Тео Уильямсон родился в Эдинбурге, в преуспевающей семье ирландского происхождения[3]. 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[4].
В феврале 1946 года Уильямсон, не связанный более обязательствами военного времени, покинул Marconi и перешёл на работу в эдинбургское отделение военно-технической компании Ferranti[7]. От предложений базировавшейся в Лондоне звукозаписывающей компании Decca он отказался, предпочитая вернуться в родной город[7]. Ferranti активно искала способы конверсии накопленных в военное время технологий в гражданские продукты, но потенциальные клиенты были мало заинтересованы в модернизации[7]. Традиционная британская промышленность переживала глубокий спад, основным источником дохода Ferranti оставался военный заказ[8]. Уильямсон в первые годы работы на Ferranti занимался сугубо военными разработками: авиационным сверхзвуковым датчиком скорости и магнитным усилителем для системы управления стартовой катапультойавианосца[8].
В 1947 и в 1949—1950 годах в журнале для радиолюбителей Wireless World[англ.] 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[9][10]. Точное количество выпущенных усилителей Уильямсона неизвестно, но счёт шёл как минимум на сотни тысяч[6]. Сборник статей Уильямсона из Wireless World выдержал три издания и переиздавался в США в 1990-е годы[11]. Так, в самом начале карьеры, начинающий инженер без высшего образования[5][12] стал «тем самым Уильямсоном», хорошо известным и любителям, и профессиональным инженерам по обе стороны Атлантики[6].
Работы в машиностроении
Система позиционирования Ferranti
В 1950 году Уильямсон занялся первым значительным собственным проектом — разработкой прецизионного датчика линейного перемещения для фрезерных станков компании[8], занятых в производстве радиолокационных станций[12]. 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[8][12]. 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[8]. Британцам был нужен датчик с абсолютной точностью не хуже 5 мкм — на порядок лучше «новейших» технологий MIT[8]. 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[13]. 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[13]. В приводах станка, впервые в Великобритании, была применена прецизионная шарико-винтовая передача[англ.]*, ранее использовавшаяся лишь в американском автомобилестроении[13].
Станки с датчиками «системы Ferranti» хорошо продавались на рынке, во многом, благодаря репутации Уильямсона-радиолюбителя. Его имя, само по себе, привлекало новых клиентов[12]. Датчики «системы Ферранти» были абсолютным прорывом; в течение многих лет никто из конкурентов не мог даже приблизиться к результатам, достигнутым группой Уильямсона[14]. Сам же Уильямсон считал вершиной своей работы на Ferranti другую разработку — огромный фрезерный станок с ЧПУ, обрабатывавший монолитные заготовки размером до 3×10 м[14]. 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[15]. Заказчиком уникального станка, предназначенного для изготовления силовых элементов боевых самолётов, выступила авиастроительная компания Fairey[англ.]; позже на нём изготавливались S-образные[англ.]воздухозаборники гражданских авиалайнеров Hawker Siddeley Trident[15].
Высокоскоростные станки с ЧПУ Molins
В 1960 году Уильямсона перекупил клиент Ferranti — машиностроительная компания Molins, мировой монополист на рынке оборудования для табачной промышленности[15]. 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[12]), плюс место в совете директоров и неограниченные полномочия в технологическом переоснащении производства[15]. 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[16].
Поводом к их постройке стали потребности самой компании Molins[16]. Мелкосерийное производство стальных деталей машин на классических станках было слишком медленно и дорого[16]. 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[16][17]. Удорожание материала, по расчётам Уильямсона, полностью окупалось за счёт удешевления и ускорения обработки[18]. 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[16]. 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»[16]. 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[19]. Уильямсону пришлось фактически с нуля выстроить на старых площадях завод нового поколения[19]. Непосредственным продолжением работы по перестройке собственного производства Molins стало главное достижение Уильямсона — гибкая производственная система.
«Система 24»
Устройство цеха «Системы 24» (патентная заявка 1967 года). Слева — ряд станков 101…106, правее него — стеллаж для заготовок и рабочего инструмента 113…117, с подвижным штабелёром 114, правее — зона ручной подготовки заготовок и инструмента
Гибкая производственная линия, построенная по тем же принципам в конце 1980-х годов. Слева — стеллаж для заготовок, в центре — штабелёр-загрузчик на рельсовых направляющих, справа — металлорежущие станки
«Система 24» (англ.System 24) фактически представляла собой компактный, полностью автоматизированный металлообрабатывающий цех, рассчитанный на безостановочную круглосуточную работу[19]. В первую (дневную) смену линию обслуживал квалифицированный персонал, в две другие смены она работала автоматически и автономно, под присмотром лишь дежурного оператора[19][20]. 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[19]. Между ними располагался также вытянутый в линию стеллаж промежуточного хранения паллетизированных заготовок и рабочих инструментов[19]. Подача и перемещение заготовок и инструментов возлагались на управляемый компьютером штабелёр-загрузчик, перемещавшийся вдоль этого стеллажа по рельсовым направляющим[19]. Ёмкость промежуточного стеллажа была выбрана достаточно большой, чтобы вместить запасы заготовок, готовой продукции и инструмента на восемнадцать часов безостановочной работы[20]. 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[21]. Сменные рабочие инструменты монтировались в четырнадцатизарядные магазины, размещавшиеся на стандартных паллетах размером 32×32 см[21]. Каждый обрабатывающий центр вмещал пять магазинов и мог использовать до семидесяти различных инструментов[21].
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[22]. 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[19]. На среднем уровне размещалась сама производственная линия, на верхнем — управляющий ею компьютер и рабочие места программистов[23]. Вычислительную технику и программные решения поставила компания IBM, ставшая крупнейшим спонсором «Системы 24»[23].
В 1967 году Уильямсон триумфально представил инженерному сообществу ещё не готовую к эксплуатации систему; довести проект до завершения ему было не суждено[23]. В том же 1967 году компанию покинул её многолетний генеральный директор; клиенты компании — табачные предприятия — увеличили свои доли владения Molins и провели решение о смене не только руководителя, но и основ корпоративного управления[23]. Затем семья Молинс, всё ещё владевшая контрольным пакетом фирмы, решила продать его на бирже[23]. «Предпродажная подготовка» свелась к ликвидации убыточных и непрофильных активов, одним из которых, с точки зрения нового руководства, и была ещё не завершённая «Система 24»[22]. Несмотря на заинтересованность британского правительства и IBM, в 1969 году — за полгода до ожидавшегося ввода в эксплуатацию — проект был закрыт[22]. Корпоративные игры надломили и без того слабое здоровье Уильямсона: острый приступ прободной язвы надолго вывел его из строя[22]. В 1973 году, когда Molins приняла решение полностью закрыть станкостроительный бизнес, Уильямсон покинул компанию[22][24].
В то же время американские конкуренты, используя новейшие недорогие мини-компьютеры, сумели довести свои гибкие производственные линии до серийного выпуска[24]. Промышленность США начала замещение старых традиционных производств гибкими системами, а около 1977 года конкурентное преимущество перешло к японским станкостроителям[24]. Американцы оспорили два важнейших патента Уильямсона, но после многолетних тяжб суды США подтвердили приоритет Уильямсона и Molins[1]. В 1983—1986 годах патентное бюро США выдало Уильямсону патенты на изобретения двадцатилетней давности[1]; многомиллионные роялти за их использование достались новым владельцам реорганизованной компании Molins[22].
Общественная деятельность
В 1968 году Уильямсон был избран действительным членом Лондонского королевского общества[2]. Избрание инженера-практика, не только никогда не занимавшего наукой, но даже не имевшего высшего образования, было беспрецедентным событием — столь высокое значение придавало научное сообщество «Системе 24»[12].
Уильямсон вошёл в состав учреждённого в 1969 году[25] Промышленного Комитета при Королевском Обществе и, вместе с председателем Комитета Джеймсом Лайтхиллом, активно выступал за бо́льшее представительство инженеров и организаторов промышленности в Обществе[26]. С точки зрения Уильямсона, в Обществе исторически сложилась диспропорция в пользу представителей академической, фундаментальной науки: лишь четверть членов Общества были инженерами или занимались прикладными науками, и лишь 6 % работали непосредственно в промышленности[26]. Под давлением «инженерного лобби» Общество повысило число ежегодно избираемых членов, но наотрез отказалось снижать порог вхождения[26]. В 1971 году, когда Виктор Ротшильд и Фредрик Дейнтон[англ.] предложили правительству перевести финансирование науки на контрактную основу, Уильямсон заявил резкое несогласие с реформой[27]. Однако идеи Ротшильда и Дейнтона об увязке финансирования с нуждами экономики и общества он поддержал, а также рекомендовал президенту Общества Алану Ходжкину согласиться с ними, что Ходжкин и сделал[27].
После закрытия «Системы 24» Уильямсон сосредоточился на анализе промышленного потенциала и перспектив развития Великобритании[28]. В публичных выступлениях 1970-х годов в рамках негосударственного Национального совета экономического развития[англ.] он предсказывал неизбежное угасание британской промышленности. Уильямсон утверждал, что правительство поддерживает торговый баланс страны искусственно, девальвациями, что не может продолжаться бесконечно — не позднее 1990 года Великобритания будет импортировать больше высокотехнологичных товаров, чем производит сама[29]. Уильямсон считал, что американская модель инновационного развития, опирающаяся на инициативу множества быстрорастущих частных компаний, в Великобритании нереализуема[30]. Во-первых, британские финансисты не были готовы давать предпринимателям кредиты, не получая взамен контроля над их бизнесом, во-вторых, в стране отсутствовал рынок субподрядных работ и услуг, а в-третьих, в Великобритании не существовало масштабных государственных программ технологического развития, подобных лунной программе США[30]. Единственным средством замедлить падение, по мнению Уильямсона, было перераспределение инвестиций в пользу производства продуктов с максимальной добавленной стоимостью[28].
Уильямсон резко критиковал британскую систему высшего образования и был, в целом, невысокого мнения о ней: «Инженерное образование в Великобритании учит лишь основам, и то не в должной мере. Оно не учит применять эти основы [на практике]… большинство преподавателей — нетворческие личности, они не понимают сути [обычного] проектирования, не говоря уже о сложностях проектирования системного… они воспроизводят офисных специалистов по образу и подобию своему.»[30]. Чтобы восполнить системные недостатки высшей школы, Совет по производственным технологиям, в котором с 1972 года председательствовал Уильямсон, учредил программу обмена знаниями (англ.Teaching Company Scheme, с 2003 года Knowledge Transfer Partnerships[англ.]) для студентов университетов, стажирующихся в негосударственных компаниях[28]. Отвергал Уильямсон и новейшие теории менеджмента, которые настаивали на централизации и «оптимизации» проектных подразделений. Напротив, считал он, лучше всего с проектными задачами справляются компактные, но самодостаточные рабочие группы (Уильямсон называл их «семьями»); следует всячески избегать зависимости этих групп от общекорпоративных вспомогательных служб[англ.][30]. «Ни при каких условиях нельзя передавать составление проектной документации на внутренний субподряд. Общее чертёжное бюро — анахронизм, культивирующий наихудшие ошибки (англ.worst abuses) проектирования»[30].
Радиолюбительские проекты
Уильямсон унаследовал тягу к техническому творчеству от отца — страстного радиолюбителя. С 1932 года Тео экспериментировал с радиоприёмом, в 1938—1939 годах построил усилитель звуковых частот с глубокой отрицательной обратной связью (ООС) [4]. Тогда же он всерьёз заинтересовался популярной в предвоенные годы темой манипуляции динамическим диапазоном звукового сигнала. В мае 1943 года журнал для радиолюбителей Wireless World[англ.] впервые опубликовал заметку Уильямсона о выборе оптимальных скоростей атаки и затухания экспандера; в сентябре 1943 года по инициативе самого журнала Уильямсон опубликовал развёрнутое описание своего экспандера[31].
Все последующие работы Уильямсона в электронике были связаны с воспроизведением звука. В 1944 году, получив в своё распоряжение первоклассную радиотехническую лабораторию Marconi, он занялся постройкой полностью нового, оригинального звуковоспроизводящего тракта — магнитного звукоснимателя, усилителя звуковой частоты и акустической системы[6]. При поддержке руководства Marconi и экспертов компании Decca Уильямсон достиг качественных показателей высокой верности звуковоспроизведения, реализованных ранее лишь в американских лабораториях RCA и Western Electric. Уильямсон эффективно доказал, что нелинейные искажения ламповой аппаратуры можно эффективно снизить применением глубокой ООС совместно с высококачественным выходным трансформатором, и создал совершенный образец для массового повторения и подражания[32][33][34]. Объективные характеристики усилителя Уильямсона стали стандартом, на который ориентировались конструкторы 1950-х годов, и который в ламповую эпоху было практически невозможно превзойти[35][36]. К маю 1947 года, когда Уильямсон опубликовал в Wireless World подробное описание своей работы, на британском рынке уже существовали две самобытные конструкции УМЗЧ сравнимого качества, но лишь Уильямсон рискнул раскрыть секреты мастерства широкому кругу читателей[37][38]. Он предложил свою конструкцию не покупателям, а радиолюбителям-самодельщикам, и именно это предопределило её успех[39][38]. Уильямсон, с одной стороны, задал ориентиры конструкторам аппаратуры, с другой — популяризовал знание и понимание этих ориентиров в среде профессионалов и потребителей[34]. Система качественных показателей высокой верности, заданная Уильямсоном в работах 1947 года, в целом действует и в XXI веке[34].
Усилитель Уильямсона не принёс его создателю денежных выгод: в конструкции, построенной на базе давно известного усилителя Кокинга, не было ничего, что могло бы претендовать на выдачу патента[40][41][32]. В начале 1950-х годов Уильямсон и его друг и деловой партнёр Питер Уокер выпустили «авторизованный вариант» усилителя Уильямсона, но из-за высокой себестоимости продавался он плохо. Другой любительский проект Уильямсона 1944 года — магнитный звукосниматель оригинальной конструкции, в котором подвешенный в поле постоянного магнита упругий подвес иглы выполнял функцию датчика её перемещения — был запатентован[42], а c 1948 года[43][44] выпускался под названием «ленточного звукоснимателя Ferranti» (англ.Ferranti Ribbon Pickup). Менее известно, что Уильямсон был соавтором Уокера в разработке выпускавшегося с 1957 года Quad ESL[англ.] — первого в истории серийного электростатического громкоговорителя[45]. Quad ESL и полвека спустя выделялся исключительной динамикой, линейностью, отсутствием призвуков и окраски звука, а самое главное — субъективно воспринимаемым качеством звучания[45]. Уокер и Уильямсон сделали исключительный шаг в улучшении качества звуковоспроизведения; в истории звуковой техники найдётся немного столь же значительных инноваций, реализовавшихся в единственном, разработанном в полукустарных условиях, продукте[45].
Уильямсон, как и Уокер, был воспитан исключительно на классической музыке и считал главной целью конструктора точное и комфортное воспроизведение тембровсимфонического оркестра[46]. В интервью 1953 года он говорил: «Мой слух, если так можно сказать, римско-католический. Я слушаю [классические] концерты, танцевальную музыку. Могу раз в день послушать пару диксилендов, [не больше] … наверное, потому, что других у меня и нет»[47]. В начале 1950-х годов Уильямсон считал вполне реальным высококачественное, реалистичное воспроизведение записей инструментальных соло и камерных ансамблей, но не больших оркестров. Он допускал, что с течением времени бытовая аппаратура сможет полноценно воспроизводить динамику симфонического оркестра, но полагал, что создать иллюзию большого зала в обычной комнате в принципе невозможно. «Я бы хотел привнести в бытовую звукотехнику немного здравого смысла … Пусть каждый решит, какого рода иллюзия ему ближе. Лично я предпочитаю, чтобы оркестр звучал так, как его слышно с бокового кресла в заднем ряду…»[47].
Завершение карьеры. Частная жизнь
В 1951 году Уильямсон женился на сотруднице эдинбургского отделения Ferranti Александре Нилсон (Alexandra J. S. Neilson)[28]. В браке родились две дочери и два сына[28]; один из них появился на свет в родительском доме Уильямсона на Гилмор-плейс, где семья жила в 1951—1960 годы[12]. После перехода в Molins Уильямсоны переехали в просторный, уединённый дом в Кенте[28]. В подвале дома Уильямсон оборудовал мастерскую, где его сыновья постигали навыки самостоятельной работы так же, как Уильямсон когда-то учился у своего отца[28].
После ухода из Molins Уильямсон всерьёз собирался уйти на покой: состояние здоровья не позволяло ему полноценно работать в промышленности[22]. От предложений трёх британских университетов возглавить профильные кафедры он наотрез отказался: академическая жизнь была ему чужда, возвращаться в университетскую среду он не желал[22]. В 1974 году, после долгих переговоров, Уильямсон принял предложение компании Xerox и занял в её европейском отделении пост директора по НИОКР[22]. По настоянию Уильямсона, контракт продолжался всего два года; за это время руководимые Уильямсоном инженеры Xerox довели до готовности к серийному выпуску первый цветной копировальный аппарат[22].
В сентябре 1979 года Уильямсон с супругой переехали из Великобритании в Италию, и обосновались в горах Умбрии, в окрестностях Тразименского озера[28]. Здесь, как и в Кенте, Уильямсон вновь развернул частную мастерскую, где отлаживал приборы для компании из Суссекса, которой руководил его сын[28]. Свою последнюю работу — историю создания и ликвидации «Системы 24» — Уильямсон завершил в марте 1992 года, за два месяца до смерти[28]. Люди, встречавшие Уильямсона в последние годы его жизни, вспоминали, что он до самого конца не соглашался с закрытием «Системы 24» и не простил сделавших это людей[28].