التكنولوجيا التي ولدت في الصراع، أنت لا تعرف تاريخ تطور تكنولوجيا التصنيع باستخدام الحاسب الآلي

في جوهرها، الأداة الآلية هي أداة للآلة لتوجيه مسار الأداة - وليس عن طريق التوجيه اليدوي المباشر، مثل الأدوات اليدوية وجميع الأدوات البشرية تقريبًا، حتى اخترع الناس الأداة الآلية.

يشير التحكم العددي (NC) إلى استخدام المنطق القابل للبرمجة (البيانات في شكل أحرف أو أرقام أو رموز أو كلمات أو مجموعات) للتحكم تلقائيًا في أدوات التشغيل. قبل ظهورها، كان يتم دائمًا التحكم في أدوات المعالجة بواسطة مشغلين يدويين.

يشير التحكم الرقمي بالكمبيوتر (CNC) إلى إرسال تعليمات مشفرة بدقة إلى المعالج الدقيق في نظام التحكم في أدوات التشغيل، وذلك لتحسين الدقة والاتساق. يشير CNC الذي يتحدث عنه الناس اليوم تقريبًا إلى آلات الطحن المتصلة بأجهزة الكمبيوتر. من الناحية الفنية، يمكن استخدامه لوصف أي جهاز يتم التحكم فيه بواسطة الكمبيوتر.

في القرن الماضي، وضعت العديد من الاختراعات الأساس لتطوير أدوات آلة CNC. هنا، ننظر إلى أربعة عناصر أساسية لتطور تكنولوجيا التحكم العددي: الأدوات الآلية المبكرة، والبطاقات المثقوبة، وآليات المؤازرة، ولغة برمجة أدوات البرمجة التلقائية (APT).

الأدوات الآلية المبكرة

خلال الثورة الصناعية الثانية في بريطانيا، تمت الإشادة بجيمس وات لأنه ابتكر المحرك البخاري الذي حرك الثورة الصناعية، لكنه واجه صعوبات في تصنيع دقة أسطوانات المحرك البخاري حتى عام 1775، ابتكر جون جون ويلكنسون ما يعرف بأول أداة آلية في العالم لحفر اسطوانات المحرك البخاري وتم حلها. تم تصميم آلة الحفر هذه أيضًا بواسطة ويلكنسون بناءً على مدفعه الأصلي؛

بطاقة لكمة

في عام 1725، اخترع باسيل بوشون، وهو عامل نسيج فرنسي، طريقة للتحكم في الأنوال باستخدام البيانات المشفرة على الأشرطة الورقية من خلال سلسلة من الثقوب. على الرغم من كونها رائدة، إلا أن عيب هذه الطريقة واضح أيضًا، أي أنها لا تزال بحاجة إلى مشغلين. في عام 1805، اعتمد جوزيف ماري جاكار هذا المفهوم، ولكن تم تعزيزه وتبسيطه باستخدام بطاقات مثقوبة أقوى مرتبة بالتسلسل، وبالتالي أتمتة العملية. تعتبر هذه البطاقات المثقبة على نطاق واسع أساس الحوسبة الحديثة وتمثل نهاية صناعة الحرف اليدوية المنزلية في النسيج.

ومن المثير للاهتمام أن أنوال الجاكار لاقت مقاومة من قبل نساجي الحرير في ذلك الوقت، الذين كانوا يشعرون بالقلق من أن هذه الأتمتة ستحرمهم من وظائفهم وسبل عيشهم. لقد أحرقوا الأنوال التي تم وضعها في الإنتاج بشكل متكرر. ومع ذلك، أثبتت مقاومتهم عدم جدواها، لأن الصناعة أدركت مزايا الأنوال الآلية. بحلول عام 1812، تم استخدام 11000 نول جاكار في فرنسا.

تم تطوير البطاقات المثقوبة في أواخر القرن التاسع عشر ووجدت العديد من الاستخدامات، بدءًا من التلغراف وحتى البيانو الآلي. على الرغم من أن التحكم الميكانيكي كان يتم تحديده بواسطة البطاقات المبكرة، إلا أن المخترع الأمريكي هيرمان هوليريث ابتكر جهاز جدولة البطاقات المثقوبة الكهروميكانيكية، والذي غير قواعد اللعبة. وقد حصل نظامه على براءة اختراع في عام 1889، عندما كان يعمل في مكتب الإحصاء الأمريكي.

أسس هيرمان هوليريث شركة الجدولة في عام 1896 واندمج مع أربع شركات أخرى لتأسيس شركة IBM في عام 1924. وفي النصف الثاني من القرن العشرين، تم استخدام البطاقات المثقوبة لأول مرة لإدخال البيانات وتخزينها لأجهزة الكمبيوتر وآلات التحكم العددي. يحتوي التنسيق الأصلي على خمسة صفوف من الثقوب، بينما تحتوي الإصدارات اللاحقة على ستة أو سبعة أو ثمانية صفوف أو أكثر.

آلية المؤازرة

آلية المؤازرة عبارة عن جهاز أوتوماتيكي يستخدم ردود الفعل الاستقرائية للخطأ لتصحيح أداء الآلة أو الآلية. في بعض الحالات، يسمح المؤازرة بالتحكم في الأجهزة ذات الطاقة العالية بواسطة أجهزة ذات طاقة أقل بكثير. تتكون آلية المؤازرة من جهاز يتم التحكم فيه، وجهاز آخر يعطي الأوامر، وأداة كشف الأخطاء، ومضخم إشارة الخطأ، وجهاز (محرك سيرفو) يصحح الأخطاء. تُستخدم أنظمة المؤازرة عادةً للتحكم في المتغيرات مثل الموضع والسرعة، وأكثرها شيوعًا هي الكهربائية أو الهوائية أو الهيدروليكية.

تأسست أول آلية مؤازرة كهربائية بواسطة H. Calendar في بريطانيا عام 1896. وبحلول عام 1940، أنشأ معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا مختبرًا خاصًا لآليات المؤازرة، والذي نشأ نتيجة الاهتمام المتزايد من قسم الهندسة الكهربائية بهذا الموضوع. في التصنيع باستخدام الحاسب الآلي، يعد نظام المؤازرة مهمًا جدًا لتحقيق دقة التسامح التي تتطلبها عملية التشغيل الأوتوماتيكية.

أداة البرمجة التلقائية (APT)

ولدت أداة البرمجة التلقائية (APT) في مختبر الآليات المؤازرة بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في عام 1956. وهي إنجاز إبداعي لمجموعة تطبيقات الكمبيوتر. إنها لغة برمجة عالية المستوى سهلة الاستخدام، تُستخدم خصيصًا لإنشاء تعليمات لأدوات آلة CNC. كان الإصدار الأصلي أقدم من FORTRAN، ولكن تمت إعادة كتابة الإصدارات اللاحقة باستخدام Fortran.

Apt هي لغة تم إنشاؤها للعمل مع أول آلة NC في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، وهي أول آلة NC في العالم. ثم استمر في أن يصبح معيارًا لبرمجة الأدوات الآلية التي يتم التحكم فيها بواسطة الكمبيوتر، وتم استخدامه على نطاق واسع في السبعينيات. في وقت لاحق، تمت رعاية تطوير الشقة من قبل القوات الجوية وتم فتحها في النهاية للقطاع المدني.

يُعرف دوجلاس تي روس، رئيس مجموعة تطبيقات الكمبيوتر، بأنه أبو الشقة. وقد صاغ لاحقًا مصطلح "التصميم بمساعدة الكمبيوتر" (CAD).

ولادة التحكم العددي

قبل ظهور أدوات آلة CNC، كان الأول هو تطوير أدوات آلة CNC وأول أدوات آلة CNC. على الرغم من وجود بعض الاختلافات في الأوصاف المختلفة للتفاصيل التاريخية، فإن أول أداة لآلة CNC ليست مجرد استجابة لتحديات التصنيع المحددة التي يواجهها الجيش، ولكنها أيضًا تطور طبيعي لنظام البطاقة المثقوبة.

"يمثل التحكم الرقمي بداية الثورة الصناعية الثانية ووصول العصر العلمي الذي ستتحول فيه السيطرة على الآلات والعمليات الصناعية من المسودات غير الدقيقة إلى المسودات الدقيقة." – جمعية مهندسي التصنيع .

يُنظر إلى المخترع الأمريكي جون تي بارسونز (1913 - 2007) على نطاق واسع باعتباره أب التحكم العددي. لقد ابتكر ونفذ تقنية التحكم العددي بمساعدة مهندس الطائرات فرانك إل ستولين. باعتباره ابن أحد المصنعين في ميشيغان، بدأ بارسونز العمل كمجمع في مصنع والده في سن الرابعة عشرة. وفي وقت لاحق، امتلك وأدار عددًا من المصانع التابعة لشركة التصنيع العائلية بارسونز.

حصل بارسونز على أول براءة اختراع NC وتم اختياره في قاعة مشاهير المخترعين الوطنية لعمله الرائد في مجال التحكم العددي. لدى بارسونز ما مجموعه 15 براءة اختراع، وتم منح 35 أخرى لمؤسسته. أجرى مجتمع مهندسي التصنيع مقابلة مع بارسونز في عام 2001 لإعلام الجميع بقصته من وجهة نظره.

جدول NC المبكر

1942:تم التعاقد من الباطن مع شركة Sikorsky Aircraft لجون تي بارسونز لتصنيع شفرات طائرات الهليكوبتر الدوارة.

1944:بسبب عيب في تصميم عارضة الجناح، تعطلت إحدى الشفرات الثمانية عشر الأولى التي صنعوها، مما أدى إلى وفاة الطيار. تتمثل فكرة بارسونز في ثقب الشفرة الدوارة بالمعدن لجعلها أقوى واستبدال الغراء والبراغي لتثبيت المجموعة.

1946:أراد الناس إنشاء أداة تصنيع لإنتاج الشفرات بدقة، وهو ما كان يمثل تحديًا كبيرًا ومعقدًا للظروف في ذلك الوقت. لذلك، استأجر بارسونز مهندس الطائرات فرانك ستولين وشكل فريقًا هندسيًا مع ثلاثة أشخاص آخرين. فكر ستولين في استخدام بطاقات IBM المثقبة لتحديد مستوى الضغط على الشفرة، وقاموا بتأجير سبع آلات من IBM للمشروع.

في عام 1948، تم تحقيق هدف تغيير تسلسل الحركة للأدوات الآلية بسهولة بطريقتين رئيسيتين - مقارنة بمجرد ضبط تسلسل حركة ثابت - ويتم تنفيذه بطريقتين رئيسيتين: التحكم في التتبع والتحكم الرقمي. كما نرى، يحتاج الأول إلى إنشاء نموذج مادي للكائن (أو على الأقل رسمًا كاملاً، مثل هاتف الطاقة الكهرومائية لتتبع كابلات سينسيناتي). والثاني ليس إكمال صورة الشيء أو الجزء، بل مجرد تجريدها: النماذج الرياضية وتعليمات الآلة.

1949:تحتاج القوات الجوية الأمريكية إلى مساعدة هيكل الجناح فائق الدقة. باع بارسونز آلة CNC الخاصة به وفاز بعقد بقيمة 200000 دولار لجعله حقيقة.

1949:عمل بارسونز وستولين مع شركة Snyder Machine & Tool Corp. لتطوير الآلات وأدركوا أنهم بحاجة إلى محركات مؤازرة لجعل الآلات تعمل بدقة. تعاقد بارسونز من الباطن على النظام المؤازر لـ "آلة طحن البطاقة-ماتيك" مع مختبر الآلية المؤازرة بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.

1952 (مايو): تقدم بارسونز بطلب للحصول على براءة اختراع لـ "جهاز التحكم في المحركات لتحديد موضع الأدوات الآلية". حصل على براءة الاختراع في عام 1958.

1952 (أغسطس):ردًا على ذلك، تقدم معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا بطلب للحصول على براءة اختراع لـ "نظام مؤازر التحكم العددي".

بعد الحرب العالمية الثانية، وقعت القوات الجوية الأمريكية عدة عقود مع بارسونز لمواصلة تطوير ابتكارات الآلات NC التي قدمها مؤسسها جون بارسونز. كان بارسونز مهتمًا بالتجارب التي يتم إجراؤها في مختبر الآليات المؤازرة التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا واقترح أن يصبح معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا مقاولًا من الباطن للمشروع في عام 1949 لتوفير الخبرة في التحكم الآلي. في السنوات العشر التالية، سيطر معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا على المشروع بأكمله، لأن رؤية "التحكم المستمر في المسار ثلاثي المحاور" للمختبر المؤازر حلت محل مفهوم بارسونز الأصلي المتمثل في "وضع القطع في مكانه". دائمًا ما تشكل المشكلات التكنولوجيا، لكن هذه القصة الخاصة التي سجلها المؤرخ ديفيد نوبل أصبحت علامة بارزة في تاريخ التكنولوجيا.

1952:أظهر معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا نظام الحزام المثقوب المكون من 7 قضبان، وهو نظام معقد ومكلف (250 أنبوبًا مفرغًا، و175 مرحلًا، في خمس خزائن بحجم الثلاجة).

كانت آلة الطحن CNC الأصلية لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في عام 1952 هي Hydro Tel، وهي شركة آلات طحن سينسيناتي معدلة ثلاثية المحاور.

هناك سبع مقالات حول "آلة التنظيم الذاتي التي تمثل ثورة علمية وتكنولوجية ستشكل مستقبل البشرية بشكل فعال" في مجلة "التحكم الآلي" الصادرة عن مجلة ساينتفيك أمريكان في سبتمبر 1952.

1955:قامت عناصر تحكم كونكورد (المكونة من أعضاء فريق معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا الأصلي) بإنشاء بطاقة رقمية، والتي حلت محل الشريط المثقوب في أجهزة MIT NC مع قارئ الشريط الذي تم تطويره بواسطة GE.
تخزين الشريط
1958:حصل بارسونز على براءة الاختراع الأمريكية رقم 2820187 وباع الترخيص الحصري لشركة Bendix. حصلت كل من IBM وFujitsu وgeneral Electric على تراخيص فرعية بعد أن بدأوا في تطوير أجهزتهم الخاصة.

1958:نشر معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا تقريرا عن اقتصاديات NC، والذي خلص إلى أن آلة NC الحالية لم توفر الوقت حقا، ولكنها نقلت القوة العاملة من ورشة عمل المصنع إلى الأشخاص الذين يصنعون الأحزمة المثقبة.