- Komputer kendali tembakan Angkatan Laut AS menerima informasi tentang kapal sendiri, target, balistik, dan cuaca—hingga 25 faktor—lalu terus menghitung perintah putar dan elevasi meriam
- Akurasi perhitungan sangat bergantung bukan hanya pada perangkatnya sendiri, tetapi juga pada keterampilan operator yang mengirim jarak dan bearing target lewat director serta memasukkan nilai lainnya
- Bagian 1 membahas bagaimana poros dan roda gigi, rack dan pinion, cam, serta differential yang berulang dipakai di dalam perangkat menangani transmisi nilai, perkalian konstanta, perhitungan fungsi, dan penjumlahan aljabar
- Cam mengubah masukan rotasi menjadi keluaran linear atau nilai fungsi; reciprocal cam, square cam, tangent cam, time-of-flight cam, dan barrel cam digunakan untuk perhitungan balistik dan trigonometri
- Differential terus menghasilkan jumlah aljabar meski dua masukan berubah cepat, sehingga menjadi komponen inti dalam perhitungan kendali tembakan untuk kapal dan target yang bergerak
Perhitungan yang diselesaikan komputer kendali tembakan
- Komputer kendali tembakan menerima beberapa nilai masukan secara bersamaan untuk menyelesaikan masalah kendali tembakan, lalu mengirim hasilnya ke meriam sebagai perintah putar (train) dan elevasi (elevation)
- Masukan mencakup haluan dan kecepatan kapal sendiri, jarak dan bearing target, haluan dan kecepatan target, kecepatan dan arah angin, kecepatan awal proyektil, dan faktor yang mungkin bisa bertambah hingga 25
- Karena banyak faktor terjadi bersamaan dan terus berubah, komputer harus menyelesaikan masalah secara kontinu dan seketika
- Komputer tidak bisa menjadi akurat tanpa manusia
- Operator director mengirim jarak dan bearing target ke komputer
- Personel lain di posisi komputer memasukkan informasi sisanya
- Akurasi perhitungan bergantung pada kualitas informasi yang diterima komputer, dan kualitas itu ditentukan oleh keterampilan serta pemahaman operator
Poros, rack dan pinion, roda gigi
- Di dalam komputer terdapat banyak mekanisme dasar, dan sebagian diulang beberapa kali dalam satu komputer
- Poros (shaft) umum dipakai untuk mentransmisikan nilai di dalam komputer
- Satu putaran poros diberi nilai numerik tertentu
- Putaran ke satu arah dapat ditetapkan sebagai positif, dan putaran ke arah sebaliknya sebagai negatif
- Rack dan pinion menunjukkan bagaimana nilai poros ditafsirkan sebagai angka
- Jika satu putaran dikalibrasi sebagai +10, satu setengah putaran menjadi +15, dan dua putaran menjadi +20
- 1/5 putaran ke arah sebaliknya memberi efek menambahkan -2; jika -2 ditambahkan ke +20, hasilnya +18
- Dua putaran ke arah negatif memberi efek mengurangi 20
- Pada perangkat nyata, rack dan pinion dapat dipakai untuk mengubah nilai poros menjadi gerak linear yang sesuai, atau sebaliknya rack dapat mentransmisikan nilai ke poros
- Roda gigi mentransmisikan nilai dari satu poros ke poros lain
- Pada rasio roda gigi 1:1, nilai numerik dipertahankan tetapi arah putaran dibalik
- Roda gigi dengan ukuran berbeda dapat mengalikan atau membagi nilai poros dengan konstanta
- Pada rasio roda gigi 2:1, satu putaran poros penggerak dapat menghasilkan dua putaran pada poros yang digerakkan
Membuat nilai fungsi dengan cam
- Cam dapat digunakan sebagai mekanisme komputasi, dan umumnya mengubah gerak sederhana seperti rotasi menjadi gerak yang tidak beraturan atau intermiten
- Semua cam memiliki permukaan kerja dan follower
- Permukaan kerja bisa berupa kontur luar atau dinding alur
- Follower bisa berupa roller, bola, pin, atau perangkat lain yang meluncur atau menggelinding di atas permukaan kerja
- Permukaan kerja dirancang sesuai relasi masukan-keluaran yang diinginkan
- Misalnya, jika satu putaran poros diberi nilai 10, follower dapat dibuat bergerak sejauh 1×, 2×, dan 3× masing-masing untuk nilai masukan 1, 2, dan 3
- Relasi ini berlaku bukan hanya untuk bilangan bulat, tetapi juga untuk semua nilai di antaranya
- Cam yang memakai kontur luar sebagai permukaan kerja umumnya kapasitasnya dibatasi pada satu putaran
- Untuk menangani putaran tambahan, permukaan kerja harus diperluas; dalam kasus ini permukaan kerja berbentuk alur (groove)
- constant lead cam adalah contoh pin yang bergerak mengikuti alur
- Dalam komputer kendali tembakan, masukan rotasi kecepatan kapal diteruskan sebagai gerak linear follower
Cam yang digunakan dalam kendali tembakan
- reciprocal cam dirancang agar keluarannya menjadi kebalikan dari masukan, yaitu 1/input
- Permukaan kerja disusun dengan menandai titik pada radius
- Jarak untuk 1, kebalikan dari 2 yaitu 1/2, kebalikan dari 3 yaitu 1/3, dan seterusnya dibentuk menjadi kurva
- Jika kurva ini dipotong sebagai alur pada cam cakram dan ditambahkan follower, kebalikan dari masukan menjadi keluaran
- Cam biasanya memiliki bagian run out di kedua ujung kurva yang digambar, yang tidak dipakai dalam perhitungan
- square cam menghasilkan kuadrat dari masukan
- Masukan dapat bernilai positif atau negatif
- tangent cam adalah contoh cam fungsi trigonometri
- Masukan dapat berupa sudut antara 40 derajat dan 70 derajat
- Keluaran adalah tangen dari sudut tersebut
- time-of-flight cam adalah contoh cam balistik bidang
- Permukaan kerja adalah kontur luar komponen
- Masukan adalah jarak tembak dan keluaran adalah waktu terbang
- Sector type follower yang dijaga tetap menyentuh cam oleh pegas memutar roda gigi keluaran
- barrel cam atau cam tiga dimensi menghitung satu keluaran dari dua masukan
- Perangkat contoh menghitung superelevation
- Elevasi meriam adalah jumlah dari superelevation dan advance elevation target
- Superelevation meningkat ketika advance range meningkat, tetapi tidak berbanding lurus
- Superelevation menurun ketika advance elevation meningkat, tetapi ini juga tidak berbanding lurus
- Karena itu superelevation ditentukan oleh dua masukan: advance range dan advance elevation
- Barrel cam dapat dilihat sebagai struktur yang memperluas cam yang mempertimbangkan satu elevasi saja
- Pada elevasi tertentu, beberapa jarak tembak dimungkinkan, dan tiap jarak membutuhkan superelevation yang berbeda
- Untuk menangani semua elevasi, barrel menjadi bentuk yang memuat tak terhingga banyak cam seperti itu
- Irisan mana pun menjadi cam untuk advance elevation tertentu
- Masukan elevation memilih irisan yang diperlukan, dan masukan range memosisikan barrel sesuai jarak tembak yang diperlukan
Differential dan jumlah aljabar
- Differential digunakan dalam komputer untuk memperoleh jumlah aljabar dari dua besaran secara kontinu
- Ketika dua masukan berubah, differential menghasilkan jawaban secara bersamaan terlepas dari kecepatan perubahan masukan
- Contoh yang sering dipakai dalam komputer kendali tembakan adalah bevel gear differential
- Dua poros disambungkan secara kaku, dan poros serta roda gigi ini membentuk spider assembly
- Di dalamnya termasuk spider gear, spider shaft, dan end gear
- Keempat roda gigi masing-masing tidak dipasang tetap pada poros, melainkan terpasang bebas di atas bearing
- Koneksi dengan mekanisme lain dilakukan melalui spur gear yang terpasang tetap pada tiap end gear dan spider shaft
- Untuk masalah matematis, hanya satu spider gear yang diperlukan, tetapi spider gear kedua ditambahkan demi keseimbangan
- Prinsip kerjanya lebih mudah dilihat dengan model rack-pinion
- Dapat dibayangkan sebagai bentuk dengan pinion di antara dua rack
- Rack A dan B atau pinion dapat menjadi keluaran, dan dua sisanya menjadi masukan
- Dalam contoh ini, rack digunakan sebagai masukan dan pinion sebagai keluaran
- Perpindahan pusat pinion selalu sebesar setengah dari jumlah aljabar perpindahan kedua rack
- Jika A bergerak +4 inci dan B bergerak +2 inci, jumlahnya +6 inci dan pusat pinion bergerak +3 inci
- Jika A +1 dan B +3, jumlahnya +4 dan pusat pinion berada di +2
- Jika A -4 dan B +2, jumlah aljabarnya -2 dan pusat pinion bergerak ke -1
- Jika skala nilai yang diinginkan diberikan pada rack dan skala setengahnya diberikan pada pinion, pinion dapat merepresentasikan jumlah aljabar nilai rack
- Differential tipe bevel gear pada dasarnya tidak berbeda dari differential rack-pinion
- Rack yang panjangnya terbatas diganti dengan end gear, dan end gear bekerja seperti rack tanpa ujung
- Pinion diganti dengan spider gear
- Pergerakan jalur melingkar dari pusat spider gear diteruskan sebagai putaran spider shaft
- Keluaran dapat berupa salah satu dari dua end gear atau spider shaft, dan dua sisanya menjadi masukan
1 komentar
Komentar Hacker News
Pada 1989 saya bertugas sebagai teknisi sistem data di kapal perusak yang sedang menjalani perawatan di galangan kapal Pascagoula, Mississippi, dan tepat di sebelahnya kapal tempur Wisconsin sedang berlabuh
Itu adalah peninggalan raksasa dari era Perang Dunia II, tetapi masih terus dimodernisasi, dan beberapa orang yang menangani sistem tempur diundang untuk melihat sistem kendali tembak
Ternyata isinya hanya komputer mekanis yang menghitung solusi penembakan untuk meriam utama 16 inci, dan para pemandunya sudah jauh melewati usia pensiun militer pada umumnya
Rupanya pengetahuan praktis tentang komputer mekanis itu sudah hilang dari Angkatan Laut, jadi mereka semua dipanggil kembali, dan itu benar-benar hari yang luar biasa
Perhitungan berat dilakukan oleh komputer kendali tembak di kapal, lalu nilai pengaturannya digunakan oleh komputer sederhana pada torpedo yang memiliki panduan inersia
Sulit membayangkan bagaimana orang merancang hal seperti ini hanya dengan pensil dan mistar hitung
Saya berada di kelompok yang merombak ulang komputer kendali tembak untuk kapal selam; bentuknya mirip mesin game arcade berdiri yang populer saat itu, tetapi kabinetnya dari aluminium utuh
Bagian dalamnya adalah komputer analog yang penuh dengan roda gigi dan resolver, dan tampilannya juga sepenuhnya analog; semuanya sedang diganti dengan roda gigi dan resolver baru
Saya juga ingat kelompok lain di dekat sana sedang bereksperimen dengan mikrokomputer memakai kotak S-100 seperti IMSAI 8080
Itu benar-benar di luar nalar, dan jika Anda berada dekat Norfolk, kapal tempur Wisconsin layak untuk dikunjungi
Ketika ia bilang menggunakan “komputer mekanis”, saya perlu menatap kosong beberapa saat untuk memahami maksudnya
Materi pelatihan lama Angkatan Laut AS sangat bagus untuk mempelajari berbagai teknologi
Salah satu mahakaryanya adalah “Basic Hand Tools”, sebuah buku panduan yang pada dasarnya menjelaskan cara memakai hampir semua perkakas tangan yang pernah ditemukan dalam bahasa Inggris yang mudah
Bahkan tentang palu pun tertulis, “Orang yang pertama kali mendapat ide memecahkan kacang dengan batu tanpa sadar telah menemukan alat. Saat seorang jenius kemudian mengikatkan tongkat pada batu itu, palu pertama pun ditemukan. Sejak awal yang sederhana itu, banyak peningkatan telah dibuat”
Versi modern “Tools and Their Uses” juga membahas perkakas mesin, tetapi tidak seasyik itu
Contoh favorit saya adalah video ini yang menjelaskan diferensial kendaraan: https://m.youtube.com/watch?v=yYAw79386WI
Anak-anak usia 18–20 tahun meluncurkan dan mendaratkan pesawat di kapal induk sambil sekaligus melakukan pengisian logistik di laut, dan itu menjadi hari biasa saja
Ini benar-benar panduan full-stack elektronika yang dimulai dari dasar materi itu sendiri
Saya sangat merekomendasikan Between Human and Machine: Feedback, Control, and Computing before Cybernetics karya David A. Mindell
Ini bahan pengantar yang bagus untuk memahami salah satu sisi Angkatan Laut dan “teknologi”
Sebagian besar komputasi awal terhubung dengan Angkatan Laut, dan fakta bahwa Grace Hopper adalah laksamana Angkatan Laut, bukan jenderal Angkatan Darat, bukanlah kebetulan
Dalam karya awal Cray juga banyak muncul kata “Navy”, termasuk riwayat perpindahan dari Eropa ke Pasifik
Ini sejarah Perang Dunia II dan pascaperang yang menarik dan layak ditelusuri
Meski begitu, pentingnya artileri darat, survei militer, dan kartografi juga tidak boleh diremehkan
Komputer mekanis untuk tembakan meriam kapal jarak jauh yang memperhitungkan faktor seperti haluan, kecepatan, dan oleng dibangun di atas metode artileri darat statis yang lebih awal, yang menggunakan tabel dan nomogram hasil perhitungan rumit
Sebagian pekerjaan Babbage pada Difference Engine juga berkaitan dengan perhitungan tabel artileri
Bisa dibilang semacam GPS asli
“Penelitian ini didukung sebagian oleh hibah XXX-YYY-ZZZZZZZZZZ dari Naval Research Laboratory”
Sering juga terlihat padanan serupa yang mencantumkan lembaga pendanaan lain seperti DARPA atau NSF
Jika ingin merasakan langsung seperti apa bekerja dengan “komputer” semacam ini, lihat game UBOAT di Steam
Ini penerus spiritual seri Silent Hunter, dan belum lama ini menambahkan komputer data torpedo yang digunakan pada kapal selam Type VII Jerman yang relatif modern
https://store.steampowered.com/news/app/494840/view/3712713813599539942
Antarmuka penggunanya mengejutkan karena sangat intuitif bahkan menurut standar UX masa kini
Videonya luar biasa
Gaya penjelasannya sederhana dan lugas, menyampaikan konsep dengan sangat baik, dan berbagai penerapan cam selalu mengesankan setiap kali dilihat
Prinsip dasar komputer mekanis jauh lebih tua, menelusur jauh ke dalam tahun 1800-an, mungkin bahkan lebih awal, dan sebagian besar berakar pada mekanisme jam
Sebagai seseorang yang selalu kesulitan dengan aljabar tradisional dan pendidikan matematika di atasnya, ketika disajikan secara fisik rasanya jauh lebih mudah diakses
Saya jadi penasaran apakah ada yang pernah mengajarkan aljabar atau konsep matematika tingkat lanjut dengan cara seperti ini
Hidup saya mungkin akan berbeda kalau saat SMA dan kuliah ada mesin roda gigi yang bisa disentuh dan diputar engkolnya untuk melihat “bagaimana matematika bekerja” di kelas matematika
Setelah tertinggal di dasar-dasar aljabar saat SMA, saya tidak pernah bisa mengejar ketertinggalan di kuliah dan pada dasarnya putus kuliah; saya tahu saya menyukai komputer dari kelas BASIC 101 di kampus, tetapi setelah itu untuk terus memakai komputer saya harus pindah ke jurusan matematika, dan karena ini awal 80-an saya tidak bisa lolos mata kuliah prasyarat lalu menyerah
Meski begitu, saya segera membeli komputer 8-bit dengan RAM 4KB dan menjadi programmer sepenuhnya secara otodidak, dan pada akhirnya semuanya berjalan sangat baik, tetapi tetap ada pikiran “bagaimana jika”
Dalam semesta Dune, saya punya headcanon bahwa respons setelah Butlerian Jihad adalah mengembangkan komputer mekanis yang lebih unggul
Khususnya dengan miniaturisasi hingga ke tingkat nanometer
Ini memang tidak cocok sempurna untuk semuanya, dan masih ada pertanyaan seperti apakah perisai Holtzmann sepenuhnya analog, tetapi tampaknya cukup untuk dipasangkan dengan pengendali analog praktis yang membuat sebagian besar benda menjadi komputer analog skala nanometer
Kalau mengecualikan fanfiction Brian Herbert, komputasi arus utama saat itu mungkin saja bersifat mekanis
Bagaimanapun juga, perbedaan seperti itu mungkin tidak penting
Film pelatihan militer atau newsreel rasanya tidak lengkap tanpa musik pembuka berirama mars
Intinya itu seperti mengatakan, “Duduk diam dan dengarkan baik-baik. Ya, kamu!”
Bagpipe juga punya fungsi yang sama, dan sekarang acara resmi rasanya tidak benar-benar resmi kalau tidak ada bagpipe di awal atau akhir
Tautan terkait:
Mechanical Computer – Basic Mechanisms in Fire Control Computers (1953) [video] - https://news.ycombinator.com/item?id=29471331 - Desember 2021, 12 komentar
Basic Mechanisms In Fire Control Computers (1953) [video] - https://news.ycombinator.com/item?id=7831923 - Juni 2014, 6 komentar
“Tentu saja akurasi komputer bergantung pada kualitas informasi yang diterimanya”
Benar sekali
Saya penasaran apakah ini dimasukkan sebagai rujukan yang disengaja
“Pada dua kesempatan saya pernah ditanya, ‘Mr. Babbage, jika Anda memasukkan angka yang salah ke dalam mesin, apakah jawaban yang benar akan keluar?’ Pada satu kesempatan oleh seorang anggota majelis tinggi, dan pada kesempatan lain oleh seorang anggota majelis rendah. Saya tidak mampu memahami dengan tepat jenis kekacauan gagasan yang bisa memunculkan pertanyaan semacam itu”
— Charles Babbage, Passages from the Life of a Philosopher (1864)