Problemy

z modernizacjà

Wn´trze wydrà˝onej góry

kryje pora˝ki

i sukcesy programistów

N

ajwa˝niejszy punkt sieci obro-
ny Ameryki Pó∏nocnej przypo-
mina pralni´ samoobs∏ugowà.

Tutaj, do sali komputerowej centrum
dowodzenia NORAD znajdujàcej si´
533 m pod powierzchnià góry Cheyen-
ne w Kolorado, przesy∏ane sà odczyty
z czujników statków kosmicznych wy-
krywajàcych promieniowanie cieplne,
ze stacji Êledzàcych, z satelitów meteo-
rologicznych i rozmieszczonych na wy-
brze˝u radarów – wszystko po to, aby
ostrzec dowódców amerykaƒskich i ka-
nadyjskich przed ewentualnym atakiem
bombowca, rakiety lub satelity. Sorto-
wanie tego nawa∏u danych spada na ca-
∏e mnóstwo komputerów; oprogramo-
wanie dla niektórych z nich napisa∏o
jeszcze poprzednie pokolenie. Mój prze-
wodnik, Russell F. Mullins, z dumà po-
kazuje trzy b∏yszczàce, nowe kompute-
ry VAX, które w ubieg∏ym roku przej´∏y
przetwarzanie danych systemu obrony
powietrznej od 74 przestarza∏ych po-
przedników. Mnie jednak bardziej fa-
scynuje rzàd nap´dów taÊm magnetycz-
nych i ca∏e mnóstwo 20-letnich stacji
dysków, przypominajàcych pralki.
Urzàdzenia te wcià˝ sà u˝ywane do Êle-
dzenia pocisków balistycznych.

Tego sprz´tu nie powinno ju˝ tutaj

byç. W 1981 roku Pentagon rozpoczà∏
program modernizacji oÊrodka Che-
yenne (Cheyenne Mounting Upgrade –
CMU), czyli wymiany pi´ciu g∏ównych
systemów komputerowych w ciàgu
6 lat kosztem 968 mln dolarów. Jednak
jak w przypadku wielu innych prób
stworzenia monumentalnego oprogra-
mowania szybko okaza∏o si´, ˝e nie da
si´ zrealizowaç pierwotnych za∏o˝eƒ.
W raporcie General Accounting Office
(G∏ównego Biura Rozrachunkowego)
z roku 1994 opóênienie oceniono na 11
lat, a przekroczenie bud˝etu na mniej
wi´cej miliard dolarów. Mimo przed∏u-
˝enia terminu i utopienia dodatko-
wych pieni´dzy w pracach rozwojo-
wych, wi´kszoÊç nowych systemów
by∏a przewa˝nie zbyt wolna lub zawod-
na; U. S. Air Force by∏y wi´c zmuszo-

ne do jednoczesnego korzystania, ze
wzgl´dów bezpieczeƒstwa, równie˝ ze
starych systemów.

„Podwójne przetwarzanie by∏o k∏o-

potliwe” – mówi Mullins, prowadzàc
mnie przez labirynt nie oznakowanych
stalowych korytarzy bunkra do centrum
systemów, którym kieruje. W tym cia-
snym pokoju in˝ynierowie monitorujà
komputery bazy i ich po∏àczenia z czuj-
nikami, dowódcami oraz wielkimi tego
Êwiata na powierzchni. Ka˝dy nowy
system to wi´cej paneli ostrzegawczych
i wi´cej usterek do naprawiania. „Na-
zywaliÊmy to pomieszczenie Pokojem
Podwójnego Ryzyka – Êmieje si´ Rus-
sell – poniewa˝ musieliÊmy obserwo-
waç ponad 20 monitorów z wielkà ró˝-
norodnoÊcià sygna∏ów ostrzegajàcych
o awarii sieci, sygna∏ów tak subtelnych,
jak «tak» zmieniajàce si´ na «nie». – Je-
go ekipa by∏a bezradna wobec narasta-
jàcej z∏o˝onoÊci. – JeÊli zawiedzie jakiÊ
element systemu ostrzegania przeciw-
rakietowego, musimy prze∏àczyç si´ na
systemy awaryjne w ciàgu zaledwie
dwóch minut – mówi Russell, nagle po-
wa˝niejàc. – WczeÊniej mogliÊmy to zro-
biç najszybciej w ciàgu mniej wi´cej czte-
rech.” Aby rozwiàzaç problemy wyni-
kajàce z nadmiaru oprogramowania,
w kwietniu 1995 roku mened˝erowie
CMU podj´li decyzj´ o stworzeniu jesz-
cze jednego programu automatyczne-
go systemu Êledzenia i monitorowania

(automated tracking and monitoring
system – ATAMS). Dzi´ki niemu gru-
pa Mullinsa mog∏a kontrolowaç ca∏à sieç
tylko za pomocà dwóch monitorów
i prostego, spójnego interfejsu; w zasa-
dzie wyklucza∏ on przeoczenie awarii.

Wydawa∏o si´ jednak, ˝e projekt jest

skazany na niepowodzenie ju˝ od pierw-
szego dnia realizacji. Potencjalni je-
go wykonawcy oceniali, ˝e stworzenie
oprogramowania potrwa dwa lata; U. S.
Air Force zgadza∏y si´ na rok. Biurokra-
tyczne perypetie opóêni∏y dostaw´ sta-
cji roboczych Sun Microsystems, zmu-
szajàc programistów do pisania kodu na
sprz´cie IBM i póêniejszej jego konwer-
sji. U˝ytkownicy ˝àdali 10 razy wi´cej
funkcji ni˝ zaplanowano. Testy ujawni-
∏y w systemach nadzorowanych przez
ATAMS wczeÊniej nie zauwa˝one b∏´-
dy, a grupa Mullinsa znalaz∏a kilka uste-
rek na krótko przed ukoƒczeniem prac
nad projektem.

Jednak w 1996 roku ATAMS by∏ goto-

wy – w terminie i bez przekroczenia bu-
d˝etu przewidzianego na 2 mln dolarów.
W przeciwieƒstwie do reszty systemów
obj´tych CMU od razu dzia∏a∏ tak, jak po-
winien. „Teraz prze∏àczamy si´ na syste-
my awaryjne w ciàgu 45 sekund – Mul-
lins promienieje, symulujàc utrat´ ∏à-
cznoÊci z detektorem odpalenia pocisku
rakietowego. – Wyeliminowano mo˝li-
woÊç b∏´du operatora. Obs∏uga systemu
wymaga ju˝ nie czterech, ale dwóch

Â

WIAT

N

AUKI

Paêdziernik 1997 19

TECHNIKA

I

BIZNES

PROGRAMOWANIE

ERIC DRAPER

AP Photo

CENTRUM DOWODZENIA NORAD – na jego modernizacj´ stracono dziesi´ç lat.

Zakoƒczenie sukcesem jednego z projektów dowodzi, ˝e opóênieƒ

i przekroczenia bud˝etu mo˝na jednak uniknàç.

osób.” Dotychczas u˝ytkownicy wykryli
tylko dwa b∏´dy w oprogramowaniu; oba
da∏y si´ z ∏atwoÊcià usunàç.

„Sukces ATAMS, choç zaskakujàcy,

nie by∏ przypadkiem” – mówi Buford D.
Tackett z Kaman Sciences, szef grupy.
Po∏àczono ró˝ne techniki, które jak si´
okaza∏o ju˝ przed laty, pozwalajà na
tworzenie lepszego oprogramowania
w krótszym czasie, ale nadal sà rzadko
stosowane. Mullins naszkicowa∏, co
chcia∏by widzieç na ekranach ATAMS,
a Kaman zaczà∏ od zaprojektowania
ekranów, zamiast na nich skoƒczyç. Ta-
ckett podzieli∏ system na ma∏e segmenty
i najtrudniejsze umieÊci∏ na samym po-
czàtku, nie pozwalajàc im si´ przesunàç
na dalsze pozycje. Wykorzystano goto-
we oprogramowanie i spore fragmenty
innych systemów. ProgramiÊci przejrze-
li nawzajem swoje projekty i programy,
wychwytujàc ponad 200 powa˝nych b∏´-
dów, gdy by∏y jeszcze ∏atwe do usu-
ni´cia. Tackett zmusi∏ in˝ynierów do
maksymalnego dopracowania ka˝dego
elementu przed podj´ciem dalszych
prac, nie unikali wi´c kontaktu z przy-
sz∏ymi u˝ytkownikami. „Prosili nas cz´-
sto, abyÊmy zobaczyli, co ju˝ zosta∏o zro-
bione” – wspomina Mullins.

Najwa˝niejsza ró˝nica mi´dzy ATAMS

a systemami konwencjonalnymi polega
byç mo˝e na tym, ˝e ATAMS ma byç ak-
tualizowany co rok, a nie wymieniany
raz na 10 lat. Zosta∏ zaprojektowany ja-
ko pierwszy produkt z ca∏ej rodziny sys-
temów. Podobnie jak w przypadku linii
modeli samochodów jego krewni b´dà
wyglàdaç inaczej i ró˝niç si´ parametra-
mi, ale wspólna pozostanie podstawowa
struktura i prawie ca∏y „Êrodek”. „Wy-
mieniajàc inne elementy systemów znaj-
dujàcych si´ w górze Cheyenne, wyko-
rzystamy to, czego si´ nauczyliÊmy,
tworzàc ATAMS; zastosujemy podobne
podejÊcie – zapewnia pu∏kownik John M.
Case, szef Space and Warning Systems
Directorate (Rady ds. Systemów Kosmicz-
nych i Ostrzegawczych). Równie˝ inni
wykonawcy próbujà naÊladowaç spraw-
dzone podczas tworzenia ATAMS meto-
dy. – Dzi´ki temu byç mo˝e uda nam si´
w koƒcu rozbudowywaç i zmieniaç opro-
gramowanie w sposób ciàg∏y – mówi Ca-
se – i to du˝o ni˝szym kosztem.”

JeÊli rzeczywiÊcie tak si´ stanie, praw-

dopodobnie pora˝ki kosztujàce miliar-
dy dolarów b´dà w przysz∏oÊci rzadsze.
Jednak gdy opuszczam ten relikt z cza-
sów zimnej wojny i przechodz´ przez
pancerne drzwi gruboÊci metra, które
potrzebujà 45 sekund, aby si´ otworzyç,
podejrzewam, ˝e najtrudniejsza mo˝e
si´ okazaç „modernizacja” zatwardzia-
∏ych umys∏ów.

W. Wayt Gibbs

20 Â

WIAT

N

AUKI

Paêdziernik 1997

Zatrudniç Êwiat∏o

Topienie sproszkowanych metali

laserem pozwala precyzyjnie

kszta∏towaç detale

P

rodukowanie precyzyjnych me-
talowych elementów by∏o od
dawna wyzwaniem dla przemy-

s∏u. Szczególnie trudne jest wytwarzanie
narz´dzi i form, gdy˝ u˝ywane do tego
celu materia∏y sà bardzo twardymi sto-
pami metali i ich obróbka mechaniczna
mo˝e powodowaç powstawanie w tych
detalach mikroskopijnych p´kni´ç i s∏a-
bych punktów. Ostatnio naukowcy
z Sandia National Laboratories opraco-
wali nowà metod´ wytwarzania z∏o˝o-
nych elementów z bardzo du˝à dok∏ad-
noÊcià bezpoÊrednio ze sproszkowanego
metalu. Zastosowanie tego pomys∏u nie
musi byç ograniczone wy∏àcznie do me-
tali: zespó∏ z Sandia ma nadziej´, ˝e ta
metoda z czasem pozwoli wytwarzaç
„w jednym kawa∏ku” elementy metalo-
wo-ceramiczne o ró˝nych proporcjach
obydwu sk∏adników.

Opracowana metoda jest znana pod

nazwà laserowego kszta∏towania po-
wierzchni – LENS (laser-engineered net
shaping). Polega ona na tym, ˝e ciàg∏y
strumieƒ argonu niosàcy drobno sprosz-
kowany metal kieruje si´ na powierzch-
ni´ roboczà oÊwietlanà wiàzkà Êwiat∏a
z lasera przemys∏owego. Energia ciepl-
na dostarczana przez laser powoduje
stopienie kilku miligramów metaliczne-

go proszku – stopiony materia∏ osiada
na powierzchni roboczej. Mo˝e ona byç
cyklicznie przemieszczana w p∏aszczyê-
nie poziomej za pomocà si∏owników ste-
rowanych komputerowo.

Powierzchnià roboczà kieruje si´ tak,

aby kolejne warstwy metalu by∏y nak∏a-
dane wed∏ug okreÊlonego schematu.
Przyk∏adowo w ciàgu kilku godzin pra-
cy metodà LENS mo˝na wytworzyç ze
stali narz´dziowej pusty wewnàtrz pr´t
d∏ugoÊci 20 cm o z∏o˝onym przekroju
poprzecznym. Wykonanie takiego ele-
mentu konwencjonalnymi metodami
by∏oby znacznie bardziej skomplikowa-
ne i czasoch∏onne. Metoda LENS po-
zwala równie˝ na wytwarzanie skom-
plikowanych elementów z superstopów
lub nawet trudno topliwych metali, ta-
kich jak wolfram. Detale wytworzone
w ciàgu kilku godzin w Sandia by∏yby
niezwykle trudne do wykonania innymi
metodami.

Prace nad LENS sà prowadzone g∏ó-

wnie z uwagi na mo˝liwoÊç zastosowa-
nia do produkcji elementów broni. Jed-
nak metoda ta jest równie˝ atrakcyjna
dla cywilnych gigantów przemys∏u. Ko-
dak zastosowa∏ LENS do taƒszej ni˝
w przypadku metod tradycyjnych pro-
dukcji form. Tak˝e inne firmy, m.in. 3M,
badajà przydatnoÊç metody do produk-
cji form i narz´dzi. Wed∏ug Clintona L.
Atwooda, szefa zespo∏u naukowców
z Sandia, najwa˝niejszà zaletà LENS jest
to, ˝e wytworzone elementy sà „ca∏ko-
wicie zag´szczone”, tzn. nie zawierajà
w∏aÊciwie ˝adnych wykrywalnych po-
rów lub p´kni´ç.

Ponadto za ka˝dym razem topiona

jest bardzo niewielka porcja materia-

MECHANIKA PRECYZYJNA

W EKSPERYMENTALNYM SYSTEMIE LENS topi si´ drobno sproszkowane metale

za pomocà lasera, aby wyprodukowaç precyzyjne elementy

trudne do wykonania metodami tradycyjnymi.

ERIC O’CONNELL