Un rack può contribuire a tenere in ordine un banco di lavoro

Uno stereotipo molto diffuso tra i non addetti ai lavori è che l'area di lavoro del tipico progettista sia caotica: circuiti stampati e scatole sparse un po' ovunque sul banco e un groviglio di cavi collegati dappertutto. Molti banchi utilizzati per testare i prototipi sono ragionevolmente in ordine e organizzati, ma in effetti un fondo di verità c'è, soprattutto nelle fasi più avanzate del ciclo di sviluppo.

Ma perché i banchi di lavoro devono essere sempre così disordinati? Come per tutte le domande che riguardano l'ingegneria, non c'è una risposta unica per tutto. Lo dico da ex ingegnere sul campo, che ha visitato decine di ingegneri elettronici al lavoro su progetti avanzati. Prima o poi il banco dei prototipi diventa caotico, anche quando il team di progettazione parte con i migliori propositi (Figura 1).

Figura 1: Alcuni banchi di lavoro di ingegneri sono relativamente ordinati e puliti, con solo alcune schede CS, alcuni misuratori, altri strumenti e cavetti di prova (Immagine per gentile concessione di Wikipedia)

Ecco cosa succede quando servono più strumenti e cavetti di prova: vengono utilizzate sistemazioni temporanee e improvvisate per simulare gli ingressi e le condizioni operative, vengono aggiunte batterie più grandi per eseguire test più lunghi e si accumulano schede tecniche, manuali dell'utente, note, promemoria e bigliettini con scritto "NON TOCCARE".

Il disordine influisce negativamente sullo sviluppo di un prodotto?

Causa inefficienze durante lo sviluppo, il debug e la valutazione? Le risposte vanno dal "Sicuramente sì" al "Per me non è un problema", e tutte sono perfettamente documentabili.

Guardate il banco di lavoro caotico ma estremamente produttivo degli ultimi tempi del brillante ingegnere elettronico analogico Jim Williams di Linear Technology Corp., ora parte di Analog Devices (Figura 2). Dopo la sua prematura scomparsa avvenuta nel 2011, il suo banco di lavoro leggendario fu esposto, nel 2012, esattamente come lui l'aveva lasciato, in una speciale sala del Computer History Museum di Mountain View, in California¹.

Figura 2: Il leggendario genio della progettazione di circuiti analogici Jim Williams al suo famoso banco di lavoro caotico in Linear Technology Corp. (Immagine per gentile concessione di Mercury News).

Jim Williams si dedicava incessantemente allo sviluppo di circuiti e sistemi innovativi su quello che sembrava un ammasso casuale di componenti e strumentistica, degno di un accumulatore compulsivo. La giustificazione che mi diede, ammiccando leggermente quando lo visitai pochi mesi prima della sua scomparsa, era che la confusione era il modo in cui preferiva lavorare e che, inoltre, scoraggiava i colleghi dal chiedergli "temporaneamente" in prestito le apparecchiature di test.

Il banco di Jim però può essere considerato l'eccezione che conferma la regola: per la maggior parte degli ingegneri e dei progetti, un'area di lavoro ordinata (non necessariamente in modo ossessivo) è sempre di più una necessità, non una preferenza. Con le frequenze sempre più elevate di circuiti, anche modesti, come i convertitori a commutazione c.c./c.c. da 2 MHz e i circuiti RF a diversi gigahertz, avere cavi e connettori sospesi a mezzaria significa andare alla ricerca di guai in ogni stadio del prototipo e della basetta sperimentale.

La soluzione è semplice

A volte per un problema esiste una soluzione semplice, senza inconvenienti e a bassa tecnologia. E fortunatamente questo è il nostro caso. Per il disordine sul banco di lavoro c'è il rack da 19".

L'uso dei rack in ingegneria non è certo una novità: vengono ad esempio adottati per l'allestimento di apparecchiature di test automatico (ATE). Quasi tutti gli strumenti, come gli oscilloscopi, i generatori di forme d'onda e gli analizzatori di spettro, sono montabili su rack direttamente o tramite un semplice kit aggiuntivo.

Eppure raramente ho visto questi strumenti sistemati in un rack sul banco di lavoro di un ingegnere. I motivi potrebbero essere molteplici: forse a causa della natura incrementale del disordine o magari perché averne uno potrebbe mandare un messaggio subliminale ma prematuro alla dirigenza che "abbiamo quasi finito", oppure ancora perché avere un rack nelle vicinanze richiede la filatura di numerosi cavi tra il rack stesso e il prototipo che si sta esaminando, una cosa spesso scomoda.

I rack però sono disponibili in molti tipi e configurazioni che possono risolvere queste problematiche. C'è il rack da 86" a doppio telaio e piena altezza per uso intensivo, come C2F197823LG1 di Hammond Manufacturing (Figura 3).

Figura 3: Questo rack da 86" a doppio telaio e piena altezza può accogliere una grande quantità di apparecchiature di test per liberare il banco di lavoro del progettista (Immagine per gentile concessione di Hammond Manufacturing).

Ci sono anche unità a telaio singolo, per un peso totale inferiore, come RR-1264-BT di Bud Industries, quasi alto come C2F197823LG1 (70"), ma che garantisce un accesso più semplice ai contenuti dal lato frontale e posteriore (Figura 4).

Figura 4: Anche un rack a telaio singolo e piena altezza può aiutare a liberare il banco di lavoro e offrire allo stesso tempo semplicità di accesso ai lati frontale e posteriore delle unità montate (Immagine per gentile concessione di Bud Industries).

Questi rack da terra a piena altezza possono essere esagerati per uno scenario di sviluppo da banco di lavoro, ma c'è un'alternativa: un rack più basso, di soli 11", come RCHV1900817BK1 di Hammond Manufacturing, che può essere sistemato sull'angolo del banco di lavoro anziché accanto ad esso (Figura 5).

Figura 5: Anche un semplice rack da 11" a piena altezza, sistemato direttamente sull'angolo del piano di lavoro, può aiutare a fare ordine e incoraggiare una maggiore disciplina (Immagine per gentile concessione di Hammond Manufacturing).

I rack però non servono solo per montare la strumentazione dei fornitori. Molti anni fa stavo collaborando alla progettazione di un controller per un grande telaio di collaudo elettromeccanico che aveva alcuni interruttori che si attivavano quando l'escursione del pistone superava un determinato valore. Per le prime fasi del test, dovevamo emulare la chiusura di un interruttore di finecorsa, ma non volevamo mettere sotto tensione un vero telaio.

La soluzione fu semplice. Uno degli ingegneri del nostro gruppo aveva un gruppo di interruttori a levetta di una radio surplus militare, largo quasi 18 cm e alto circa 6,5 (Figura 6). Usammo questi interruttori (che avevano l'azione di commutazione più delicata che abbia mai visto) per permettere all'ingegnere software di dare inizio facilmente a un evento di interruttore di finecorsa senza neanche spostarsi dal PC, e tutto funzionò a meraviglia.

Figura 6: Questo gruppo di interruttori di commutazione di una radio surplus militare è stato utilizzato per simulare l'azione di interruttori di finescorsa su un telaio di carico durante il processo di sviluppo di un prodotto (Immagine per gentile concessione di Bill Schweber)

Man mano che il progetto continuava, però, sul banco si accumulavano sempre più strumenti, conduttori, alimentatori e attrezzi. In breve tempo divenne difficile trovare quel set di interruttori a levetta che ormai era stato sommerso da altre cose. La soluzione anche in questo caso è stata facile: abbiamo sistemato un rack da 19" da tavolo sull'angolo del banco di lavoro e ci siamo fatti costruire dal laboratorio di modelli interno un pannello stretto con un'apertura per il gruppo di interruttori a levetta, in modo che avesse un posto definitivo. Abbiamo poi sfruttato ulteriormente il nuovo rack montandoci altri piccoli strumenti e aggiungendo alcuni ripiani a tutta larghezza per le piccole schede che non potevano essere facilmente montate sul rack. Il risultato è stato maggiore efficienza, meno errori di distrazione e meno articoli scomparsi senza che ce ne accorgessimo!

La storia del rack include anche un aspetto di longevità. Secondo l'interessante articolo di Wikipedia "19 inch rack" (il rack da 19"), il rack da 19" che conosciamo fu sviluppato circa 100 anni fa. Gli articoli di Wikipedia a volte non sono del tutto affidabili o accurati, ma sono spesso un utile punto di partenza. Questo, ad esempio, fa riferimento a un articolo del 1922, "Telephone Equipment for Long Cable Circuits" (Apparecchiature telefoniche per circuiti a cavi lunghi) del venerabile Bell System Technology Journal, che è stato digitalizzato ed è disponibile presso l'Internet Archive, e rappresenta quindi la fonte principale da cui consultare la teoria e le specifiche dello sviluppo del rack.

Tenete presente che nella prima metà del XX secolo, la posizione di mercato e l'esperienza tecnica del Bell Telephone System in materia di progettazione, produzione, ricerca e installazione non erano seconde a nessuno, a tal punto da poter stabilire standard di settore, cosa che spesso in effetti faceva.

Se quando avete acquistato la strumentazione e le apparecchiature non avete inserito un kit per il montaggio su rack, potete ancora prendere in considerazione l'acquisto durante le fasi successive del progetto. Anche un alimentatore con fattore di forma compatto può passare dal banco di lavoro a un rack. Ad esempio, la serie PLS600 di alimentatori da banco di XP Power può essere inserita facilmente in un rack utilizzando il kit di montaggio su rack PLS600 del fornitore, che permette di montare due unità l'una a fianco dell'altra (Figura 7).

Figura 7: Il kit di montaggio in rack PLS600 di XP Power facilita l'installazione di una singola unità PLS600 o di una coppia di unità affiancate in un rack per apparecchiature a telaio standard (Immagine per gentile concessione di XP Power)

Non fatevi scoraggiare dal genio di Einstein

Forse avrete già sentito il detto attribuito ad Einstein riportato nella Figura 8.

Figura 8: Questo detto attribuito ad Albert Einstein non si applica necessariamente alla progettazione, allo sviluppo e al debug di prodotti (Immagine per gentile concessione di Arduino).

La situazione magari si potrebbe applicare alla fisica avanzata, ma non al banco di lavoro di un ingegnere. Viene spiegato molto bene nell'ottima pubblicazione "Debugging: The 9 Indispensable Rules of Finding Even the Most Elusive Software and Hardware Problems" (Debug: le nove regole indispensabili per trovare anche il più subdolo problema software e hardware) (Figura 9). In questa opera indispensabile, l'autore David J. Agans illustra dettagliatamente i molti vantaggi di avere uno spazio di lavoro organizzato e una documentazione chiara, per sapere sempre con cosa bisogna lavorare e cosa è stato fatto.

Figura 9: Saper eseguire il debug nel modo giusto è una delle cose più difficili; questo libro è una risorsa molto utile per conoscere le strategie e le tattiche per il debug hardware e software (Immagine per gentile concessione di Amazon Web Services).

Basta una sola esperienza negativa: si perdono ore, giorni, se non settimane a tentare di trovare e risolvere un bug usando un banco di lavoro disposto in modo inefficiente o ingannevole per poi capire che il problema era nell'impostazione del test e non nel prototipo. In poche parole: un banco di lavoro organizzato è vostro alleato, e un rack a bassa tecnologia può aiutarvi nell'impresa.

Riferimento

1 – Mercury News, "Il banco di lavoro di Jim Williams esprime la sua vita e la Silicon Valley"

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