1.3. Станки с числовым программным управлением

Первым станком с числовым программным управлениемстал ткацкий станок, созданный во Франции, в Лионе¹⁵. Лион в XVII–XVIII вв. был центром мануфактур по изготовлению шёлковых узорчатых тканей, пользовавшихся огромной популярностью у правителей, знати и церкви и поглощавших до трёх четвертей всего шелка-сырца, импортировавшегося во Францию. Ткацкие станки усовершенствовались в течение XV–XVII веков, но оставались малопроизводительными из-за сложности узора. Работа на станке по-прежнему зависела от личного искусства рабочего и продолжала носить в основном ручной характер. Необычайно интенсивный и тяжелый труд вызывал среди ткачей частые профессиональные заболевания.

Одной из центральных была проблема «зевообразования»: чтобы в ткани переплести поперечную нить (утóк) с продольными (основой), нужно между верхними и нижними нитями основы создать промежуток (зев), по которому должен пройти челнок с утком. И так для каждой поперечной нити. В сложных узорах количество нитей основы и комбинаций переплетения насчитывалось сотнями. Художники рисовали для ткачей эти переплетения (узор) и такой рисунок являлся, фактически, программой создания ткани, которую и реализовывал ткач. К началу XVIII века научились для каждого узора на ткацком станке создавать наборы «подвязей», каждая из которых соответствовала одной комбинации и позволяла одним движением руки поднять все верхние нити основы, создавая нужный зев. Ткачу оставалось только назвать номер нужной подвязи (один из нескольких десятков или даже сотен), а его помощнику («дёргальщику») – дёрнуть соответствующую ручку. Таким образом, набор подвязок на станке – это уже некоторый зачаток блока управления зевообразованием,хранящий часть программы. Для перенастройки на другой узор приходилось на много дней останавливать станок и менять подвязи.

Следующий важный шаг сделал в 1725 году лионский ткач Б. Бушон, который вместо подвязей предложил использовать для отбора нитей основы и формирования зева бумажную перфорированную ленту (рис. 1.4). Каждая строка дырочек на ленте заменяла некоторую подвязь, а последо­вательность строк соответство­вала последовательности применения подвязей. Таким образом,на ленте в двоичной форме кодировался весь рисунок переплетения нитей узора. Для повторения узора лента склеивалась в кольцо. Вверху станка за лентой находился ящик с горизонтально расположенными иглами (тонкими штырьками), каждая из которых подвязывалась к одной нити основы. Ещё была дощечка с дырочками по количеству игл (и нитей основы). Очередная строка ленты устанавливалась точно против концов игл, и помощник ткача прижимал ленту дощечкой к иглам. Иглы, находящиеся против дырочки на ленте, проходили через неё и дырочку в дощечке, поэтому не сдвигались. Остальные иглы отжимались лентой в подъёмный механизм («граблю»). Ткач нажимал на подножку, и с помощью грабли связанные с этими иглами нити основы поднимались, образуя зев.

Теперь вся программа зевообразования была на перфоленте, но выполнялась она по-прежнему вручную, хотя и с гораздо меньшими физическими и умственными усилиями. Настройка станка для нового узора свелась к установке новой заранее подготовленной перфоленты. ¹⁶

Однако, ширина ленты сильно ограничивала число основных нитей, что не позволяло ткать широкие узоры на станке Бушона. Этот недостаток в 1728 году устранил Фалькон – ученик Бушона. В ящике для игл он добавил ещё несколько уровней игл, что позволило использовать в несколько раз боль­ше основных нитей, и заменил перфоленту цепью картонныхперфокарт (рис. 1.5), на которых дырочки могли располагаться в несколько рядов (как и иглы в ящике)¹⁷. Одной «прокидке» челнока теперь соответствовала целиком перфокарта. Из-за усложнения системы игл Фалькону пришлось сильно переработать механизм подъёма нитей. Использование перфокарт облегчило труд помощника по точной подводке игл, но не устранила этой ручной операции. Этот недостаток, а также некоторые конструктивные недоработки препятствовали широкому распространению станка Фалькона. Было продано всего 40-50 станков.

Следующее усовершенствование станка было сделано знаменитым изобретателем андроидов Ж. Вокансоном, который в 1741 году был назначен инспектором шёлковых мануфактур Франции. В 1745-1748 гг. он создалполностью автоматический программно управляемыймеханизм зевообразования. Для этого он заменил перфокарты Фальконаперфорированным барабаном, на котором был нанесён узор. Барабан был установлен в каретку, перемещавшуюся по рельсам наверху станка и прижимавшую барабан к иглам (рис. 1.6). После того, как выбранные таким образом нити основы поднимались, и челнок протаскивал поперечную нить, каретка и иглы автоматически возвращались на место, а барабан поворачивался, подводя следующую строку узора. Механизм Вокансона работал полностью автоматически, ткач мог не думать о рисунке и не нуждался в помощнике.

Тем не менее, станок требовал серьёзных доработок, чтобы его можно было внедрять в производство. Одним из основных недостатков был слишком ограниченный «объём памяти» – на барабане, даже диаметром в 1 метр, можно было поместить не более 20 строк узора, а обычный узор состоял из 40-80 строк. В условиях консервативного мануфактурного производства, препятствовавшего нововведениям, Вокансону не удалось довести этот проект до совершенства.

С концаXVIIIвека во Франции началась промышленная революция, и прежде всего в важной экспортной отрасли – шелкоткацком производстве. Механизации ткацкого дела уделялось большое внимание и оказывалась финансовая поддержка. Это позволило сыну лионского ткача Ж.М. Жаккару (1752 –1834) довести до победного конца изобретение зевообразующего автомата. Использовав наиболее удачные элементы машин Фалькона (цепь перфокарт неограниченной длины) и Вокансона (самодвижущуюся каретку, её удачное расположение) и добавив простой механизм самоподачи перфокарт, Жаккар в 1804 году создал новую машину-автомат (рис. 1.7.), которой суждено было произвести такой переворот в шелкоткачестве, какой ни до неё, ни после ни одно изобретение ещё не совершало. Использование цепи перфокарт позволяло ткать очень сложные узоры. Так, знамя с двуглавым орлом изготовлялось на станке с 14 000 карт.

С 1806 года машина Жаккара начала устанав­ливаться во многих мелких предприятиях Лиона. Тогда же французскими механиками и изобретателями стали вноситься изменения и усовершенствования, которые к 1820 году придали станку тот технически совершенный вид и практическую рентабельность, которые сохранялись почти неизменными многие десятилетия. В 1825 году в одном Лионе работало уже 10 000 жаккаровых станков. В 1810 г. станок попал в Англию и по­ложил здесь начало фабричному шелкоткачеству (рис. 1.8). Станок стал из­готовляться на английских фабриках из металлических частей и приводиться в движение паровой машиной. С 1816 г. новая ма­шина становится известной в Австрии и Пруссии. С 1823 г. в России было налажено производство станков Жаккара для частных предпринимателей. В 1828 г. па многочисленных шелкоткацких предприятиях одной только Московской губернии имелось уже около 25 000 станков Жаккара. Машина Жаккара вытеснила по всему миру все другие машины для крупноузорчатого ткачества.

Таким образом, первым в мире станком с цифровым программным управлением стал зевообразовательный автомат, изобретённый и построенный в 1748 году Вокансоном. Машина Жаккара, построенная в 1804 году в развитие идей Фалькона и Вокансна и доработанная другими изобретателями, стала первым в мире станком с цифровым программным управлением, нашедшим широкое применение.