Де́йвид Теодо́р Не́льсон Уи́льямсон (, более известен под инициалами D. T. N. Williamson; 15 февраля 1923 — 10 мая 1992) — британский инженер-механик, работавший в областях точного машиностроения, станкостроения и автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП). Конструктор прецизионных датчиков линейного перемещения для АСУ ТП, автоматизированных металлорежущих станков и обрабатывающих центров c числовым программным управлением. Автор более ста изобретений в области машиностроения, из которых важнейшим является изобретённая и отлаженная Уильямсоном гибкая производственная система («Система 24»). Член Лондонского королевского общества с 1968 года, популяризатор идей и технологий автоматизации производства.

Уильямсон-радиолюбитель вошёл в историю электроники и звуковоспроизведения как конструктор классического лампового усилителя звуковых частот (усилителя Уильямсона) и как соавтор Питера Уокера по разработке первого в истории серийного электростатического громкоговорителя .

Биография

Ранние годы

Тео Уильямсон родился в Эдинбурге, в преуспевающей семье ирландского происхождения. Перенеся в раннем детстве туберкулёз, Уильямсон рос болезненным, физически слабым ребёнком. Болезнь преследовала его всю жизнь и в зрелые годы стала причиной раннего ухода на покой и эмиграции.

В 1940 году, окончив престижную частную , Уильямсон поступил на инженерный факультет Эдинбургского университета. За три военных года Уильямсон, с его слов, получил прекрасную подготовку по практическим, прикладным дисциплинам (сопротивление материалов, гидравлика, тепловые машины). Хуже обстояло дело с фундаментальными науками: в 1943 году, в разгар войны, Тео провалил экзамен по математике и был отчислен из университета. Попытка устроиться в штат секретного , разрабатывавшего радиолокационные станции, обернулась неудачей: главный кадровик института Си Пи Сноу счёл кандидата неспособным к исследовательской работе. По состоянию здоровья Уильямсон не подлежал призыву в вооружённые силы, и военные власти подыскали ему работу тестировщика радиоламп в компании . Производство ламп Уильямсона не привлекало, и в апреле 1944 года он перешёл в схемотехническую лабораторию . С ведома заведующего лабораторией Уильямсон в свободное время занимался собственными любительскими проектами по разработке усилителей и звукоснимателей; здесь в течение 1944 года он и создал усилитель звуковых частот, получивший его имя.

В феврале 1946 года Уильямсон, не связанный более обязательствами военного времени, покинул Marconi и перешёл на работу в эдинбургское отделение военно-технической компании Ferranti. От предложений базировавшейся в Лондоне звукозаписывающей компании Decca он отказался, предпочитая вернуться в родной город. Ferranti активно искала способы конверсии накопленных в военное время технологий в гражданские продукты, но потенциальные клиенты были мало заинтересованы в модернизации. Традиционная британская промышленность переживала глубокий спад, основным источником дохода Ferranti оставался военный заказ. Уильямсон в первые годы работы на Ferranti занимался сугубо военными разработками: авиационным сверхзвуковым датчиком скорости и магнитным усилителем для системы управления стартовой катапультой авианосца.

В 1947 и в 1949—1950 годах в журнале для радиолюбителей вышло две серии статей Уильямсона о разработанном им усилителе звуковых частот. Конструкция имела чрезвычайный успех в среде любителей, а в начале 1950-х годов доминировала и в серийном промышленном производстве. Точное количество выпущенных усилителей Уильямсона неизвестно, но счёт шёл как минимум на сотни тысяч. Сборник статей Уильямсона из Wireless World выдержал три издания и переиздавался в США в 1990-е годы. Так, в самом начале карьеры, начинающий инженер без высшего образования стал «тем самым Уильямсоном», хорошо известным и любителям, и профессиональным инженерам по обе стороны Атлантики.

Работы в машиностроении

Система позиционирования Ferranti

В 1950 году Уильямсон занялся первым значительным собственным проектом — разработкой прецизионного датчика линейного перемещения для фрезерных станков компании, занятых в производстве радиолокационных станций. Сложность сверхвысокочастотных волноводов к этому времени возросла до уровня, практически недоступного традиционному производству; руководство Ferranti решило перевести станочный парк на числовое программное управление — для этого и потребовались сверхточные датчики. Поездка в Массачусетский технологический институт в надежде заимствовать уже готовое решение не принесла результата: в точном машиностроении американцы отставали от британцев на пять-десять лет. Британцам был нужен датчик с абсолютной точностью не хуже 5 мкм — на порядок лучше «новейших» технологий MIT. Создание сверхточного датчика на базе дифракционной решётки и системы числового программного управления заняло пять лет. Первые образцы «системы [позиционирования] Ferranti», представленные в 1955 году, обеспечивали требуемую абсолютную точность измерения в 5 мкм при перемещениях до 1,5 м; позже инженеры Ferranti сумели многократно увеличить диапазон измерений, используя систему зеркал. Числовое управление станком осуществлялось специализированным, относительно компактным цифроаналоговым вычислителем по программе, хранимой на магнитной ленте, поскольку универсальные ЭВМ 1950-х годов были для этой задачи слишком дороги и громоздки. В приводах станка, впервые в Великобритании, была применена прецизионная шарико-винтовая передача, ранее использовавшаяся лишь в американском автомобилестроении.

Станки с датчиками «системы Ferranti» хорошо продавались на рынке, во многом, благодаря репутации Уильямсона-радиолюбителя. Его имя, само по себе, привлекало новых клиентов. Датчики «системы Ферранти» были абсолютным прорывом; в течение многих лет никто из конкурентов не мог даже приблизиться к результатам, достигнутым группой Уильямсона. Сам же Уильямсон считал вершиной своей работы на Ferranti другую разработку — огромный фрезерный станок с ЧПУ, обрабатывавший монолитные заготовки размером до 3×10 м. В этом станке 1957 года было впервые применено полностью гидравлическое управление перемещением заготовки и фрезы, а сама фреза вращалась со скоростью до 8000 оборотов в минуту — таким образом, всё тепло при резании уходило в стружку, а сама заготовка практически не нагревалась и потому не испытывала тепловое расширение. Заказчиком уникального станка, предназначенного для изготовления силовых элементов боевых самолётов, выступила авиастроительная компания ; позже на нём изготавливались S-образные воздухозаборники гражданских авиалайнеров Hawker Siddeley Trident.

Высокоскоростные станки с ЧПУ Molins В 1960 году Уильямсона перекупил клиент Ferranti — машиностроительная компания Molins, мировой монополист на рынке оборудования для табачной промышленности. Табачный бизнес был Уильямсону не интересен, но Molins предложила ему вчетверо больше, чем была согласна платить Ferranti (и больше, чем получал тогдашний премьер-министр Великобритании), плюс место в совете директоров и неограниченные полномочия в технологическом переоснащении производства. За десять лет работы главным конструктором Уильямсон сумел увеличить производительность сигаретных машин Molins с 1800 до 4000 штук в минуту, реорганизовал и упростил производство комплектующих, запатентовал фундаментальные для табачной отрасли устройства автоматического контроля готовой продукции, но бо́льшую часть времени, как и на Ferranti, отдал проектированию станков с ЧПУ.

Поводом к их постройке стали потребности самой компании Molins. Мелкосерийное производство стальных деталей машин на классических станках было слишком медленно и дорого. Для ускорения производства, считал Уильямсон, следовало заменить сталь лёгкими сплавами, допускавшими значительно бо́льшую скорость резания, и заменить устаревшие универсальные станки новейшими высокоскоростными (30000 оборотов в минуту) станками с ЧПУ и гидравлическими приводами подачи. Удорожание материала, по расчётам Уильямсона, полностью окупалось за счёт удешевления и ускорения обработки. Типичный размер обрабатываемой заготовки в Molins не превышал 300×300×150 мм, поэтому такой станок мог быть намного легче и дешевле универсального. Первые два станка Уильямсона обошлись компании всего в 50 тысяч фунтов. Затем Molins выпустила на внешний рынок установочную партию из пятнадцати станков Уильямсона, два из которых были приобретены французской авиастроительной компанией Aérospatiale и применялись для изготовления узлов «Конкорда». По инициативе Уильямсона Molins всерьёз сосредоточилась на новом для себя рынке металлорежущих станков; выход на него обещал значительно бо́льшую норму прибыли, но требовал радикального изменения и технологии, и культуры производства. Уильямсону пришлось фактически с нуля выстроить на старых площадях завод нового поколения. Непосредственным продолжением работы по перестройке собственного производства Molins стало главное достижение Уильямсона — гибкая производственная система.

«Система 24»

«Система 24» () фактически представляла собой компактный, полностью автоматизированный металлообрабатывающий цех, рассчитанный на безостановочную круглосуточную работу. В первую (дневную) смену линию обслуживал квалифицированный персонал, в две другие смены она работала автоматически и автономно, под присмотром лишь дежурного оператора. За четыре года проб и ошибок Уильямсон подобрал оптимальную конфигурацию цеха: в окончательном варианте она состояла из линейки станков, параллельно которой располагалась линейка рабочих мест для ручной подготовки заготовок и инструмента. Между ними располагался также вытянутый в линию стеллаж промежуточного хранения паллетизированных заготовок и рабочих инструментов. Подача и перемещение заготовок и инструментов возлагались на управляемый компьютером штабелёр-загрузчик, перемещавшийся вдоль этого стеллажа по рельсовым направляющим. Ёмкость промежуточного стеллажа была выбрана достаточно большой, чтобы вместить запасы заготовок, готовой продукции и инструмента на восемнадцать часов безостановочной работы. Трёхшпиндельные станки (обрабатывающие центры), построенные для работы в составе «Системы 24», отличались неподвижным вертикальным расположением паллеты с заготовкой и подвижным расположением шпинделей — такая конфигурация упрощала автоматическое удаление стружки. Сменные рабочие инструменты монтировались в четырнадцатизарядные магазины, размещавшиеся на стандартных паллетах размером 32×32 см. Каждый обрабатывающий центр вмещал пять магазинов и мог использовать до семидесяти различных инструментов.

Уильямсон сумел убедить в жизнеспособности своей идеи не только руководство Molins, но и государственных чиновников — правительство выделило Molins безвозмездный заём на полмиллиона фунтов стерлингов, позволивший полностью укомплектовать опытный цех новейшим оборудованием. Для его размещения Уильямсон построил в Детфорде особый трёхуровневый цех. В его нижнем, цокольном, этаже размещалось шумное гидравлическое оборудование и система сбора и прессовки стружки. На среднем уровне размещалась сама производственная линия, на верхнем — управляющий ею компьютер и рабочие места программистов. Вычислительную технику и программные решения поставила компания IBM, ставшая крупнейшим спонсором «Системы 24».