необходимых им машин. Это рассматривалось как национальные усилия и в значительной степени поощрялось MITI, японским Министерством международной торговли и промышленности. В первые годы развития MITI предоставляло целевые ресурсы для передачи технологических ноу-хау. ^{[27] [28]} Национальные усилия в США были сосредоточены на интегрированном производстве с исторической точки зрения, которую поддерживал оборонный сектор. Это превратилось в конце 1980-х годов, когда был признан так называемый кризис станков, в ряд программ, которые стремились расширить передачу ноу-хау отечественным производителям инструментов. В качестве примера можно привести спонсирование Военно-воздушными силами программы Next Generation Controller Program 1989. Этот процесс продолжался в течение 1990-х годов и по сей день, начиная с инкубаторов DARPA и множества исследовательских грантов.

По мере развития вычислительной техники и сетей развивалось и прямое числовое управление (DNC). Его долгосрочное сосуществование с менее сетевыми вариантами NC и CNC объясняется тем, что отдельные фирмы склонны придерживаться того, что выгодно, а их время и деньги на опробование альтернатив ограничены. Это объясняет, почему модели станков и ленточные носители информации продолжают существовать в дедовском стиле, даже несмотря на прогресс в области техники.

This section's factual accuracy is disputed. Relevant discussion may be found on the talk page. Please help to ensure that disputed statements are reliably sourced. (March 2020) (Learn how and when to remove this message)

Недавние ^{[ когда? ]} разработки в области мелкосерийного ЧПУ были в значительной степени реализованы в рамках проекта Enhanced Machine Controller в 1989 году, разработанного Национальным институтом стандартов и технологий (NIST), агентством Министерства торговли правительства США. EMC [LinuxCNC] — это общедоступная программа, работающая под управлением операционной системы Linux и на оборудовании на базе ПК. После завершения проекта NIST разработка продолжилась, что привело к появлению LinuxCNC ^[29] , лицензированного в соответствии с GNU General Public License и GNU Lesser General Public License (GPL и LGPL). Производные оригинального программного обеспечения EMC также привели к появлению нескольких недорогих фирменных программ для ПК, в частности TurboCNC и Mach3, а также встроенных систем на базе фирменного оборудования. Доступность этих управляющих программ для ПК привела к разработке DIY CNC, что позволило любителям создавать собственные ^{[30] [31]} с использованием аппаратных разработок с открытым исходным кодом. Та же базовая архитектура позволила таким производителям, как Sherline и Taig, изготавливать готовые легкие настольные фрезерные станки для любителей.

Легкая доступность программного обеспечения на базе ПК и информации о поддержке Mach3, написанной Артом Фенерти, позволяет любому человеку с некоторым количеством времени и технических знаний изготавливать сложные детали для домашнего и прототипного использования. Фенерти считается главным основателем обработки на ПК с ЧПУ на базе Windows. ^[32]

В конце концов, архитектура homebrew была полностью коммерциализирована и использовалась для создания более крупных машин, пригодных для коммерческих и промышленных применений. Этот класс оборудования был назван персональным ЧПУ. Параллельно с эволюцией персональных компьютеров, персональное ЧПУ имеет свои корни в управлении на основе ЭМС и ПК, но развилось до такой степени, что во многих случаях может заменить более крупное обычное оборудование. Как и персональный компьютер , персональное ЧПУ характеризуется оборудованием, размер, возможности и первоначальная цена продажи которого делают его полезным для отдельных лиц, и которое предназначено для эксплуатации непосредственно конечным пользователем, часто без профессиональной подготовки в области технологии ЧПУ.

Ленточные считыватели все еще можно найти на современных объектах с ЧПУ, поскольку станки имеют длительный срок службы. Также используются другие методы передачи программ ЧПУ на станки, такие как дискеты или прямое подключение портативного компьютера. Перфорированные майларовые ленты более надежны. Дискеты , USB-флеш-накопители и локальные сети в некоторой степени заменили ленты, особенно в крупных средах с высокой степенью интеграции.

Распространение ЧПУ привело к необходимости новых стандартов ЧПУ, которые не были бы обременены лицензированием или конкретными концепциями дизайна, такими как фирменные расширения APT. ^[19] В течение некоторого времени распространялось множество различных «стандартов», часто основанных на языках разметки векторной графики, поддерживаемых плоттерами . Один из таких стандартов с тех пор стал очень распространенным, « G-код », который изначально использовался на плоттерах Gerber Scientific , а затем был адаптирован для использования с ЧПУ. Формат файла стал настолько широко использоваться, что был воплощен в стандарте EIA . В свою очередь, хотя G-код является преобладающим языком, используемым сегодня на станках с ЧПУ, есть стремление заменить его на STEP-NC , систему, которая была специально разработана для ЧПУ, а не выросла из существующего стандарта плоттера. ^[33]

Хотя G-код является наиболее распространенным методом программирования, некоторые производители станков/контроллеров также изобрели свои собственные запатентованные «разговорные» методы программирования, пытаясь упростить программирование простых деталей и сделать настройку и модификации на станке проще (например, Mazatrol от Mazak, IGF от Okuma и Hurco). Они имели разный успех. ^[34]

Более недавнее ^{[ когда? ]} достижение в интерпретаторах ЧПУ — поддержка логических команд, известных как параметрическое программирование (также известное как макропрограммирование). Параметрические программы включают как команды устройств, так и язык управления, похожий на BASIC . Программист может делать операторы if/then/else, циклы, вызовы подпрограмм, выполнять различные арифметические действия и манипулировать переменными для создания большой степени свободы в рамках одной программы. Целая линейка продуктов разных размеров может быть запрограммирована с использованием логики и простой математики для создания и масштабирования целого ряда деталей или создания стандартной детали, которая может быть масштабирована до любого размера, требуемого клиентом.

Примерно с 2006 года ^{[ нужна цитата ]} была предложена и реализована идея способствовать сближению с ЧПУ и DNC нескольких тенденций в мире информационных технологий, которые еще не сильно повлияли на ЧПУ и DNC. Одной из этих тенденций является сочетание большего сбора данных (больше датчиков), большего и более автоматизированного обмена данными (путем создания новых, открытых отраслевых стандартных схем XML ) и интеллектуального анализа данных для достижения нового уровня бизнес-аналитики и автоматизации рабочих процессов в производстве. Еще одной из этих тенденций является появление широко опубликованных API вместе с вышеупомянутыми стандартами открытых данных для поощрения экосистемы пользовательских приложений и мэшапов , которые могут быть как открытыми, так и коммерческими — другими словами, принятие новой ИТ-культуры рынков приложений, которая началась с веб-разработки и разработки приложений для смартфонов, и распространение ее на ЧПУ, DNC и другие системы автоматизации производства, которые объединены в сеть с ЧПУ/DNC. MTConnect является ведущим усилием по успешной реализации этих идей. ^{[ когда? ] [ нужна цитата ]}

• История производства

• Бриттен, Джеймс (1992), Александерсон: пионер американской электротехники, Johns Hopkins University Press, ISBN 0-8018-4228-X.
• Холланд, Макс (1989), Когда машина остановилась: поучительная история из индустриальной Америки , Бостон: Издательство Гарвардской школы бизнеса, ISBN 978-0-87584-208-0, OCLC  246343673.
• Нобл, Дэвид Ф. (1984), Силы производства: Социальная история промышленной автоматизации , Нью-Йорк, Нью-Йорк, США: Knopf, ISBN 978-0-394-51262-4, LCCN  83048867.
• Рейнджес, Дж. Фрэнсис (1991), Числовое программное управление: создание новой технологии, Oxford University Press, ISBN 978-0-19-506772-9.
• Вайсберг, Дэвид Э. (2008), Революция в инженерном проектировании (PDF) , заархивировано (PDF) из оригинала 2010-07-07.
• Уайлдс, Карл Л.; Линдгрен, Нило А. (1985), Столетие электротехники и компьютерных наук в Массачусетском технологическом институте, MIT Press, ISBN 0-262-23119-0.

• Банфилд, Дж. Т. (1978), Анализ применения числового программного управления станками на северо-западе Англии и краткая история числового программного управления в Соединенном Королевстве, Институт науки и технологий Манчестерского университета.
• Херрин, Голден Э. «Промышленность чествует изобретателя ЧПУ», Modern Machine Shop , 12 января 1998 г.
• Сигел, Арнольд. «Автоматическое программирование станков с числовым программным управлением», Control Engineering , том 3, выпуск 10 (октябрь 1956 г.), стр. 65–70.
• Смид, Питер (2008), Справочник по программированию станков с ЧПУ (3-е изд.), Нью-Йорк: Industrial Press, ISBN 9780831133474, LCCN  2007045901.
• Томас, Ричард А. (2007), История числового программного управления: история роли компании General Electric в развитии числового программного управления для станков, 1943-1988.
• Василаш, Гэри. «Человек нашего века»,
• Кристофер джун Пагариган (Вини) Эдмонтон, Альберта, Канада. Информатика с ЧПУ, проектирование и производство автомобилей .