Når ingeniørarbejde blandes med arkæologi

tors jun 25, 2015 (Anders Enggaard)

Normal laver vi elektronik baseret på en kravspecifikation.  Men hvad hvis kravene kun findes i form af et gammelt eksisterende system?  Så må man karakterisere systemet, gennemgå dokumentation og sammenligne med virkeligheden.  Og når man så mener at have forstået opgaven må man overveje hver enkelt del:  Skal det grundlæggende design beholdes eller er det nemmere at designe det forfra?

If it works – don’t fix it… Not. Det gælder ikke ingeniører. Ingeniører, jeg kender, ynder at splitte ting ad der virker, blot for at konstatere hvordan teknologien er samlet til et fungerende hele. Bagsiden er, at det ofte hænder, at der bliver en skrue til overs, når man har forsøgt at samle apparatet igen. Virker det bekendt? Men hvad så – tænker vi. Skruen var helt sikkert til overs fra dengang apparatet oprindeligt blev samlet. Og dog! Der var jo ikke noget, som raslede rundt, da vi startede. Stædigt ender vi med at udfordre vores egen konklusion ved at splitte det hele ad en gang til for at afsløre hemmeligheden med den mystiske skrue. Til sidst lykkes det, og vore ingeniørstolthed er bevaret. Nogle gange kunne jeg (og sikkert også andre) drømme om, at netop det gen ikke var så fremtrædende, så det ikke altid handler om at finde udfordringer, fejl og læring. På den anden side er det en ret afgørende egenskab.

I forretningssammenhænge virker det ikke helt på samme måde, som når vi splitter en mobiltelefon ad på køkkenbordet. I et aktuelt projekt var opgaven bunden; Vi står med et styresystem til en partikelaccelerator på Rigshospitalet, som har kørt ganske stabilt i en periode på 30 år! Styringsenhederne begynder at blive  lidt svære at yde service på, eftersom komponenter er  svære at skaffe, og kabelforbindelserne er blevet skrøbelige over tid. Specialister tilser systemet og holder det driftsklart til produktion. Godt gået! Med den scene sat kommer så udfordringen: ”Vi ønsker en opdatering af vores styreenheder. Både analog og digitalelektronikken skal moderniseres. Vi kan ikke tåle driftsstop og har kun sparsomme muligheder for at stoppe produktionen for at give plads til test og integration af nye enheder.” Der foreligger flere hyldemetre med dokumentation, herunder håndtegnede diagrammer og kabeltegninger. Systemet består af et antal 19” racks. 7 individuelle rack-mount enheder skal udskiftes. De 5 af enhederne er full-custom design, og de 2 resterende RF forstærkere kan næsten købes som hyldevarer.

Vores natur er at blive stærkt motiveret af udfordringer, uanset hvilken form udfordringerne tager. I dette projekt er der som sådan ikke en usikkerhed om, hvorvidt der findes en teknisk løsning på måle/styre behovet. Det er ret åbenlyst, at der allerede er et system, som udfører opgaven. Udfordringen med denne type opgave er derimod at forstå systemet tilstrækkeligt til at kunne erstatte det med en ny konstruktion.
Et kundetilpasset system med 30 år på bagen har naturligvis også gennemgået tilpasninger og justeringer, som ikke nødvendigvis fremgår af dokumentationen. Kravet fra et systemsynspunkt er simpelt. Det skal bare virke som det gamle og være en ”plug-in” erstatning af det trofaste men bedagede udstyr.

Designparametrene og kriterierne for at ”virke som det gamle” står ikke lysende klart for hverken analogelektronikken eller den digitale del af konstruktionen. Voldsomt mange trim muligheder gør det svært på papiret at afgøre, hvad de reelt er tiltænkt og hvilken konstruktion, der kan erstatte de nuværende. Digitalsiden er løst med diskrete logikkredse krydret med div. hystereser og op-/aflade kredsløb for at tilpasse timing. Fedt at se utallige sider med Flip-Flops på et diagram i sin reneste form – tegnet med NAND gates eller transistorkoblinger (dog ikke radiorør). Den oplagte løsning i dag er åbenlyst at erstatte rå mængder af NAND gates, op-amps, modstande og kondensatorer med logiske funktioner og timere beskrevet i HDL. Store dele af analogelektronikken er også kandidater til en ”digitalisering”. Hurtigt bliver designvalgene en afvejning mellem risiko og ”moderniseringsgrad”. Således opbygges de digitale funktioner i flash-based Microsemi FPGA, og de analoge dele af designet bevares analogt. Nogle af de analoge konstruktioner kunne godt være flyttet til en digital signalbehandling, men andre vil stadigvæk 30 år efter være bedst løst analogt!

Den længere udredning omkring designdetaljerne bliver for lang til at bringe her, men vi fortæller gerne mere om historien. Vi nøjes med at bringe et før og efter billede af moderniseringen.

Vi glæder os over at kunne hejse fanen i anledning af, at puslespillet kunne samles igen og på en ny måde (i al beskedenhed synes vi også at projektet burde have en forside – da projektet er leveret til tiden og til den aftalte pris i modsætning til mange andre forsider med offentlige projekter).

Mon IC4 snart fylder 30 år og trænger til modernisering?

P.S. Der blev en række skruer til overs – sammen med en masse NAND gates og OP-AMPs. Vi fandt nemlig frem til, at de ikke var nødvendige!

Hvad mener du?