Vorteile der Verwendung eines Racks beim Aufräumen des Arbeitstisches

Ein gängiges Klischee in der Vorstellung der nicht-technischen Öffentlichkeit ist, dass der Arbeitsbereich des typischen Konstrukteurs chaotisch ist. Platinen und Geräte sind halbzufällig auf dem Arbeitsbereich verteilt, zusammen mit einem Nest von Kabeln, die alles miteinander verbinden. Obwohl viele Prototyp-Prüfstände einigermaßen ordentlich und organisiert sind, ist an diesem Klischee etwas Wahres dran - besonders mit fortschreitendem Entwicklungszyklus.

Warum herscht auf vielen Arbeitsbereichen so ein Durcheinander? Wie bei fast allen technischen Fragen gibt es keine einzelne ultimativ korrekte „Antwort“. Ich sage dies als ehemaliger praxisorientierter Ingenieur, der auch Dutzende andere Elektroingenieure an ihren Arbeitstischen besucht hat, während sie an fortgeschrittenen Projekten arbeiteten. Früher oder später endet der Tisch für die Prototypen-Entwicklung im Chaos, auch wenn das Konstruktionsteam mit den besten Absichten startet (Abbildung 1).

Abbildung 1: Einige technische Arbeitsbereiche sind relativ übersichtlich und sauber mit nur wenigen Platinen, Messgeräten, anderen Instrumenten und Messleitungen. (Bildquelle: Wikipedia)

Dies geschieht, wenn mehr Instrumente und Messleitungen benötigt werden, temporäre und improvisierte Verbindungselemente verwendet werden, um Eingänge und Betriebsbedingungen zu simulieren, größere Batteriepakete für länger andauernde Tests hinzugefügt werden und sich die Dokumentation - Datenblätter, Benutzerhandbücher, handschriftliche Notizen und Erinnerungen und Ermahnungen wie „NICHT ANFASSEN“ - vermehrt.

Ist Unordnung der Produktentwicklung abträglich?

Führt dieses Durcheinander zu ineffizienter Produktentwicklung, Fehlersuche und Bewertung? Die Antworten reichen von „aber natürlich“ bis „das ist kein Problem für mich“, und es gibt Beispiele, die all diese Behauptungen untermauern.

Schauen Sie sich die überladene und doch hochproduktive Bank des verstorbenen, brillanten Analogelektronik-Ingenieurs Jim Williams der Linear Technology Corp. an (das Unternehmen ist jetzt Teil von Analog Devices) (Abbildung 2). Nach seinem vorzeitigen Ableben im Jahr 2011 wurde seine legendäre Werkbank - genau so, wie er sie verlassen hat - in einer Sonderausstellung 2012 im Computer History Museum in Mountain View ausgestellt, CA¹.

Abbildung 2: Das legendäre Analogschaltungsgenie Jim Williams an seinem berühmten, überladenen Arbeitstisch bei der Linear Technology Corp. (Bildquelle: Mercury News)

Er entwickelte immer wieder innovative Schaltkreise und Systeme an seinem Arbeitstisch, der wie ein Vorratsschrank mit zufälligen Komponenten und Instrumenten aussah. Die Rechtfertigung dafür, bei der Jim nur verschmitzt gezwinkert hat, als ich ihn ein paar Monate vor seinem Tod besuchte, war, dass das Durcheinander die Art und Weise war, wie er gerne arbeitete, und es entmutigte auch das „vorübergehende“ Ausleihen von Testgeräten durch seine Mitarbeiter.

Dennoch mag Jims Arbeitstisch die Ausnahme sein: Für die meisten Ingenieure und Projekte ist ein sauberer Arbeitsbereich - wenn auch nicht unbedingt exzessiv sauber - zunehmend eher eine Notwendigkeit als eine Präferenz. Bei den immer höheren Frequenzen selbst bescheidener Schaltungen wie 2-Megahertz-(MHz)-DC/DC-Schaltwandlern und Multi-Gigahertz-HF-Schaltungen ist es in allen Phasen des Prototypen- und Steckplatinen-Stadiums problematisch, wenn Drähte und Steckverbinder in der Luft hängen.

Es gibt eine einfache Lösung

Es ist schön, wenn es eine einfache, problemlose und technisch einfache Lösung für ein Problem gibt. Im Falle von Tischgerümpel gibt es eines: das 19-Zoll-Rack.

Die Verwendung von Racks in der Technik ist natürlich nichts Neues. Sie werden z.B. häufig für große automatisierte Testeinrichtungen (ATE) verwendet. Nahezu alle Instrumente wie Oszilloskope, Wellenformgeneratoren und Spektrumanalysatoren können direkt oder mit einem bescheidenen Zusatzkit in ein Rack eingebaut werden.

Nichtsdestotrotz habe ich diese Instrumente selten in einem Rack auf der Ingenieursbank gesehen. Es könnte mehrere Gründe für diese Abwesenheit geben: Vielleicht liegt es an der inkrementellen Natur des chaotischen Wachstums; oder man möchte Vermeiden, dass ein Rack die unterschwellige, aber verfrühte Botschaft an das Management sendet, dass „wir fast fertig sind“; oder ein Rack in der Nähe würde erfordern, zahlreiche Kabel zwischen dem Rack und dem zu evaluierenden Prototyp zu spannen, was oft unbequem ist.

Aber Racks gibt es in einer Vielzahl von Typen und Konfigurationen, die diese Bedenken ausräumen können. Es gibt das hochbelastbare Doppelrahmen-Rack mit 86 Zoll Höhe, wie z.B. das C2F197823LG1 von Hammond Manufacturing (Abbildung 3).

Abbildung 3: Dieses 19-Zoll-Rack mit Doppelrahmen und voller Höhe kann eine große Anzahl von Prüfgeräten vom Prüfstand des Konstrukteurs nehmen. (Bildquelle: Hammond Manufacturing)

Es gibt auch Einzelrahmeneinheiten für ein geringeres Gesamtgewicht, wie z.B. die RR-1264-BT von Bud Industries, die mit 70 Zoll fast so hoch wie das C2F197823LG1 sind und einen etwas leichteren Zugang zur Vorder- und Rückseite des Inhalts bietet (Abbildung 4).

Abbildung 4: Ein Gestell mit einem einzigen Rahmen in voller Höhe kann auch den Prüfstand freimachen und bietet gleichzeitig leichten Zugang zu Vorder- und Rückseite der montierten Einheiten. (Bildquelle: Bud Industries)

Diese Bodenregale in voller Höhe mögen für das Entwicklungsszenario auf dem Labortisch zu viel sein, aber es gibt eine attraktive Alternative: ein kürzeres 11 Zoll hohes Rack wie das RCHV1900817BK1 von Hammond Manufacturing, das auf der Ecke des Labortischs und nicht daneben platziert werden kann (Abbildung 5).

Abbildung 5: Selbst ein bescheidenes 11 Zoll hohes Rack, das direkt auf der Ecke der Werkbank aufgestellt wird, hilft, die Unordnung zu beseitigen und fördert die Disziplin. (Bildquelle: Hammond Manufacturing)

Racks sind nicht nur für die Montage von Instrumentierungseinheiten gedacht. Vor vielen Jahren war ich an der Konstruktion eines Controllers für einen großen elektromechanischen Testrahmen beteiligt, der einige im Rahmen montierte Schalter hatte, die auslösten, wenn die Auslenkung eines Kolbens einen eingestellten Wert überschritt. Für die ersten Tests mussten wir das Schließen des Endschalters emulieren, wollten aber keinen tatsächlichen Rahmen unter Spannung setzen.

Die Lösung war einfach. Einer der Ingenieure unseres Teams verfügte über ein Funk-Kippschalterfeld aus militärischen Restposten von etwa 7 Zoll Breite und 2 ½ Zoll Höhe (Abbildung 6). Wir haben diese Schalter (mit der sanftesten Umschaltfunktion, die mir je begegnet ist) verwendet, damit der Software-Ingenieur einfach ein Endschalterereignis auslösen kann, während er an der Tastatur sitzt, und die Einrichtung hat gut funktioniert.

Abbildung 6: Dieses Array aus Kippschaltern militärischer Restposten wurde verwendet, um die Wirkung von Endschaltern auf einen Lastrahmen während eines laufenden Produktentwicklungsprozesses zu simulieren. (Bildquelle: Bill Schweber)

Im weiteren Verlauf des Projekts gab es jedoch immer mehr Instrumente, Kabel, Stromversorgungen und Befestigungen auf dem Arbeitstisch. Bald war dieser Satz Kippschalter schwer zu finden und verhedderte sich in allem. Die Lösung war einfach: Wir stellten ein 19-Zoll-Tischgestell an der Ecke der Bank auf und ließen von der hauseigenen Modellbauwerkstatt eine schmale Gestellplatte mit einem Ausschnitt für die Kippschalteranordnung anfertigen, so dass sie ein festes Zuhause erhielt. Wir nutzten sogar noch weitere Vorteile des neuen Racks, indem wir einige andere kleine Instrumente darin einbauten und einige Regale in voller Breite hinzufügten, so dass wir einen Platz für kleine Tafeln hatten, die sich nicht so einfach im Rack montieren ließen. Das Ergebnis war mehr Effizienz, weniger dumme Fehler und weniger Gegenstände, die verschwinden, wenn wir nicht hinsehen!

Es gibt einen Aspekt der Langlebigkeit in der Rack-Geschichte. Das 19-Zoll-Rack, wie wir es kennen, wurde vor etwa 100 Jahren entwickelt, wie aus dem gut geschriebenen Wikipedia-Artikel „19-Zoll-Rack“ hervorgeht. Auch wenn Wikipedia-Beiträge nicht unbedingt endgültig oder immer vollständig korrekt sind, sind sie doch oft ein nützlicher Ausgangspunkt: Dieser Artikel verweist auf einen Artikel aus dem Jahre 1922, „Telefonausrüstung für lange Kabelschaltungen“ aus dem ehrwürdigen Bell System Technology Journal, der gescannt wurde und im Internet-Archiv verfügbar ist, so dass Sie die Rationalität und die Besonderheiten der Rack-Entwicklung aus der Primärquelle erkennen können.

Beachten Sie, dass in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts die Marktstellung und das technische Fachwissen des Bell Telefonsystems in Bezug auf Design, Herstellung, Forschung und Installation so dominant waren, dass sie de facto Industriestandards setzen konnten und dies oft auch taten.

Wenn Ihre ursprüngliche Anschaffung von Instrumenten und Ausrüstung kein Rackmount-Kit beinhaltete, ist es dennoch eine Überlegung wert, wenn Ihr Projekt voranschreitet. Selbst ein einfaches Netzteil mit kleinem Formfaktor (PSU) kann vom Tischgerät in ein nahe gelegenes Rack migrieren. Beispielsweise kann die Serie PLS600 der Tischnetzteile von XP Power mit Hilfe des vom Hersteller gelieferten PLS600-Rackmontagekits, das die Montage von zwei dieser Netzteile nebeneinander unterstützt, problemlos in ein Rack eingebaut werden (Abbildung 7).

Abbildung 7: Das Rackmontagekit PLS600 von XP Power erleichtert die Installation einer einzelnen PLS600-Einheit oder eines Paares nebeneinander in einem Standard-Geräterack. (Bildquelle: XP Power)

Lassen Sie nicht zu, dass Einsteins Witz Ihre Produktivität beeinträchtigt

Vielleicht haben Sie den „klugen“ Spruch, der Albert Einstein zugeschrieben wird, auf einem Plakat gesehen, das dem in Abbildung 8 gezeigten ähnelt.

Abbildung 8: Dieses Albert Einstein zugeschriebene Zitat gilt nicht unbedingt auch für Produktdesign, -entwicklung und -debugging. (Bildquelle: Quora)

Vielleicht ist das die Situation für fortgeschrittene Physik, aber für praktische Ingenieure am Prüfstand ist das nicht der Fall. Dies wird in dem ausgezeichneten Buch „Debugging: The 9 Indispensable Rules of Finding Even the Most Elusive Software and Hardware Problems“ (Abbildung 9) sehr deutlich gemacht. In diesem unentbehrlichen Werk beschreibt der Autor David J. Agans die vielen Vorteile eines organisierten Arbeitsbereichs mit klarer Dokumentation, damit Sie wissen, womit Sie arbeiten müssen und was Sie getan haben.

Abbildung 9: Debugging gehört zu den am schwierigsten zu beherrschenden technischen Fertigkeiten, und dieses Buch ist eine sehr aufschlussreiche Quelle für Strategien und Taktiken für das Hardware- und Software-Debugging. (Bildquelle: Amazon)

Es bedarf nur einer schlechten Erfahrung, Stunden, Tage oder Wochen mit dem Versuch zu verschwenden, einen Fehler in einer ineffizienten und irreführenden Tischanordnung zu finden und zu beheben oder herauszufinden, dass das Problem im Testaufbau und nicht im Prototyp lag. Um es deutlich zu machen: Ein organisierter Arbeitstisch ist Ihr Partner, und ein Rack kann helfen.

Referenz

1 - Mercury News, „Jim Williams’ workbench captures his life and Silicon Valley“

https://www.mercurynews.com/2011/11/17/cassidy-jim-williams-workbench-captures-his-life-and-silicon-valley/