Primjeri računalnih radnih pomagala

Računalna radna pomagala do sada su razmatrana samo u mjeri da se ostvari opći uvid u njihovu problematiku. Ni jedno konkretno područje nije razmatrano detaljnije upravo zbog velike šarolikosti u primjeni. Najraširenija primjena je u konstrukciji i izradi elektroničkih sklopova što je posve razumljivo jer je ta problematika najbliža njihovim proizvođačima. Osim toga upravo u tom području potrebna je ogromna količina inženjerskog rada, tehnologija i zahtjevi tržišta veoma se brzo mijenjaju te treba brzo odgovoriti na promijene ako se želi opstati na tržištu. Broj pomagala u ovom području čini do 3/4 od ukupnog broja razvijenih pomagala. Drugo područje od značaja računalna grafika za konstrukcije i crtanje. Slijedi nadalje nekoliko primjera uporabe računalnih radnih pomagala.

Primjer IV

Konstrukcija čipova pomoću računalnih radnih pomagala.

Današnji integrirani sklopovi - IC (Integrated Circuits) već premašuju na tisuće ugrađenih osnovnih logičkih elemenata, odnosno na desetke tisuća pa i milijuna osnovnih elektroničkih komponenti. Nekad je njihov razvoj bio vrlo mukotrpan, jer se je gotovo sve radilo ručno, te je postojalo nekoliko stotina tipiziranih integriranih sklopova koji su se međusobno spajali na nekoj štampanoj ploči da bi se dobio rezultat. No razvoj tehnologije i računalnih radnih pomagala omogućio je dizajn integriranih krugova specifične namijene - ASIC (Application Specific Integrated Circuits) upravo prema željama naručitelja. Rezultat toga danas se najviše prepoznaje u činjenici da ne postoji TV prijemnik različitih proizvođača a da ima iste integrirane sklopove (da servisera zaboli glava!).

Konstrukcija integriranih sklopova hardverski je pandan pisanju programa, jer se rezultat rada ove programske potpore pretače u geometrijske oblike na silicijskoj pločici veličine reda mikrometra ili manje. Stoga se za ovaj dio programske potpore u radnim pomagalima obično naziva 'silicijski softver'. Navedeni rabi slijedeće elemente:

• Osnovne logičke strukture
• Logičke nizove struktura
• Standardne ćelije

Osnovne logičke strukture (NI, NILI ...) u osnovi omogućavaju realizaciju bilo koje jednostavnije logičke funkcije ako se spoje na odgovarajući način. Realiziraju se na način da se vrši programiranje nedovršenog integriranog sklopa u završnoj fazi izrade slično na način sličan izradi PROM memorije. To su najjednostavnije strukture u integriranom sklopu.

Logički nizovi su djelomično proizvedeni integrirani sklopovi koji se sastoje od poredanih nizova tranzistora kojima se smisao funkcionalnosti daje dodavanjem metalnih međuspojeva u posljednjoj fazi izrade IC. Takve organizirane nakupine izvršavati će zadaće zbrajanja, multipleksiranja i slično, i nazivaju se macro-funkcije.

Standardne ćelije prilagođuju se specifičnim zahtjevima naručitelja. To su najsloženije strukture koje se obrađuju tijekom svih faza izrade IC. Proizvođači tijekom razvoja IC sve nove dizajne spremaju u biblioteku (bazu) podataka te imaju bogatu riznicu gotovih rješenja u svojim računalnim radnim pomagalima. Upravo to omogućava sve brže i lakše dizajniranje IC i brze odgovore prema zahtjevima tržišta.

Analogija između izrade programske potpore i IC prikazana je na slijedećoj slici.

Slika 7.3.8 Usporedba 'obične' i 'silicijevske' programske potpore.

Ako bi se koristila ista terminologija za oba prikazana procesa, prvi bi bio računalno radno pomagalo za prevođenje u binarni kod, a drugi računalno radno pomagalo za slaganje logičkih i tranzistorskih struktura i izradu maski. Broj komponenti iz faze u fazu višestruko raste. Tako za desetak zamišljenih modula kojih treba proizvesti i povezati potrebno je na kraju definirati preko milijun konkretnih geometrijskih oblika i potrebnih maski za njihovu izradu. Ova činjenica iskazana brojkama upravo potvrđuje da bez računalnog radnog pomagala i njegove bogate baze znanja nema uspješne proizvodnje integriranih sklopova. Konačno, pri završenom dizajnu uz pomoć računalnog pomagala već se mogu predvidjeti osobine dizajniranog IC (disipacija, brzina rada ...), kao i tijekom pojedinih faza što omogućava izmjene i doradu u samom procesu dizajniranja. Takvo što u početcima izrade IC, kada su se dizajnirali ručno, nije se moglo ni zamisliti.

Naravno, već se naslućuje međusobna povezanost razvoja tehnologije i razvoja računalnih radnih pomagala. Bolja tehnologija omogućit će izradu bržih i moćnijih računala u službi radnih pomagala koja će se na osnovu toga razvijati i omogućiti još bolje tehnologije i tako je krug zatvoren.

Kad je proizvod gotov i testiran i ide u široku potrošnju. Proizvodnja nije komad po komada, već se maska za jedan IC umnožava i izrađuje velika za izradu nekoliko stotina IC odjednom. Tako se na okrugloj silicijskoj pločici (wafer) promjera 10-90 centimetara izradi više stotina IC. Posebno računalno radno pomagalo ispituje pojedine IC na funkcionalnost i označavaju se neispravni prije nego se cijela pločica rastavi na samostalne komadiće od kojih se svaki umeće u svoje plastično kućište i 'crni žohar je tu'.

Slijedi konačno ispitivanje proizvoda po svim relevantni parametrima te njihovo razvrstavanje po svojstvima i označavanje klase pa se tako dobije Pentium 450, Pentium 500, Pentium 550 ... Dakle, isti proizvod s različitim performansama uzrokovanih zbog grešaka tijekom same proizvodnje ili ugradnje u kućite, a stoga i različite cijene. Neupotrebljivi škart iznosi i do 30%.

Primjer V

Konstrukcija štampanih ploča pomoću računalnog radnog pomagala.

Integrirani sklopovi su u elektronici osnovni 'građevni materijal' pomoću kojeg se izrađuju elektronički uređaji, a smještaju se na jednoslojne ili višeslojne štampane ploče. Pri tome treba poštovati neke standardne zahtjeve, kao dimenzije i raspored utora na za matičnu ploču PC računala i slično. Po formulaciji zahtijeva pristupa se konstrukciji štampane ploče.

Slika 7.3.9 Koraci izrade štampane ploče.

Kada se odredi što ploča treba sadržavati izrađuje se njezina funkcionalna shema, te potom električna shema. U bazi (biblioteci) podataka pomagala već su ranije uneseni fizički elementi (simboli, dimenzije i njihovi izvodi) i kad se svi međusobno povežu, računalno pomagalo će prema zadanim pozicijama i međusobnim vezama izraditi nacrt štampane ploče. Ako neke veze nije moguće izravno izvesti konstruktor će na primjer postaviti električna premoštenja kao element na ploči na odgovarajuća mjesta ili pomjeriti položaj nekog elementa ako ne narušava standard, te ponoviti nalog za dizajniranje.

Bez obzira izrađuje li se ploča ručno ili uz pomoć pomagala, posao nije samo jednosmjeran. Naime tijekom rada ustanoviti će se da je moguće izvršiti poboljšanja, bez obzira na kojem nivou se vrši izrada. Preinake bi svakako bile vrlo mučne bez računalnih radnih pomagala. Prema slici može se zaključiti da su tu prisutna četiri radna pomagala objedinjena u jedinstvenu zadaću. Ovo je naročito važno u elektroničkoj industriji gdje je mogućnost pojave novog poboljšanog elementa za ugradnju tijekom dizajna i izrade matične ploče vrlo vjerojatna. Tada se baza elemenata nadopuni novim elementom i pristupa se redizajnu već postojeće ploče.

U svakoj fazi izrade štampane ploče računalno radno pomagalo mora omogućiti pravljenje (dizajn) štampane ploče, provjeru i poboljšanje rješenja. Važnost standardizacije ovdje je vrlo izražena. Vrhunska rješenja računalnih pomagala u ovom području sadržavati će i logičke i električne simulatore s kojima će se provjeravati valjanost dobivenog rješenja.

Kada je matična ploča gotova priključiti će se na 'pokusni stol' za testiranje. Na matičnu ploču dovesti će se svi potrebni električni elementi da bi se 'u živo' provjerila njena funkcionalnost i ispravnost. To je opet još jedno vrlo specifično računalno radno pomagalo.

Ekspertni sustavi

Dosad navedeni primjeri računalnih radnih pomagala upotrebljavali su digitalno računalo na on-line ili off-line način. No u oba slučaja računalo radi upravo ono kako je programirano, ni manje ni više od toga, osobito što se tiče 'odgovornosti' za ono što je napravilo. Ekspertni sustavi, kao specifična radna pomagala najčešće služe za konzultaciju korisniku, jer sadrže bogatu riznicu podataka utemeljenu na znanju vrhunskih stručnjaka, ali uključuju i elemente umjetne inteligencije - AI (Artificial Intelligence). U području računala ne može se govoriti o inteligentnom ponašanju, već se može (bar zasad) promatrati da li nešto sa inženjersko-ekonomskog stajališta poboljšava proizvodnju bez upliva izvana.

Umjetna inteligencija počela se je razvijati pedesetih godina, kada su digitalna računala u dovoljnoj mjeri ojačala za izvršavanje složenih zadaća. Odnos snaga računala i pojedinih živih bića ilustrira najbolje naredni dijagram.

Slika 7.3.10 Prikaz inteligencije strojeva, životinja i ljudi.

Inteligencija računala još je daleko ispod inteligencije živih bića i trebati će još dugo da se situacija radikalno promijeni. Prepoznavanje uzoraka i govornog jezika samo su mali dio nečega što bi trebalo nazvati umjetna inteligencija. Ipak na nekom užem području mogu se napraviti veoma korisni inteligentni sustavi koji sadrže obimno znanje iz nekog užeg područja utemeljeno na znanjima ljudi koje je na adekvatan način implementirano u računalo i njegovu programsku potporu. Mnogi današnji ekspertni sustavi daju tako dobre rezultate da bi čovjek morao raditi godinama da steče toliko iskustva kako bi mogao raditi kao ekspertni sustav.

Postoje ekspertni sustavi u sklopu izrade IC (već prije navedeno), istraživanje nafte, servisiranje automobila i slično. Ekspertni sustav mora na primjer zaključiti da li je ispaljena raketa rutinski test ili početak nuklearnog napada te temeljem toga obznaniti upozorenje ili uzbunu. Osnovno načelo rada ekspertnog sustava prikazuje naredna slika.

Slika 7.3.11 Shema ekspertnog sustava.

Osnova sustava je baza znanja koja sadrži sva saznanja iz sustava za koji je ekspertni sustav namijenjen. Mehanizam za zaključivanje koristi je da bi na temelju dobivene zbirke podataka donio zaključak kako postupiti. Pri tome put do donošenja zaključka nije jednoznačan, već se analiziraju različite mogućnosti da se ostvari cilj uz analizu svih mana i prednosti. Uobličavanje znanja stručnjaka da bi se mogla unijeti u računalo vrše inženjeri znanja i rezultat toga je programska potpora u računalu koja se tim znanjima 'zna' koristiti. Usporedba znanja i zbirke dobivenih podataka osnovno su za donošenje odluke. Novi podaci mogu zahtijevati preispitivanje odluke, a ispravno donesene odluke mogu poslužiti za obogaćivanje baze znanja.

Znanje eksperta može se svrstati u tri osnovne kategorije:

• Činjenice - neosporne tvrdnje i sigurni podaci
• Hipoteze - vjerojatne tvrdnje i ne sasvim sigurni podaci
• Huerističko znanje - sposobnost dobre procjene kada nema činjenica ni podataka

Računalo radeći izvan domene umjetne inteligencije uglavnom izvodi algoritme koji rješavaju i riješe zadatak, ako je algoritam dobro napravljen i koriste se dobri podaci. Za razliku od toga u području umjetne inteligencije može se raditi s vjerojatnim, ali ne i sasvim sigurnim podacima. Zbog toga ni rješenje nije sigurno ali je vjerojatno. Kvaliteta ekspertnog sustava upravo će se izraziti postotkom ispravnih rješenja. I ljudi funkcioniraju na isti način. Na kraju krajeva ekspertni sustav dizajnira čovjek po uzoru prema sebi. Razlika između dobrog ekspertnog sustava u nekom području i čovjeka je u činjenici da je računalo nepotkupljivo, nije podložno emocijama i slično. Takve slabosti svojstvene čovjeku računalo ne poznaje, te u nekim situacijama daje bolje rezultate od čovjeka.

Uzmimo primjer za šahovski ekspertni sustav. Jedan te isti čovjek može ga i ne mora uvijek pobijediti iako računalo 'igra' na isti način. Još jedan bitan element je to da računalo igrajući šah s protivnicima 'uči' na način da automatski obogaćuje vlastitu bazu znanja i poboljšava mehanizam donošenja odluke. Ekspertni sustavi u medicini za dijagnostičke svrhe donose ispravne odluke već u više od 90% slučajeva ako su raspoloživi podaci točni. Ako se računalu daju lažni podaci ono će također dati prognozu, ali ono nije krivo za unos lažnih podataka.

Bilo kako bilo, od prvih znanstveno-fantastičnih filmova pa do danas podosta toga se je obistinilo iako je izgledalo kao puka maštarija. Što donosi budućnost? Stani pa gledaj!

SAŽETAK:

Nekad davno brigu o našem automobilu vodili su serviseri koji su svoje zaključke donosili temeljem saznanja stečenih životnim iskustvom. Danas se je situacija iz temelja promijenila. Ne samo automobil upozorava vozača o trenutnim ili mogućim neispravnostima , već se u servisu može izvršiti potpuna analiza stanja automobila. Svi senzori automobila spojeni su kablovima za jedno priključno mjesto koje kad se poveže s računalom u servisu predstavlja izvor podataka računalu za analizu. Na osnovu ekspertnog sustava ugrađenog u računalo doći će se do saznanja o svim neispravnostima ili nepodešenosti sklopova i dotrajalosti pojedinih te dobiti naputak za naredne korake koje treba poduzeti. Kvaliteta usluge znatno je veća, nema nedoumica i koraci koje treba poduzeti su jasni.

Gore navedeno čini se znanstvena fantastika. No slično je u zrakoplovnoj industriji odavno prisutno samo nije toliko očito. Naime nakon određenog broja sati leta avion odlazi u hangar gdje se pregledava gotovo do 'zadnjeg šarafa' uz obilatu pomoć računalnih radnih pomagala.

Računalna radna pomagala mogu imati i vrlo komercijalnu namjenu. Ukrcaj i raspored tereta na brodu savršeno će obaviti računalno radno pomagalo. Časniku odgovornom za taj posao nekad su trebali sati za isto. Danas je slika iz temelja drugačija.

Čini se da je mali silikonski 'čip' napravio revoluciju u našem svakodnevnom životu kojoj se završetak ne naslućuje.