換刀是上半場，測量才是下半場：美國數控的三十年（1945–1975）

1946年春天，戰爭結束還不到一年。 一名住在特拉弗斯城的男子 密歇根州聘請了一名航空工程師，並讓他開始工作。 問題出在一架直升機的旋翼槳葉上。 它具有複合的曲面。 翼型從根部到尖端改變剖面的形狀， 而且公差極其嚴苛 因為一把刀片彎曲不均 是一架把自己震成碎片的直升機。 標準的切割方法 那些形狀依賴於技術嫻熟的機械師 根據手繪的樣板進行工作。 等高線上的17個參考點。 機械師依照樣板描繪，憑手與目力引導切削刀具， 並填滿了之間的形狀 這17個要點透過判斷與經驗獲得。 如果該模板偏差了幾千分之一， 刀片偏差了幾千分之一。 如果機械工的手稍微偏移，刀刃也會跟著偏移。 那個男人是約翰·T·帕森斯。 20世紀最重要的發明家之一 幾乎沒有人聽過的。 帕森斯於1913年1月7日出生於底特律。他的父親 經營一家製造企業。兒子從未取得大學學位。 他從工廠的生產線上開始做起。 14歲時，等到戰爭結束時， 他在密歇根州特拉維斯城經營自己的公司。 為西科斯基製造直升機旋翼葉片。 這場戰爭讓他學會了在壓力下生產的一切。 和平讓他面臨了一個沒有人在處理的問題。 1946年4月，他聘請了一名名叫弗蘭克·斯圖倫的工程師。 來自賴特-帕特森空軍基地的螺旋槳實驗室。 史蒂倫了解了葉片問題的空氣動力學原理， 並一起使用 IBM 602A 乘法打孔機， 一台桌面型電動機械計算機 能夠將兩個數字相乘並將結果打孔記錄在卡片上的裝置， 他們開始計算翼型坐標 一個前所未有的密度。 不是沿輪廓的17個點。 200 洞孔會鑽得如此密集，以致於彼此重疊。 而所得的表面將近似於 任何數學定義的曲線 不需要機械技師逐一對照樣板。 給影片按讚、訂閱 並觀看至最後，以了解完整故事。 因為接下來發生的事將永遠改變加工的走向。 帕森斯是最早理解這一點的人。 如果你能將一個形狀定義為一組數字， 如果一台機器能夠讀懂那些數字 並自動移動至對應的位置。 那麼精確性將存在於數學之中， 不在機械工的手中。 這項技能將從人傳遞到機器。 那是數值控制。 1948年底，美國空軍評估小組前來訪問 帕森斯廠位於 Traverse City。 他們觀看了穿孔卡定位技術的實際操作。 並認可了其潛力。 翌年，帕森斯提出引入 在麻省理工學院的伺服機構實驗室開發 即時伺服控制系統，用於閉合迴路。 讓機器做出回應 根據飛行中的編碼指令行事，而不是停止 在每個位置上，空軍都同意 為了資助這項合作，帕森斯簽下了麻省理工學院作為分包商。 接下來發生了什麼 這是一次技術上的壯舉，也是一場個人的災難。 麻省理工學院的團隊，在戈登·S·布朗所建立的實驗室下工作 成為全國首屈一指的控制研究團隊之一。 不僅僅是完善了帕森斯的想法，他們更將其徹底轉化。 帕森斯曾構想點對點定位， 刀具以離散坐標垂直下切，如同 他轉子葉片模板上的鑽孔。 麻省理工學院開發了連續路徑三軸輪廓加工技術， 一種由伺服馬達驅動機器的系統 螺桿沿平滑的數學插值路徑前進。 刀具可以精確地跟隨 任何可以用方程式描述的表面。 這正是連結與不連結之間的差異 點和自由繪畫， 除了自由繪製是由運行在真空管上的微積分所控制之外。 空軍認可了麻省理工學院的版本。 遠比帕森斯所提出的更具威力。 他們直接與大學重新談判了合約。 帕森斯，那個構思出它的人 想法，資助了早期的實驗， 並被剔除出項目。他的分包商 已成為主要承包商， 而發明者卻成了自己故事中的註腳。 麻省理工學院收購了一台庫辛那提 HydroTel 的剩餘設備。 立式主軸銑床 移除了手動控制功能， 並安裝了三個獨立的伺服驅動軸。 控制器佔據了一整間房間。大約有250個真空管和175個繼電器。 穿孔所形成的圖樣橫向轉譯 一條紙帶轉換成電信號。 磁帶讀卡機掃描了孔洞。 控制器計算出了插值路徑。 伺服電機移動了。刀具跟隨移動。 手不要放在輪子上。眼睛不要盯著儀表盤。 情報藏在數字之中。 1952年9月15日， 這台機器首次向公眾展示。 觀眾人數少且具專業性。 空軍官員、飛機公司工程師， 以及來自機床製造商的代表 誰將必須做出決定， 在接下來的幾年內， 這項技術是令人好奇的奇觀，還是革命性的突破。 他們站在實驗室裡，注視著一台經過改造的銑床 機器從一塊材料中切割出複雜的三維形狀 在編碼磁帶單一指令的控制下，無人操作的鋁。 機器順暢地執行著它的程式。 那看起來很刻意，因為在某種意義上確實是事先排練過的。 這份情報幾天前就已經被輸入磁帶了。 這台機器只是在讀取它的指令並遵從執行。 一個鋼琴玩家閱讀的方式 滾動，不過這件工具是在切割金屬 千分之一英寸的公差。 房間裡安靜無聲，唯有伺服器運轉時發出的低鳴聲。 切割器剝離時的聲音 鋁。他們正在看的內容 自製造業以來最重要的發展是 生產線。其中有些人知道。 他們大多還不明白它將取代什麼。 帕森斯於1952年5月5日提交了他的專利申請。 示範前四個月。 直到1958年1月14日才獲得批准。 機械工具定位用馬達控制裝置 專利第2,820,187號 本迪克斯於1955年取得首張許可證。 最終買下了所有權利。 革命 帕森斯如今所擁有的，已屬於企業公司。 以及大學和國防承包商。 認可終於到來了，但來得遲緩，且來得緩慢。 數控學會 於1968年授予他首屆雅卡爾獎。 16年後的示範。該協會 被製造工程師們稱為「父親」 1975年的第二次工業革命。 他與斯圖林於1985年獲得了國家技術獎章。 他於1993年入選國家發明家名人堂。 他於2007年4月18日在特拉維斯城去世，享年93歲。 在同一座他首次目睹數字威力的城鎮裡。 他從來不需要大學文憑就能看出某件事。 整個大學系所都錯過了這一點。 這座磨坊是第一位主要的建造者 根據帕森斯和麻省理工學院所證明的事實採取行動。 1955年，辛辛那提銑床公司獲勝 美國空軍的數[o MATCH]合約 受控的機器具有 以高速生產複雜飛機零件。 畢竟，那是一台辛辛那提的水力電話。 麻省理工學院為原始演示而修改的。 該公司比其競爭對手更快地意識到其中的影響。 並以品牌名稱 Acromatic 建立了自有控制部門。 首批商用數值控制機械 1959年從辛辛那提出貨。 到1966年，新一代的Acromatic控制系統已取代了舊有系統。 真空管搭配微型化積體電路。 機器更快、更可靠，而且它們能夠 由從未當過學徒的工人操作。 最後一個細節比任何人都願意承認的還要重要。 數值控制不僅僅實現了切割的自動化。 它將這項技能從機械師的手中轉移了出去 到程式設計師的書桌。 機械工具業正在建立相關技術 這最終會掏空它所依賴的勞動力。 但在1960年代，這種後果仍需數十年才會出現， 並且立即的應許是 強大到無法抗拒。 數值控制，或稱NC，僅能一次自動化單一機器。 數控銑床 仍然只是一台加工中心。 該零件仍需移至鑽床進行加工， 然後到銑床，再進行攻牙 每個轉移的頭部燃燒時間和偏移容差。 密爾沃基的一家公司即將徹底解決這個問題。 弗朗西斯·J·特雷克，愛德華·特雷克之子 在康奈爾大學學習工程學， 曾在普拉特與惠特尼飛機公司工作， 並在華盛頓州從事兩年的國防分包工作 在返回家族企業之前 帶著一種將定義接下來四年的信念 數十年的生命歷程。 當他在1947年當選總統時， 基爾尼與特雷克正憑藉著他們所贏得的聲譽前行。 作為三大機床製造商之一 在那個國家，弗朗西斯本可以 他滑了下去。他卻做了相反的事。 他將所有的控制研究工作集中於西邊的主要工廠。 愛麗絲。他加強了研究 以及在大多數情況下大幅增加的研發支出 建築商們正在削減預算，以度過戰後過剩產能帶來的經濟蕭條期。 1950年，公司開始生產數值控制輪廓加工機 以及飛機用的皮膚磨床 工業。然後，在1956年，特雷克爾做出了決定 那使一家銑床公司轉變為 發明新製造類別的公司。 他招募了一名名叫 華萊士·布萊納德，休斯飛機公司。 布雷納德在密爾沃基之前的职业生涯 看起來像一部有人會因為太不切實際而拒絕的劇本。 他於1930年代在好萊塢起步，專注於電液系統的研發。 用於同步多攝影機拍攝的伺服系統。 錄影廠需要能夠水平旋轉和垂直傾斜的攝影機。 以完美同步的方式逐幀縮放並追蹤 在多個機位上，從不同角度拍攝同一場景。 控制問題完全相同 後續的機械加工工具將需要一整代的更新。 閉迴路反饋，亞秒級回應， 以及多軸運動的精確協調。 布雷納德為電影業解決了這個問題，隨後便轉往飛機領域發展。 他曾在沃爾蒂工作，之後又在諾斯羅普任職。 接著，休斯在那裡開發了追蹤控制系統 以及一條用於航空部件的數控零件生產線_Checked 他對伺服系統的了解，猶如一位鋼琴演奏家對音樂的掌握。 一張鍵盤，不是理論，而是觸感。 特雷克將他帶到密爾沃基，擔任技術運營主管。 並授予他單一的授權。 建造一台能夠執行多種金屬切割作業的機器 在一種設定中，在完全數位控制之下， 沒有人工操作員更換工具。 布雷納德組建了一支隊伍。 他們解決的問題並非銑削。 或鑽孔，或擴孔，或攻絲。 其他機器也能完成那些工作。 問題在於手術之間的時間間隔。 每次一位機械技工停止一台機器時 拆下一個工具並夾緊另一個工具， 每次工件被鬆開並移至另一台機器時， 鐘擺繼續運轉，容差也隨之改變。 設置。 設定時間是每一部件默默支付的稅費 這需要多於一個操作。 可能需要數小時，有時甚至數天。 成本不僅僅是人力。 那是精確度在傳輸過程中遺失了。 布雷納德的解決方案是自動刀具更換裝置。 一個旋轉式彈匣內裝有各種切削刀具。 當程式要求使用不同的工具時， 雙握把臂同時夾持住彈匣中的工具 並同時在主軸上的工具， 將它們收回，旋轉180度， 並將彼此的位置互換。 交易只用了幾秒鐘。機器從未停止。 工件始終未移動。密爾沃基 Matic II 於 1958 年推出，並於 1959 年首次銷售。 它可以銑削、鑽孔、鏜孔、擴孔和攻螺紋。 在單一設定下，由數值控制完全執行。 這個產業需要為這個新類別取個名稱 機器，而它最終確定的名字是加工中心。 基尼與特雷克共同製造了 一則展示影片，供潛在買家觀看。 標題有兩個字，分別是「月」與「分鐘」。 一個先前需要夾具的零件 並在四台或五台獨立的機器之間進行傳輸 現在可以一次性加載並完成加工。 銷售數據來自聯邦政府 基爾尼與特雷克的法院紀錄 與吉丁斯和劉易斯對決， 他們講述這個故事的方式，和任何敘事一樣清晰。 銷售額每年持續增長，直至1967年。 當年營業額超過3600萬美元時。 截至1968年3月，總銷售額已超過1億5千萬美元。 超過925個單位以每單位9萬美元的價格售出 超過35萬美元，平均每台約18萬美元。 布雷納德的專利，第3,052,011號 對於具備機械式切削刀具更換裝置的機床而言， 於1958年6月27日提交，於1962年9月4日核准。 聯邦法院後續稱其事先選定 以及同步交換機制的一大優勢 科技的進步。他已經來到 從製造電影攝影機到打造那台機器 現代化製造成為可能。布雷納德於1976年去世。 弗朗西斯·特雷克於1987年去世，他曾是 於1994年當選入機械工具名人堂。 密爾沃基機械公司是其最珍貴的瑰寶， 但它並非唯一的一件傑作 中西部地區在這些年份裡所產出的。 辛辛那提以北九十里處的西迪尼， 俄亥俄州的王室機械工具公司已推出了一款 1939年的車床，將成為 二十世紀最受崇敬的精密機床 君王10EE。儘管名字如此， 它懸掛在床的上方12英寸，並在中間保持20英寸的距離。 中心。是什麼將它分開的 來自地球上每一台其他車床的驅動力。 整個電力系統都被封閉在內部 一個巨大的一體式鑄鐵底座， 將主軸箱主軸與所有振動來源隔離。 平坦的進料皮帶取代了其他車床所使用的齒輪傳動系統， 消除週期性衝擊 這在工件表面上留下了微小的痕跡。 機器的心臟 是一種可變速的直流馬達，能夠提供 無段階のスピード制御を全範囲で実現 從幾乎不轉動到每分鐘數千轉 每分鐘，無需換檔。 操作員轉動了旋鈕。速度改變了。 表面處理完美無瑕。一位機械技工 第一次運行 10EE 時，立刻注意到某件事。 缺席。沒有齒輪的轟鳴聲， 沒有皮帶拍打聲，沿導軌也沒有周期性振動傳來。 機器安靜無聲。 以一種感覺不對的樣子，直到你意識到它為止 一切恰到好处的聲音。 1946年的基本價格為4,194美元。 這從來就不是一款針對價格定位的機器。購買者是航太業界。 公司、國防承包商 政府研究機構、以及工具室作業場所中 公差是以千分之一英寸的万分之一為單位測量的。 機器的費用是 與拆毀工作所需的費用相比，這根本微不足道。 如果你一直在觀看交易檔案 無論多久，你都熟悉這台車床。你或許擁有其中一台。 操作10EE的機械師不會交易他們的10EE。 他們不會升級。他們會像這樣緊握不放。 一位小提琴手緊握著一隻斯特拉迪瓦里小提琴， 因為自從這台機器以來，沒有任何後續建造的機器能再複製出它的樣子 在它所容許的公差範圍內，它確實如此，他們也清楚這一點。 中西部地區從來沒有如此富有創意過。 帕森斯已構思出數值控制。 麻省理工學院已證明此事。辛辛那提大學已實現其商品化。 基尼與特雷克已建造了加工中心。 君主建造了最精確的精密儀器 車床。DeVlieg 的微型孔可調式鏜刀， 1946年取得專利，可精確撥至十分之一 千分之一英寸 而且他的偏心軸磨床正穩步銷售至每一座飛機製造廠。 國家。美國的機床工業掌握著未來， 然後它開始朝著自己遠離而去 轉折點開始的時間，比大多數人意識到的還要早。 1943年，戰時的頂峰時期 生產方面，弗雷德里克·V·吉爾也召集了 辛辛那提市內的一個多元化委員會 銑床。時機恰到好處，正好落地。 工廠的生產線全天候運轉。 公司建造機器的速度快於 在其歷史的任何時刻。 而經營這家公司的那位先生則召集了他的高階主管們 並要求他們為未來做規劃 在某些情況下，銑床將不夠用。 委員會制定了四項戰後目標。 拓展海外製造。 擴展機械產品線，超越銑削領域。進入 工業耗材市場 開發與機床無關的新技術。 每個目標都是對繁榮與衰退週期的理性回應。 幾乎讓公司兩次破產。 他們共同描述了一家正在準備中的公司。 成為其他事物，而非原本的樣貌 當時。最初的行動悄無聲息。 1946年的一次公開股票發行籌集了380萬美元。一項收購 化學公司卡爾斯萊爾公司於1948年跟進。 將化學專業知識內部化 戰時金屬切割研究誕生了Simcool。 一種合成切削液，已成為 該公司最知名的产品之一。 1955年，該磨坊收購了希爾德機械公司。 1957年，成立了一個稱為西馬斯圖（Simastru）的增強塑料部門。 每一步都讓公司走得更遠 來自那些為其贏得聲譽的銑床。 到了1960年代中期，發展趨勢已無可否認。 該公司於1968年製造出第一台塑料注射成型機。 它於1969年收購了一家奧地利的擠壓公司。 這間磨坊如今已成為塑膠製造商。 機械設備、化學產品 以及也恰好生產銑床的工業控制設備 機器。重心已經轉移了。 1970年5月1日，董事會投票正式通過。 辛辛那提銑床公司變更為辛辛那提米拉克龍。 新名字源自「mill」一詞。 一個精度測量單位，以及希臘語中的詞 阿克倫，意為「最高」。新聞稿指出，它代表 公司對精準的承諾 跨足多個產業。員工們仍然稱之為「工廠」。 但門上的「銑床」二字已經不見了。 弗雷德里克·A·吉爾在1889年為該公司所命名的名稱， 獲得金牌的名字 1900年巴黎奧運會的獎牌 每十二台機械工具中，其中一台上所印的名稱 在戰爭期間於美國建造，後來退役。 取而代之的是一個外人無人知晓的詞。 公司可以定義， 精選的原因正是它不會將公司與任何事物綁定在一起。 單一產品。這正是重點。而這也正是問題所在。 弗雷德里克·V·吉爾伯特退休後擔任主席 1976年行政委員會的成員。 他的堂弟菲利普·O·吉爾伯特·Jr. 也隨他一同辭職。 第三代的詹姆斯·A·D·吉爾是主席。 到1977年為止，辛辛那提米拉克龍公司 美國最大的塑膠機械製造商。 它正在製造工業機器人。 蓋耶家族三代人所建立的公司 美國的主導力量 機床在每一個有意義的衡量標準上，都是 不再是一家機械工具公司。 買方並非孤身一人。 在整個行業中，同樣的模式正在上演。 1968年3月1日，泰克斯特龍公司收購了布里奇波特機器公司。 福布斯後來稱其為多元化經營的早期受害者。 德事隆是一家已擁有貝爾直升機公司的綜合企業。 以及消費金融業務。 它還收購了布里奇波特利潤豐厚的機床業務， 投資組合經理增加的方式 股票。其背後的邏輯是財務性的，而非機械性的。 布里奇波特賺了錢。泰克斯特龍想要 錢。那台機器是什麼，它代表著什麼， 建造它的人以及依賴它的人並非同一群人。 不在計算範圍內。 華爾街的論點很簡單。 透過收購實現增長。 多元化是一種對繁榮時期的對沖手段。 以及那一直懲罰機器的循環週期 工具建造者。而論文恰好在那一刻到達。 創立家族最為脆弱 它。那些創辦這些公司的男人已經不在了。 他們的兒子和孫子面對著一個選擇 他們的祖父從來不必面對的抉擇。 在一個可能波動達90%的行業中經營業務 在一年之內，或出售給提供此服務的公司 一個讓決策變得輕而易舉的價格。 更大的槓桿收購浪潮尚需十年才會到來， 但這模式早已確立。 機床工業一直以來都在運行 假設擁有者是那些人 公司們理解這些機器。 那個假設正在崩潰。儘管美國人正在 更換公司名稱並出售給財團， 有什麼事情正在發生 太平洋的另一側 沒有人在美國中西部觀看。 1956年，一位名叫稲葉清右衛門的年輕工程師，在內部工作 日本電子公司富士通的一個專案團隊， 開發了日本首套民間企業的數值控制系統。 稲葉於1925年出生於茨城縣。 畢業於東京大學工學部 1946年9月，他加入富士通公司，兩個月後正式就職。 他建造第一台數值控制裝置時，年僅三十一歲。 兩年後，1958年， 該團隊向牧野機械發出了其首台商用數控設備。 加工機械公司。他們使用的品牌名稱是發那科。 MIT展示四年後， 同年，辛辛那提出運了 其首批商用數值控制機器。 在日本一家電子公司的小小部門裡， 一個在中西部機械工具帶地區還是十歲大的男孩 正值黃金時代的巔峰，正在建造控制系統 那將最終主宰世界。 法蘭克於1972年從富士通獨立出來。 稲葉於1975年成為該公司的董事長。 到那時為止，法蘭克（Fanuc）大約控制了80%的市場。 日本國內數控市場 並正朝著佔據全球一半市場的方向前進。 但在1958年的辛辛那提，這些都無法看見。 沒有人在看著。他們本該在的。 1955年至1960年間， 日本的機械工具產量增加了十五倍， 1960年，美國機械師雜誌指出 日本製機器首次亮相 似乎值得被認可為具競爭力的 與最先進的工業國家。 1964年至1967年間， 日本的機械工具對美國的出口增長了超過1,200%。 日本政府 通過國際貿易產業省， 正在進行協調一致的進攻準備。 低利率開發銀行貸款 讓建築商共享技術的反壟斷豁免條款 並合理化生產， 1956年機械工業促進法 將資源系統性地導入該領域。 這項策略是公開說明的。 建立世界一流的機床製造能力， 因為機床是製造其他一切產品的機器。 然後，在1974年，一位日本建築師做了一件事 這本該改變一切。 山崎正幸，山崎馬扎克公司總裁 選擇肯塔基州的辛辛那提作為他公司的所在地 日本境外的第一家製造工廠。 佛羅倫斯距離辛辛那提機場18分鐘車程。 無論從哪個標準來衡量，都是 在世界機床之都的後院裡。 該公司自1968年以來一直在長島經營美國銷售辦事處。 但佛羅倫斯並非銷售人員。 佛羅倫斯是生產中心。 一家日本公司即將在門口建造機械工具。 發明它們的工業。 山崎的推理直指核心。一家機械工具公司 必須靠近其所服務的市場 理解製造文化。 他選擇佛羅倫薩是因為那裡的勞動力經過訓練。 由於供應鏈 already 存在， 而且客戶們都在車程可達的距離內。 他選擇了它，因為一個世紀以來 美國的建築師們將其打造成了最棒的地方。 地球上に機械工具を製造するための設備を構築するという、今や日本の 公司將證明他是對的。 那座佛羅倫薩的工廠將擴大二十倍。 接下來的幾十年裡，面積增長至近一百萬平方英尺。 生產超過70種型號。 美國人打造了完美的生態系統。 他們只是不會是那個繼續守住它的人。 中西部地區剛剛花了30年時間研發數值控制技術， 加工中心，電腦導引精密加工 以及地球上最精良的車床。 在這相同的30年裡，它已將自己最偉大的公司更名。 出售了其最具代表性的品牌 一個綜合企業，卻未能察覺 一個在1955年沒有機械工具出口的國家 正處於領先世界的軌道上。 單靠發明並不能保護一個產業。 保護一個產業的，是堅持留在場內的決心。 繼續建造，繼續對待這項工作 不僅僅是投資組合中的一項項目。 日本人理解していた。 德國人正在打造屬於自己的機械工具復興運動 同時，也明白了這一點。 美國人曾經明白過這一點。他們現在是否依然明白，就不知道了。 即將以 imaginable 無與倫比的殘酷方式接受測試。 由於日本的機器 他們正趕來。價格更便宜。 他們送貨更快。而且品質很好。 而在他們後方，一波又一波的槓桿收購與企業襲擊正接踵而至 即將襲擊中西部機械工具業的風暴 一股強大的力量，使得戰後的蕭條看起來宛如一個緩慢的下午。