랙을 사용한 작업대 정돈의 이점

비엔지니어링 대중에게는 설계 엔지니어의 작업 영역은 물건들이 어지럽게 널려져 있다는 고정 관념이 있습니다. 회로 기판 및 박스가 작업대 주위에 반 무작위로 산재되어 있고 온갖 케이블이 모두에 연결되어 있습니다. 많은 프로토타입 테스트 작업대가 합리적으로 깔끔하게 정리되어 있기는 하지만, 이 상투적인 생각에는 진실의 일면이 있습니다. 개발 주기가 진행됨에 따라 특히 그렇습니다.

작업대가 그렇게 어지러워지는 이유는 무엇일까요? 거의 모든 엔지니어링 질문과 마찬가지로 "모든 상황에 두루 적용되는" 답은 없습니다. 저는 고급 프로젝트를 진행하는 동안 작업대에 있는 수십 명의 EE를 방문했던 전직 실무 엔지니어로서 이렇게 말합니다. 설계 팀이 아무리 깔끔한 상태로 시작하더라도 머지 않아 프로토타입 작업대는 엉망이 되기 일쑤입니다(그림 1).

그림 1: 몇 가지 pc 기판, 계측기, 기타 기기 및 테스트 리드만 있는 일부 엔지니어링 작업대는 비교적으로 깔끔합니다. (이미지 출처: Wikipedia)

작업대가 어지럽혀지는 이유는 더 많은 기기 및 테스트 리드가 필요해지기 때문입니다. 입력 및 작동 조건을 시뮬레이션하는 데 임시 및 즉석 픽스처가 사용됩니다. 더 오래 실행되는 테스트를 위해 더 큰 배터리 팩이 추가됩니다. 또한 규격서, 사용 설명서, 수기로 작성된 참조 사항 및 비망록 같은 문서들과 "DO NOT TOUCH" 경고가 쌓입니다.

어수선함이 제품 개발에 해로운가요?

이러한 어수선함으로 인해 제품 개발, 디버그, 평가의 효율성이 저하될까요? 이에 대해 “물론입니다."부터 “제게는 문제가 되지 않습니다."까지 다양한 대답이 있으며 이러한 모든 논쟁을 뒷받침하는 예가 있습니다.

현재 Analog Devices의 자회사가 된 Linear Technology Corp.,에서 오랫 동안 근무한 우수한 아날로그 전자 엔지니어인 Jim Williams의 작업대를 살펴보겠습니다. 극도로 어수선한 이 작업대는 높은 생산성을 기록했습니다. 2011년 그가 갑작스럽게 사망한 후, 그의 전설적인 작업대는 캘리포니아주 마운틴뷰에 위치한 컴퓨터 역사 박물관의 2012 특별 전시회에 전시되었습니다¹.

그림 2: 전설적인 아날로그 회로 설계의 천재 Jim Williams가 Linear Technology Corp에 있는 그의 유명하고 복잡한 작업대에서 바라보고 있습니다(이미지 출처: Mercury News)

그는 무작위 부품과 계측 기기 저장고처럼 보이는 혁신적인 회로 및 시스템을 지속적으로 개발했습니다. 사망하기 몇 달 전 Jim을 방문하여 이에 대해 물었을 때 그는 어지러운 작업대에서 일하는 것이 좋으며 이러한 어수선함 덕분에 동료들이 테스트 장비를 "일시적으로" 빌려가는 것을 막을 수 있었다고 장난스럽게 말했습니다.

하지만, Jim의 작업대는 예외일 수 있습니다. 대부분의 엔지니어와 프로젝트의 경우, 강박적으로 지나치게 정돈할 필요는 없더라도, 깔끔한 작업 영역은 단순한 선호 사항이 아니라 점점 더 필수 사항이 되고 있습니다. 2MHz DC/DC 스위칭 컨버터 및 다중 기가헤르츠 RF 회로와 같은 매우 일반적인 회로에서 훨씬 더 높은 주파수를 포괄하므로, 공중에서 전선 및 연결이 중단되는 것은 프로토타입 및 브레드보드 스테이지의 모든 단계에서 문제를 일으키고 있습니다.

손쉬운 해결책이 있습니다.

문제에 대해 간단하고 편리한 저차원적 기술의 해결책이 있으면 좋습니다. 작업대의 어수선함이 문제가 되는 경우, 19인치 랙을 사용할 수 있습니다.

물론, 엔지니어링에서 랙을 사용하는 것은 전혀 새롭지 않습니다. 예를 들어, 랙은 대규모 자동 테스트 장비(ATE) 설치에 종종 사용됩니다. 발진기, 파형 생성기, 스펙트럼 분석기와 같은 거의 모든 기기는 바로 랙 실장이 가능하거나 최신 추가 키트를 통해 랙에 실장할 수 있습니다.

그렇기는 하지만, 저는 엔지니어의 작업대에 있는 랙에서 이러한 기기를 본적이 거의 없습니다. 여기에는 몇 가지 이유가 있을 수 있습니다. 점점 증가하는 어수선함의 특성 때문이거나, 경영진에게 "거의 끝났다."는 잠재적이지만 너무 이른 메시지를 보낼 수 있습니다. 또는 근처에 랙을 설치하려면 랙과 평가 중인 프로토타입 사이에 수많은 케이블을 묶어야 하는데 이러한 과정은 종종 불편할 수 있습니다.

그러나 랙은 이러한 문제를 해결할 수 있는 다양한 유형과 구성으로 제공됩니다. 예를 들어, Hammond Manufacturing C2F197823LG1 최대 길이 랙과 같은 고강도 이중 프레임 86인치 높이의 랙이 있습니다(그림 3).

그림 3: 이 이중 프레임, 최대 높이 19인치 랙은 설계자의 작업대에서 대량의 테스트 장비를 제거할 수 있습니다. (이미지 출처: Hammond Manufacturing)

높이가 70인치로 C2F197823LG1과 거의 같고 해당 구성품의 전면 및 후면에 다소 쉽게 액세스할 수 있는 Bud Industries RR-1264-BT와 같이, 총 부하 중량이 더 가벼운 경우를 위한 단일 프레임 장치도 있습니다(그림 4).

그림 4: 단일 프레임 최대 높이 랙은 장착된 장치의 전면 및 후면에 쉽게 접근할 수 있도록 하면서 테스트 작업대를 비울 수 있습니다. (이미지 출처: Bud Industries)

이러한 최대 높이 플로어 랙은 작업대 개발의 경우에는 너무 과할 수 있지만 다음과 같은 대체 솔루션이 있습니다. Hammond Manufacturing RCHV1900817BK1은 11인치 높이의 더 짧은 랙으로 작업대 옆이 아니라 작업대의 모서리에 설치할 수 있습니다.

그림 5: 일반적인 11인치 높이 랙을 작업대의 모서리에 직접 배치하여 어수선함을 정리하고 훈련을 장려하는 데 도움을 줄 수 있습니다. (이미지 출처: Hammond Manufacturing)

랙은 또한 단지 벤더-공급업체 계측 기기 실장만을 위한 것이 아닙니다. 수년 전, 저는 피스톤의 과도 출력이 설정값을 초과할 경우 트립되는 일부 프레임 실장 스위치가 있는 대형 전자 기계 테스트 프레임을 위한 컨트롤러 설계에 참여했습니다. 초기 테스트에서 우리는 닫혀 있는 제한 스위치를 에뮬레이션해야 했지만 실제 프레임에 동력을 공급하고 싶지는 않았습니다.

그 해결책은 간단했습니다. 팀의 엔지니어들에게는 7인치 너비와 2½인치 높이의 군사용 과잉 무선 토글 스위치 어레이가 있었습니다(그림 6). 우리는 이러한 스위치(저로서는 처음 보는 가장 원활한 토글링 동작을 제공했습니다.)를 사용하여 소프트웨어 엔지니어가 키보드에서 제한 스위치 이벤트를 손쉽게 시작할 수 있도록 했으며 이 설치는 제대로 작동했습니다.

그림 6: 이 군사용 과잉 토글 스위치 배열은 진행 중인 제품 개발 프로세스 동안 부하 프레임에서 제한 스위치의 동작을 시뮬레이션하는 데 사용되었습니다. (이미지 출처: Bill Schweber)

그러나, 프로젝트가 진행됨에 따라 작업대에 기기, 리드, 전원 공급 장치, 픽스처가 점점 더 늘어났습니다. 곧 토글 스위치 세트를 찾기가 어려워졌고 모든 것에 엉키게 되었습니다. 해결책은 간단했습니다. 작업대의 한 모서리에 19인치 테이블톱 랙을 설치하고 사내 모델 숍에서 토글 스위치 어레이를 위한 컷아웃이 있는 내로우 랙 패널을 제작하여 고정된 홈을 제공했습니다. 우리는 새로운 랙에 몇 가지 다른 소형 기기를 실장하고 최대 너비 선반 몇 개를 추가하여 랙에 쉽게 실장할 수 없는 소형 기판을 위한 장소를 갖게 되었습니다. 결과적으로 효율성이 향상되고 어리석은 실수가 줄었으며 물건이 사라지는 일도 줄었습니다.

랙 스토리에는 오랜 지속성의 측면이 있습니다. 잘 작성된 Wikipedia 항목 “19인치 랙”에 따르면 이 19인치 랙은 약 100년 전에 개발되었다고 알려져 있습니다. Wikipedia 게시물이 반드시 완벽하거나 항상 정확하지는 않지만 종종 유용한 시작점이 됩니다. 이는 조항 1922, 존경스러운 Bell System Technology Journal의 "긴 케이블 회로를 위한 전화 장비”를 참조합니다. 이는 인터넷 아카이브에서 스캔되고 제공되므로 1차 소스에서 랙 개발의 합리성과 세부 사항을 확인할 수 있습니다.

20세기 전반기에 Bell Telephone System은 설계, 제조, 연구, 설치에 있어 시장 지위 및 기술 전문성이 매우 우세하여 사실상의 산업 표준을 설정할 수 있었으며 종종 그랬습니다.

초기에 획득한 계측 기기 및 장비에 랙 실장 키트가 포함되지 않은 경우, 프로젝트가 진행됨에 따라 이를 고려해 보는 것이 좋습니다. 기본적인 소형 폼 팩터 전원 공급 장치(PSU)도 작업대 상단에서 가까운 랙으로 이전할 수 있습니다. 예를 들어, XP Power PLS600 계열의 벤치톱 PSU는 이러한 두 PSU를 나란히 실장할 수 있는 벤더 제공 PLS600 랙 실장 키트를 사용하여 랙에 쉽게 배치할 수 있습니다(그림 7).

그림 7: XP Power PLS600 랙 실장 키트는 표준 섀시 장비 랙에서 단일 PLS600 장치 또는 좌우 쌍으로 손쉽게 설치할 수 있습니다. (이미지 출처: XP Power)

아인슈타인의 위트로 여러분의 생산성을 저하시키지 마세요.

그림 8에 표시된 것과 유사한 포스터에서 알버트 아인슈타인이 한 말이라고 여겨지는 "기발한" 명언을 보셨을 것입니다.

그림 8: 알버트 아인슈타인의 것이라고 여겨지는 이 인용문이 반드시 설계, 개발, 디버그에 적용되는 것은 아닙니다. (이미지 출처: Quora)

고급 물리학의 경우에는 적합할 수도 있지만 작업대에서 일하는 실무 엔지니어에게는 그렇지 않습니다. 이는 훌륭한 책인 “Debugging: The 9 Indispensable Rules of Finding Even the Most Elusive Software and Hardware Problems"에서 매우 명확하게 설명됩니다(그림 9). 이 필수적 작업에서, 작가인 David J. Agans는 명확한 문서와 함께 체계적인 작업 영역이 제공하는 많은 이점을 자세히 설명하므로 여러분은 무엇을 수행해야 하고 무엇을 완료했는지 알 수 있습니다.

그림 9: 디버깅은 가장 숙련하기 어려운 엔지니어링 기술 중 하나이며 이 책은 하드웨어 및 소프트웨어 디버깅을 위한 전략과 전술에 대해 매우 상세히 설명하는 리소스입니다. (이미지 출처: Amazon)

비효율적이고 잘못된 작업대 내에서 버그를 찾고 수정하려고 하거나 프로토타입이 아니라 테스트 설정에 문제가 있음을 알아내는 것은 몇 시간, 며칠 또는 몇 주를 낭비하는 좋지 않은 경험에 불과합니다. 명확하게 말하면, 체계적인 작업대는 여러분의 파트너이며, 로우테크 랙은 이를 달성하는 데 도움을 줄 수 있습니다.

참고 자료

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/