Де́від Теодо́р Не́льсон Вільямсон (, відоміший під ініціалами D. T. N. Williamson; 15 лютого 1923 — 10 травня 1992) — британський інженер-механік, що працював у галузях точного машинобудування, верстатобудування й автоматизованих систем керування технологічними процесами (АСК ТП). Конструктор прецизійних датчиків лінійного переміщення для АСК ТП, автоматизованих металорізальних верстатів та обробних центрів з числовим програмним керуванням. Автор більше ста винаходів в галузі машинобудування, з яких найважливішим є винайдена й відлагоджена Вільямсоном гнучка виробнича система («Система 24»). Член Лондонського королівського товариства з 1968 року, популяризатор ідей і технологій автоматизації виробництва.

Вільямсон-радіаматор увійшов в історію електроніки і звуковідтворення як конструктор класичного лампового підсилювача звукових частот () і як співавтор Пітера Вокера () з розроблення першого в історії серійного електростатичного гучномовця .

Життєпис

Ранні роки

Тео Вільямсон народився в Единбурзі, в успішній ірландській сім'ї. Перенісши в ранньому дитинстві туберкульоз, Вільямсон ріс хворобливою, фізично слабкою дитиною. Хвороба переслідувала його все життя та у зрілі роки стала причиною раннього виходу на пенсію та еміграції .

У 1940 році, після закінчення престижної приватної , Вільямсон поступив на інженерний факультет Единбурзького університету. За три воєнних роки Вільямсон, з його слів, отримав прекрасну підготовку у практичних, прикладних дисциплінах (опір матеріалів, гідравліка, теплові машини). Гірші справи були з фундаментальними науками: у 1943 році, у розпалі війни, Тео провалив екзамен з математики й був відрахований з університету. Спроба влаштуватись у штат секретного Науково-дослідного інституту телекомунікацій (TRE), що займався розробкою радіолокаційних станцій, закінчилась невдачею: головний кадровик інституту Сі Пі Сноу вважав кандидата нездатним до дослідницької роботи. За станом здоров'я Вільямсон не підлягав призиву до збройних сил, і військова адміністрація підшукала йому роботу тестувальника радіоламп у компанії . Виробництво ламп Вільямсона не вабило, і у квітні 1944 року він перейшов у схемотехнічну лабораторію . З відома завідувача лабораторії Вільямсон у вільний час займався власними аматорськими проєктами з розроблення підсилювачів і звукознімачів; тут протягом 1944 року він і створив .

У лютому 1946 року Вільямсон, не обтяжений більше зобов'язаннями воєнного часу, покинув компанію Marconi й перейшов на роботу в единбурзьке відділення військово-технічної компанії Ferranti. Від пропозицій звукозаписувальної компанії Decca, що базувалася в Лондоні, він відмовився, воліючи повернутися в рідне місто. Ferranti активно шукала способи конверсії накопичених у воєнний час технологій у цивільні продукти, але потенційні клієнти були мало зацікавлені у модернізації. Традиційна британська промисловість переживала глибокий спад, основним джерелом доходу Ferranti залишалося військове замовлення. Вільямсон у перші роки роботи на Ferranti займався суто військовими розробками: авіаційним надзвуковим датчиком швидкості та магнітним підсилювачем для системи управління стартовою катапультою авіаносця.

У 1947 і у 1949—1950 роках в журналі для радіоаматорів вийшло дві серії статей Вільямсона про розроблений ним підсилювач звукових частот. Конструкція мала надзвичайний успіх у середовищі аматорів, а на початку 1950-х років домінувала і в серійному промисловому виробництві. Точна кількість випущених підсилювачів Вільямсона невідома, але рахунок йшов як мінімум на сотні тисяч. Збірник статей Вільямсона з «Wireless World» витримав три видання і перевидавався у США в 1990-ті роки. Так, на самому початку кар'єри, інженер-початківець без вищої освіти став «тим самим Вільямсоном», добре відомим і аматорам, і професійним інженерам по обидва боки Атлантики.

Роботи у машинобудуванні

Система позиціювання Ferranti

У 1950 році Вільямсон зайнявся першим значимим власним проєктом — розробленням прецизійного датчика лінійного переміщення для фрезерних верстатів компанії Ferranti, задіяної у виробництві радіолокаційних станцій. Складність конструкцій надвисокочастотних хвилеводів до того часу зросла до рівня, практично недоступного до виготовлення в умовах традиційного виробництва. Керівництво Ferranti вирішило перевести верстатний парк на числове програмне керування — для цього і стали потрібними надточні датчики. Поїздка до Массачусетського технологічного інституту (MIT) з надією запозичити вже готове технічне рішення не принесла результату: у точному машинобудуванні американці відставали від британців на п'ять-десять років. Британцям був потрібен датчик з абсолютною точністю не гірше за 5 мкм — на порядок кращий від «найновіших» технологій MIT. Створення надточного датчика на базі дифракційної ґратки і системи числового програмного керування зайняло п'ять років. Перші зразки «системи [позиціювання] Ferranti», представлені у 1955 році, забезпечували потрібну абсолютну точність вимірювання у 5 мкм при переміщеннях до 1,5 м; згодом інженери Ferranti зуміли багатократно збільшити діапазон вимірювань, використовуючи систему дзеркал. Числове керування верстатом здійснювалось спеціалізованим, відносно компактним цифроаналоговим обчислювачем по програмі, що зберігалась на магнітній стрічці, так як універсальні ЕОМ 1950-х років були для цієї задачі занадто дорогими і громіздкими. У приводах верстата, вперше у Великій Британії, було застосовано прецизійну кульково-гвинтову передачу, що раніше використовувалась лише в американському автомобілебудуванні.

Верстати з датчиками системи Ferranti добре продавалися на ринку, багато в чому, завдяки репутації Вільямсона-радіоаматора. Його ім'я, само собою, приваблювало нових клієнтів. Датчики «системи Ферранті» були абсолютним проривом; протягом багатьох років ніхто з конкурентів не міг навіть наблизитися до результатів, досягнутих групою Вільямсона. Сам же Вільямсон вважав вершиною своєї роботи на Ferranti іншу розробку — величезний фрезерний верстат з ЧПК, що обробляв монолітні заготовки розміром до 3×10 м. У цьому верстаті 1957 року було вперше застосовано повністю гідравлічне управління переміщенням заготовки і фрези, а сама фреза оберталася зі швидкістю до 8000 об/хв — таким чином, все тепло при різанні відходило у стружку, а сама заготовка практично не нагрівалася і тому не зазнавала теплових деформацій. Замовником унікального верстата, призначеного для виготовлення силових елементів бойових літаків, виступала авіабудівна компанія Fairey Aviation Company; згодом на ньому виготовлялись S-подібні повітрозабірники цивільних авіалайнерів Hawker Siddeley Trident.

Високошвидкісні верстати з ЧПК Molins У 1960 році Вільямсона перекупив клієнт Ferranti — машинобудівна компанія Molins, світовий монополіст на ринку обладнання для тютюнової промисловості. Тютюновий бізнес був Вільямсону не цікавий, але Molins запропонувала йому учетверо більший оклад, ніж була згодна платити Ferranti (і більше, ніж отримував тодішній прем'єр-міністр Великої Британії)), плюс місце у раді директорів і необмежені повноваження у технологічному переоснащенні виробництва. За десять років роботи головним конструктором Вільямсон зумів збільшити продуктивність сигаретних машин Molins з 1800 до 4000 штук за хвилину, реорганізував і спростив виробництво комплектуючих, запатентував фундаментальні для тютюнової галузі пристрої автоматичного контролю готової продукції, проте більшу частину часу, як і на Ferranti, віддав проєктуванню верстатів з ЧПК.

Приводом до їх розроблення стали потреби самої компанії Molins. Дрібносерійне виробництво сталевих деталей машин на класичних верстатах було занадто повільним і дорогим. Для прискорення виробництва, вважав Вільямсон, слід було замінити сталь легкими сплавами (алюмінієвими, зокрема), що допускали значно більшу швидкість різання, і замінити застарілі універсальні верстати найновішими високошвидкісними (30000 обертів за хвилину) верстатами з ЧПК та гідравлічними приводами подачі. Здорожчання матеріалу, за розрахунками Вільямсона, повністю окуповувалось здешевленням й прискоренням обробки. Типовий розмір оброблюваної заготовки у Molins не перевищував 300×300×150 мм, тому такий верстат міг бути набагато легшим і дешевшим від універсального. Перші два верстати Вільямсона обійшлись компанії усього у 50 тисяч фунтів. Згодом Molins випустила на зовнішній ринок настановну серію з п'ятнадцяти верстатів Вільямсона, два з яких були придбані французькою авіабудівною компанією Aérospatiale й застосовувались для виготовлення вузлів «Конкорда». За ініціативою Вільямсона компанія Molins серйозно зосередилась на новому для себе ринку металорізальних верстатів; вихід на нього обіцяв значно більшу норму прибутку, але вимагав радикальної зміни і технології, і культури виробництва. Вільямсону довелось фактично з нуля вибудувати на старих площах завод нового покоління. Безпосереднім продовженням роботи з перебудови власного виробництва Molins стало головне досягнення Вільямсона — гнучка виробнича система.

«Система 24»

«Система 24» (), створена Вільямсоном, фактично являла собою компактний, повністю автоматизований металообробний цех, розрахований на безперервну цілодобову роботу. У першу (денну) зміну лінію обслуговував кваліфікований персонал, а у дві наступні зміни вона працювала автоматично і автономно, лише під наглядом чергового оператора. За чотири роки спроб і помилок Вільямсон підібрав оптимальну конфігурацію цеху: в остаточному варіанті вона складалась з лінійки верстатів, паралельно до якої розташовувалась лінійка робочих місць для ручного підготовлення заготовок та інструменту. Між ними розташовувався також витягнутий у лінію стелаж проміжного зберігання палетизованих заготовок і обробних інструментів. Подавання і переміщення заготовок та інструментів покладались на керований комп'ютером штабелер-завантажувач, що переміщався уздовж цього стелажа по рейкових напрямних. Місткість проміжного стелажа була обрана достатньо великою, щоб вмістити запаси заготовок, готової продукції та інструменту на вісімнадцять годин безупинної роботи. Тришпиндельні верстати (обробні центри), створені для роботи у складі «Системи 24», відрізнялись нерухомим вертикальним розташуванням палети із заготовкою та рухомим розташуванням шпинделів — така конфігурація спрощувала автоматичне видалення стружки. Змінні робочі інструменти монтувались у чотирнадцятизарядні магазини, що розташовувались на стандартних палетах розміром 32×32 см. Кожний обробний центр вміщав п'ять магазинів і міг використовувати до семидесяти різних інструментів.

Вільямсон зумів переконати у життєздатності своєї ідеї не лише керівництво Molins, а й державних чиновників — уряд виділив компанії Molins безоплатну позику на півмільйона фунтів стерлінгів, що дозволило повністю укомплектувати дослідний цех новим обладнанням. Для його розташування Вільямсон побудував у особливий трирівневий цех. На його нижньому цокольному поверсі розміщалось шумне гідравлічне обладнання і система збору й пресування стружки. На середньому рівні розташовувалась сама виробнича лінія, на верхньому — керуючий нею комп'ютер і робочі місця програмістів. Обчислювальну техніку і програмні рішення поставила компанія IBM, що стала найбільшим спонсором «Системи 24».