- अमेरिकी नौसेना का फायर कंट्रोल कंप्यूटर अपने जहाज़, लक्ष्य, बैलिस्टिक्स और मौसम से जुड़ी अधिकतम 25 फैक्टर तक की जानकारी लेकर तोप के train और elevation commands की लगातार गणना करता है
- गणना की सटीकता सिर्फ उपकरण पर नहीं, बल्कि director से लक्ष्य की दूरी और bearing भेजने तथा अन्य values input करने वाले operators की दक्षता पर काफी निर्भर करती है
- भाग 1 में अंदर बार-बार इस्तेमाल होने वाले shafts और gears, rack and pinion, cams, differential किस तरह संख्यात्मक transmission, constant multiplication, function calculation और algebraic sum calculation करते हैं, यह बताया गया है
- cam, rotational input को linear output या function value में बदलता है, और reciprocal cam, square cam, tangent cam, time-of-flight cam, barrel cam का इस्तेमाल ballistic और trigonometric calculations में होता है
- differential, दो inputs के तेज़ी से बदलने पर भी लगातार algebraic sum निकालता है, इसलिए चलती हुई ship और target से जुड़े fire control calculations का core component बन जाता है
फायर कंट्रोल कंप्यूटर जिन calculations को हल करता है
- फायर कंट्रोल कंप्यूटर कई input values को एक साथ लेकर fire control problem हल करता है, और result को तोपों तक train और elevation commands के रूप में भेजता है
- inputs में अपने जहाज़ का course और speed, target range और bearing, target course और speed, wind speed और wind direction, shell की initial velocity आदि शामिल होते हैं, और संभावित factors अधिकतम 25 तक बढ़ सकते हैं
- कई factors एक साथ मौजूद होते हैं और लगातार बदलते रहते हैं, इसलिए computer को problem को लगातार और तुरंत हल करना पड़ता है
- computer इंसानों के बिना accurate नहीं हो सकता
- director operator target range और bearing computer को भेजता है
- computer की जगह पर मौजूद अन्य लोग बाकी information input करते हैं
- calculation accuracy, computer को मिलने वाली information की quality पर निर्भर करती है, और वह quality operators की दक्षता और समझ पर निर्भर होती है
shafts, rack and pinion, gears
- computer के अंदर कई basic mechanisms होते हैं, और कुछ mechanisms एक ही computer में कई बार repeat होते हैं
- shaft का इस्तेमाल computer के अंदर values transmit करने के लिए आम तौर पर किया जाता है
- shaft के एक revolution को कोई खास numerical value assign की जाती है
- एक दिशा में rotation को positive number, और उलटी दिशा में rotation को negative number माना जा सकता है
- rack and pinion दिखाता है कि shaft value को numerical रूप में कैसे interpret किया जाता है
- अगर एक revolution को +10 के हिसाब से calibrated किया गया है, तो डेढ़ revolution +15 और दो revolutions +20 होंगे
- उलटी दिशा में 1/5 revolution का असर -2 जोड़ने जैसा होगा, और +20 में -2 जोड़ने पर +18 होगा
- negative direction में दो revolutions घूमने पर 20 घटाने का असर होगा
- वास्तविक device में rack and pinion, shaft value को corresponding linear motion में बदलने या उलटे rack द्वारा value को shaft तक transmit करने में इस्तेमाल हो सकता है
- gear एक shaft की value को दूसरे shaft तक transmit करता है
- 1:1 gear ratio में numerical value बनी रहती है, लेकिन rotation direction उलट जाती है
- अलग-अलग size के gears shaft value को किसी constant से multiply या divide कर सकते हैं
- 2:1 gear ratio में driving shaft का एक revolution, driven shaft के दो revolutions बना सकता है
cam से function values बनाना
- cam को calculation mechanism के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है, और सामान्यतः यह rotation जैसी simple motion को irregular या intermittent motion में बदलता है
- हर cam में working surface और follower होता है
- working surface बाहरी contour हो सकता है या groove की wall हो सकती है
- follower roller, ball, pin या working surface पर slide या roll करने वाला कोई अन्य device हो सकता है
- working surface को desired input-output relationship के अनुसार design किया जाता है
- उदाहरण के लिए, shaft के एक revolution को value 10 assign करके, input values 1, 2, 3 के लिए follower को क्रमशः 1x, 2x, 3x distance तक move कराया जा सकता है
- यह relationship सिर्फ integers पर नहीं, बल्कि उनके बीच की सभी values पर भी लागू होता है
- बाहरी contour को working surface के रूप में इस्तेमाल करने वाले cam की capacity आम तौर पर एक revolution तक सीमित होती है
- additional rotation handle करने के लिए working surface को expand करना पड़ता है, और इस case में working surface groove के रूप में होती है
- constant lead cam एक example है जिसमें pin groove के साथ move करता है
- fire control computer में ship speed का rotational input follower की linear motion के रूप में transmit होता है
फायर कंट्रोल में इस्तेमाल होने वाले cams
- reciprocal cam को ऐसा design किया जाता है कि output input का reciprocal, यानी 1/input हो
- working surface radius पर points mark करके बनाई जाती है
- 1 के लिए distance, 2 का reciprocal यानी 1/2, 3 का reciprocal यानी 1/3 आदि से curve बनता है
- इस curve को disc cam की groove के रूप में काटकर follower जोड़ने पर input का reciprocal output होता है
- cam में आम तौर पर drawn curve के दोनों ends पर calculation में इस्तेमाल न होने वाला run out section होता है
- square cam input का square output करता है
- input positive या negative हो सकता है
- tangent cam trigonometric function cam का example है
- input 40 degree से 70 degree के बीच का angle हो सकता है
- output उस angle का tangent होता है
- time-of-flight cam plane ballistic cam का example है
- working surface part का outer contour है
- input range है और output flight time है
- spring से cam के संपर्क में रखा गया sector type follower output gear को घुमाता है
- barrel cam या 3-dimensional cam दो inputs से एक output calculate करता है
- example device superelevation calculate करता है
- gun elevation, superelevation और target की advance elevation का sum होता है
- advance range बढ़ने पर superelevation बढ़ता है, लेकिन direct proportion में नहीं
- advance elevation बढ़ने पर superelevation घटता है, लेकिन यह भी direct proportion में नहीं
- इसलिए superelevation, advance range और advance elevation इन दो inputs से determine होता है
- barrel cam को एक ही elevation को consider करने वाले cam के expanded structure के रूप में देखा जा सकता है
- किसी खास elevation पर कई ranges possible होती हैं और हर range को अलग superelevation चाहिए
- सभी elevations handle करने के लिए barrel ऐसे बहुत सारे cams को अनंत संख्या में शामिल करने जैसा रूप लेता है
- कोई भी cross-section किसी specific advance elevation के लिए cam होता है
- elevation input आवश्यक cross-section select करता है, और range input आवश्यक range के अनुसार barrel को position करता है
differential और algebraic sum
- differential का इस्तेमाल computer में दो quantities का algebraic sum लगातार पाने के लिए होता है
- दो inputs बदलने पर differential, input change की speed से independent होकर, उसी समय answer देता है
- fire control computer में अक्सर इस्तेमाल होने वाला example bevel gear differential है
- दो shafts मजबूती से जुड़े होते हैं, और ये shafts और gears मिलकर spider assembly बनाते हैं
- इसमें spider gear, spider shaft, end gear शामिल होते हैं
- चारों gears अपने-अपने shafts पर fixed नहीं होते, बल्कि bearings पर freely mounted होते हैं
- अन्य mechanisms से connection प्रत्येक end gear और spider shaft पर fixed spur gear के जरिए होता है
- mathematical problem के लिए केवल एक spider gear की जरूरत होती है, लेकिन balance के लिए दूसरा spider gear जोड़ा जाता है
- operating principle को rack-pinion model से ज्यादा आसानी से समझा जा सकता है
- इसे दो racks के बीच pinion वाली structure के रूप में सोच सकते हैं
- rack A और B या pinion में से कोई भी output हो सकता है, और बाकी दो inputs होंगे
- example में racks को input और pinion को output के रूप में इस्तेमाल किया गया है
- pinion center का displacement हमेशा दोनों rack displacements के algebraic sum का आधा होता है
- A +4 inches और B +2 inches move करे, तो sum +6 inches है और pinion center +3 inches move करता है
- A +1, B +3 हो, तो sum +4 है और pinion center +2 पर स्थित होता है
- A -4, B +2 हो, तो algebraic sum -2 है और pinion center -1 पर move करता है
- racks पर desired values की scale assign करके और pinion को उसके आधे की scale assign करके, pinion rack values का algebraic sum दिखा सकता है
- bevel gear type differential, rack-pinion differential से मूल रूप से अलग नहीं है
- limited length वाले racks को end gears से replace किया जाता है, और end gear endless rack की तरह काम करता है
- pinion को spider gear से replace किया जाता है
- spider gear center का circular path movement spider shaft के rotation के रूप में transmit होता है
- output दो end gears में से कोई एक या spider shaft हो सकता है, और बाकी दो inputs होते हैं
1 टिप्पणियां
Hacker News टिप्पणियाँ
1989 में मैं Mississippi के Pascagoula शिपयार्ड में मरम्मत के लिए खड़े एक destroyer पर data systems technician था, और ठीक बगल में battleship Wisconsin बंधा हुआ था
वह दूसरे विश्व युद्ध के दौर की विशाल धरोहर था, लेकिन उस पर अब भी modernization का काम चल रहा था, और combat systems के कुछ लोगों को fire control system देखने के लिए बुलाया गया था
16-inch main guns के firing solution की गणना करने वाला सब कुछ एक mechanical computer था, और हमें दिखाने वाले लोग सामान्य सैन्य सेवानिवृत्ति उम्र से काफी आगे के थे
बाद में पता चला कि उस mechanical computer का वास्तविक संचालन-ज्ञान Navy से खो चुका था, इसलिए वे सभी लोग फिर से बुलाए गए थे; वह सचमुच शानदार दिन था
भारी गणनाएँ जहाज पर लगे firing computer करता था, और setting values को inertial guidance device वाले torpedo का साधारण computer इस्तेमाल करता था
यह कल्पना करना मुश्किल है कि लोगों ने सिर्फ pencil और slide rule से ऐसी चीजें कैसे design की होंगी
मैं submarines के लिए fire control computer को refurbish करने वाले group में था; वह जल्द ही arcades में लोकप्रिय हुई खड़ी video game machine जैसा दिखता था, लेकिन cabinet solid aluminum का था
अंदर gears और resolvers से भरा analog computer था, display devices भी पूरी तरह analog थे, और सबको नए gears और resolvers से बदला जा रहा था
पास का एक दूसरा group IMSAI 8080 जैसी S-100 boxes के साथ microcomputer experiments कर रहा था—यह याद रह गया है
वह सचमुच कल्पना से परे चीज है, और अगर आप Norfolk के पास हों तो battleship Wisconsin देखने जाना बनता है
जब उसने कहा कि वह “mechanical computer” इस्तेमाल करता था, तो इसका मतलब समझने के लिए मुझे कुछ देर हवा में ताकना पड़ा
US Navy की पुरानी training materials कई technologies सीखने के लिए बेहतरीन हैं
उनमें masterpiece “Basic Hand Tools” है, जो असल में invent किए गए लगभग हर hand tool के इस्तेमाल को सरल English में समझाने वाली handbook है
hammer के बारे में भी लिखा है: “जिस व्यक्ति ने पत्थर से nuts तोड़ने का विचार निकाला, उसने अनजाने में एक tool invent कर दिया। बाद में किसी genius ने जब उस पत्थर से एक stick बाँध दी, तो पहला hammer invent हुआ। उस साधारण शुरुआत के बाद कई सुधार हुए”
आधुनिक संस्करण “Tools and Their Uses” machine tools को भी cover करता है, लेकिन उतना मजेदार नहीं है
मेरा पसंदीदा उदाहरण vehicle differential gear समझाने वाला यह video है: https://m.youtube.com/watch?v=yYAw79386WI
18–20 साल के बच्चे aircraft carrier से aircraft launch और land कराते हैं, साथ ही समुद्र में replenishment भी करते हैं, और वह बस एक सामान्य दिन बन जाता है
यह सचमुच electronics की full-stack guide है, जो matter की basics से शुरू होती है
David A. Mindell की Between Human and Machine: Feedback, Control, and Computing before Cybernetics की जोरदार सिफारिश करता हूँ
Navy और “technology” के एक पहलू को समझने के लिए यह अच्छा introductory material है
early computing का बड़ा हिस्सा Navy से जुड़ा है, और Grace Hopper का Army general नहीं बल्कि Navy admiral होना कोई संयोग नहीं था
Cray के शुरुआती काम में भी “Navy” बहुत आता है, और इसमें Europe से Pacific तक पहुँची उनकी पृष्ठभूमि भी शामिल है
यह दूसरे विश्व युद्ध और युद्धोत्तर दौर का दिलचस्प इतिहास है, जिसे explore करना worthwhile है
हालांकि land artillery, military surveying और mapmaking के महत्व को भी कम नहीं आँकना चाहिए
course, speed और roll जैसे factors को ध्यान में रखने वाले long-range naval gunfire के mechanical computers, उन शुरुआती static land gunnery methods पर बने थे जिनमें complex calculations से बनी tables और nomograms इस्तेमाल होते थे
Babbage के difference engine पर हुए कुछ काम का संबंध भी gunnery tables की calculation से था
कहें तो यह original GPS जैसा था
“This research was supported in part by grant XXX-YYY-ZZZZZZZZZZ from the Naval Research Laboratory”
DARPA, NSF जैसी दूसरी funding agencies वाली मिलती-जुलती acknowledgements भी अक्सर दिखती हैं
अगर आप ऐसे “computers” के साथ काम करने का एहसास खुद लेना चाहते हैं, तो Steam पर UBOAT game देखें
यह Silent Hunter series का spiritual successor है, और इसने हाल में German Type VII submarine में इस्तेमाल होने वाला torpedo data computer जोड़ा है
https://store.steampowered.com/news/app/494840/view/3712713813599539942
user interface आज के UX standards से भी हैरान करने वाली हद तक intuitive है
वीडियो बेहतरीन है
सरल और सीधी समझाने की शैली concept को बहुत अच्छी तरह पहुंचाती है, और cam के अलग-अलग उपयोग हर बार देखने पर प्रभावशाली लगते हैं
mechanical computer के मूल सिद्धांत इससे कहीं पुराने हैं—1800 के दशक के काफी अंदर तक, शायद उससे भी पहले तक जाते हैं—और उनका बड़ा हिस्सा clockwork में निहित है
पारंपरिक algebra और उससे आगे की maths education से हमेशा जूझने वाले व्यक्ति के रूप में, जब इसे physical तरीके से दिखाया गया तो यह कहीं ज्यादा accessible लगा
सोचता हूं कि क्या किसी ने algebra या advanced maths concepts को इस तरह कभी पढ़ाया है
अगर high school और college में maths classes में ऐसी gear machines होतीं जिन्हें हाथ से छूकर और crank घुमाकर “maths को काम करते हुए” देखा जा सकता, तो शायद जिंदगी अलग होती
high school में algebra की basics में पीछे रह जाने के बाद college में पकड़ नहीं बना पाया और असल में drop out हो गया; college की BASIC 101 class में पता चला कि मुझे computers पसंद हैं, लेकिन उसके बाद computers इस्तेमाल करने के लिए maths department में transfer करना पड़ता, और 80s की शुरुआत थी, prerequisites पास न कर पाने के कारण मैंने छोड़ दिया
फिर भी मैंने तुरंत 4KB RAM वाला 8-bit computer खरीद लिया और पूरी तरह self-taught programmer बन गया; आखिरकार सब बहुत अच्छा रहा, लेकिन “अगर ऐसा होता तो” वाली सोच रह जाती है
Dune universe के लिए मेरे headcanon में Butlerian Jihad के बाद की प्रतिक्रिया बेहतर mechanical computers विकसित करना थी
खासकर miniaturization के जरिए nanometer scale तक पहुंचने वाला तरीका
यह हर चीज पर पूरी तरह फिट नहीं बैठता—जैसे Holtzmann shield पूरी तरह analog है या नहीं जैसे सवाल हैं—लेकिन ज्यादातर objects को nanometer-scale analog computers से बने practical analog controllers से मिलाने के लिए यह काफी लगता है
Brian Herbert की fanfiction को छोड़कर देखें तो संभव है कि उस समय mainstream computing mechanical रही हो
वैसे भी ऐसा फर्क महत्वपूर्ण नहीं रहा होगा
military training films या newsreels में marching beat वाली intro music जरूर होती है
मूल रूप से यह कहती है, “चुपचाप बैठो और ध्यान से सुनो। हां, तुम ही!”
bagpipes भी यही काम करती हैं, और आजकल शुरुआत या अंत में bagpipes न हों तो official event जैसा लगता ही नहीं
संबंधित links:
Mechanical Computer – Basic Mechanisms in Fire Control Computers (1953) [video] - https://news.ycombinator.com/item?id=29471331 - दिसंबर 2021, 12 comments
Basic Mechanisms In Fire Control Computers (1953) [video] - https://news.ycombinator.com/item?id=7831923 - जून 2014, 6 comments
“स्वाभाविक है कि computer की accuracy उस information की quality पर निर्भर करती है जो उसे input के रूप में मिलती है”
बिल्कुल सही बात है
सोचता हूं कि क्या इसे जानबूझकर reference के तौर पर डाला गया था
“मुझसे दो मौकों पर पूछा गया, ‘Mr. Babbage, अगर आप machine में गलत numbers डालें, तो क्या सही answers निकलेंगे?’ एक बार ऐसा सवाल Senate के एक member ने किया, और दूसरी बार House of Commons के एक member ने। मैं उस विचारों की उलझन को ठीक से समझ नहीं पाता, जो ऐसे सवाल को जन्म देती है”
— Charles Babbage, Passages from the Life of a Philosopher (1864)