$40,000 पेपरवेट: क्यों “परफेक्ट” टेस्ट कवरेज कम-आयतन हार्डवेयर को नुकसान पहुंचाता है

2018 में एक MedTech स्टार्टअप की कल्पना करें। वे FDA सबमिशन की समय सीमा से तीन सप्ताह दूर हैं, उनके पास 2,000 यूनिट का उत्पादन रन है जो बिल्कुल काम करना चाहिए। निवेशकों को अपनी गंभीरता साबित करने के लिए, उन्होंने निर्माण परीक्षण का "गोल्ड स्टैंडर्ड" ऑर्डर किया: एक कस्टम इन-सर्किट टेस्ट (ICT) फिक्सचर। यह मशीन किए गए एल्यूमिनियम का एक सुंदर टुकड़ा है, जिसमें सैकड़ों छेद हैं स्प्रिंग-लोडेड प्रोब्स के लिए, जो बोर्ड पर हर एक रेसिस्टर और कैपेसिटर को सत्यापित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। इसकी कीमत $35,000 थी और इसे मशीन करने में आठ सप्ताह लगे।

लेकिन जब फिक्सचर अंततः लोडिंग डॉक पर पहुंचता है, तो एक समस्या होती है। बोर्ड लेआउट को “Rev B” में एक थर्मल समस्या को ठीक करने के लिए थोड़ा बदलना पड़ा। माउंटिंग होल्स तीन मिलीमीटर हिल गए।

फिक्सचर अब तीस हज़ार पाँच सौ डॉलर का पेपरवेट बन गया है। इसे संशोधित नहीं किया जा सकता; इसे स्क्रैप करना होगा। स्टार्टअप ने $35k और दो महीने की रनवे जला दी है, और वे अभी तक एक भी बोर्ड टेस्ट नहीं कर पाए हैं।

यह परिदृश्य हार्डवेयर विकास में लगातार होता रहता है। इंजीनियरों को “100% कवरेज” खोजने के लिए प्रशिक्षित किया जाता है और वे अक्सर Apple या Dell जैसे दिग्गजों द्वारा उपयोग किए जाने वाले भारी उपकरणों का उपयोग करते हैं। लेकिन भौतिकी की तुलना में अर्थशास्त्र आसान है। जब आप 500, 2,000, या यहां तक कि 5,000 यूनिट बना रहे होते हैं, तो पारंपरिक “Big Iron” परीक्षण का गणित टूट जाता है। आपको एक ऐसी रणनीति की आवश्यकता है जो गति की तुलना में लचीलापन और संरचनात्मक पूर्णता की तुलना में कार्यात्मक वास्तविकता को प्राथमिकता दे।

"गोल्ड स्टैंडर्ड" आपको क्यों असफल करता है

उच्च मात्रा के निर्माण में—सोचिए 100,000 यूनिट प्रति माह—ICT राजा है। एक “बेड ऑफ नेल्स” फिक्सचर बोर्ड को कसकर पकड़ता है, और छह सेकंड में आपको बताता है कि कौन सा 0402 रेसिस्टर गलत मान का है। यह तेज़, सटीक, और अविश्वसनीय रूप से महंगा है। फिक्सचर, प्रोग्रामिंग, और डिबग समय के लिए नॉन-रिकरिंग इंजीनियरिंग (NRE) लागत आसानी से $15,000 से $50,000 तक हो सकती है। यदि आप एक मिलियन यूनिट बना रहे हैं, तो वह लागत प्रति बोर्ड पैसे के बराबर हो जाती है। यदि आप 1,000 यूनिट बना रहे हैं, तो आप हर एक डिवाइस पर $15 का टैक्स दे रहे हैं केवल इसे टेस्ट करने के लिए।

और यहीं कई टीमें “बर्न-इन” और “टेस्ट” के बीच भ्रमित हो जाती हैं। आप शुरुआती विफलताओं को पकड़ने के लिए व्यापक बर्न-इन रैक्स मांगने के लिए प्रेरित हो सकते हैं, सोचते हुए कि यह फिक्सचर की आवश्यकता को बदल देता है। ऐसा नहीं है। बर्न-इन एक तनाव परीक्षण है जो शिशु मृत्यु दर को पकड़ता है—घटकों का 48 घंटे की गर्मी के बाद फेल होना। यह आपको बताता है कि बोर्ड टिकता है. यह आपको यह नहीं बताता कि यह सही तरीके से बनाया गया था या नहीं सही तरीके से बनाया गया शुरुआत में। आप उस बोर्ड को बर्न-इन नहीं कर सकते जिसमें पावर रेल पर सोल्डर ब्रिज हो; आप बस PCB में छेद कर देंगे। आपको अभी भी बिना एल्यूमीनियम बीस्ट खरीदे निर्माण गुणवत्ता की जांच करने का तरीका चाहिए।

कम मात्रा में उत्पादन में, चक्र समय अप्रासंगिक होता है। निश्चित लागत और कठोरता असली दुश्मन हैं। एक बेड ऑफ नेल्स को “लॉक” डिज़ाइन की आवश्यकता होती है। यदि आप एक टेस्ट पॉइंट को स्थानांतरित करते हैं, तो फिक्सचर खराब हो जाता है। नए उत्पाद परिचय (NPI) की अराजक दुनिया में, जहां Rev C एक महीने के भीतर Rev B का अनुसरण करता है, फिक्सचर के लिए अपने डिज़ाइन को लॉक करना एक रणनीतिक त्रुटि है। आपको एक ऐसा परीक्षण तरीका चाहिए जो आपकी लेआउट डिज़ाइनर जितनी तेजी से ट्रेस रूट कर सकता है, उतनी ही तेजी से अनुकूलित हो सके।

फ्लाइंग प्रोब: समय के बदले पैसे का व्यापार

फिक्स्ड फिक्सचर का तत्काल विकल्प फ्लाइंग प्रोब है। कल्पना करें एक बड़ी मशीन की, जहां सैकड़ों कीलें एक साथ क्लैंप करने के बजाय, चार से आठ रोबोटिक भुजाएं बोर्ड के चारों ओर घूमती हैं, टेस्ट पॉइंट्स को एक-एक करके छूती हैं। यह एक साइंस-फिक्शन सर्जरी रोबोट जैसा दिखता है।

यहाँ जादू यह है कि कोई फिक्सचर नहीं है। आप मशीन में CAD डेटा (ODB++ या Gerber फाइलें) लोड करते हैं, इसे बताते हैं कि पार्ट्स कहाँ हैं, और यह पता लगाता है कि उन्हें कैसे टेस्ट करना है। यदि आप अगले संस्करण में एक रेसिस्टर को स्थानांतरित करते हैं, तो आप बस एक नई फाइल अपलोड करते हैं। NRE $20,000 से घटकर शायद $2,000 हो जाता है सेटअप के लिए। ट्रेड-ऑफ, निश्चित रूप से, समय है। जबकि बेड ऑफ नेल्स सेकंडों में बोर्ड का परीक्षण करता है, फ्लाइंग प्रोब को बोर्ड के घटक घनत्व के आधार पर तीन से छह मिनट लग सकते हैं।

गणना करें। यदि आप 1,000 यूनिट बना रहे हैं, तो प्रति बोर्ड अतिरिक्त चार मिनट लगभग 66 घंटे मशीन समय है। यह उस समय की तुलना में नगण्य है जो आप फिक्सचर के मशीनिंग के लिए सप्ताहों तक इंतजार करेंगे। हालांकि, फ्लाइंग प्रोब की एक स्पष्ट सीमा है: यह मुख्य रूप से एक संरचनात्मक परीक्षण है। यह जांचता है कि पार्ट्स मौजूद हैं और सोल्डर जॉइंट्स जुड़े हुए हैं। यह आमतौर पर बोर्ड को पावर अप करके फर्मवेयर से बात नहीं कर सकता क्योंकि यह सभी पावर और डेटा पिन्स को एक साथ कनेक्ट नहीं रख सकता। यह आपको बताता है कि बॉडी असेंबल है, लेकिन दिमाग जीवित है या नहीं, यह नहीं।

फंक्शनल टेस्ट: क्या यह वास्तव में बूट होता है?

यह कम मात्रा वाले हार्डवेयर के लिए एक महत्वपूर्ण समझ को मजबूर करता है: फंक्शनल टेस्ट (FCT) कवरेज अक्सर संरचनात्मक कवरेज से अधिक मूल्यवान होता है। आपके पास ऐसा बोर्ड हो सकता है जहाँ हर सोल्डर जॉइंट परफेक्ट हो, हर रेसिस्टर 10k ओम मापता हो, और बोर्ड फिर भी काम करने में विफल हो क्योंकि क्रिस्टल ऑस्सीलेटर की आवृत्ति गलत है या फ्लैश मेमोरी टाइम आउट हो रही है।

“घोस्ट इन द फ्लक्स” घटना पर विचार करें। एक बैच के बोर्ड फील्ड में कभी-कभी फेल हो रहे थे, जिससे परेशानी हो रही थी। संरचनात्मक परीक्षण हर एक यूनिट पास कर गया। पता चला कि कॉन्ट्रैक्ट मैन्युफैक्चरर एक विशेष “नो-क्लीन” फ्लक्स का उपयोग कर रहा था जो उच्च आर्द्रता (जैसे 90% एक गैर-क्लाइमेट-कंट्रोल्ड वेयरहाउस में) में थोड़ा चालक बन जाता था। कोई भी प्रतिरोध माप इसे पकड़ नहीं सकता था। केवल एक फंक्शनल स्ट्रेस टेस्ट—पावर अप करके और चलाकर—फेलियर पकड़ पाया।

आपको “मैन्युफैक्चरिंग टेस्ट” को “सर्टिफिकेशन” से अलग करना होगा। ग्राहक अक्सर घबराते हैं और पूछते हैं कि क्या फंक्शनल टेस्ट FCC या UL अनुपालन को कवर करता है। यह नहीं करता। अनुपालन एक कानूनी जांच है जो एक विशेष लैब द्वारा एक बार की जाती है। मैन्युफैक्चरिंग फंक्शनल टेस्ट हर यूनिट पर की जाने वाली अस्तित्व जांच है: क्या यह बूट होता है? क्या यह बात कर सकता है? क्या रेल स्थिर हैं? 2,000 यूनिट के रन के लिए, यह जानना कि आपका डिवाइस बूट होता है और USB के माध्यम से संचार करता है, R204 के ठीक 1% सहिष्णुता के भीतर होने से अनंत अधिक मूल्यवान है।

रणनीति: फर्मवेयर मुफ्त है, एल्यूमिनियम महंगा है

कम मात्रा वाले उत्पादन के लिए स्मार्ट रणनीति को-डिज़ाइन है। आप महंगे एल्यूमीनियम फिक्सचर को मुफ्त फर्मवेयर से बदल देते हैं। यह कुछ ऐसा नहीं है जिसे डिज़ाइन पूरा होने के बाद जोड़ा जा सके; यह स्कीमैटिक में होना चाहिए।

आपको अपने डिवाइस में एक “फैक्टरी मोड” डिज़ाइन करना होगा। यह एक विशेष फर्मवेयर स्थिति है जो एक भौतिक क्रिया से ट्रिगर होती है—GPIO पिन को लो करना, बूट के दौरान एक बटन दबाए रखना, या UART के माध्यम से एक विशिष्ट कमांड प्राप्त करना। जब बोर्ड इस मोड में जागता है, तो इसे उपयोगकर्ता का इंतजार नहीं करना चाहिए; इसे तुरंत सेल्फ-टेस्ट चलाना चाहिए। यह अपने आंतरिक रेल्स की जांच करता है, एक्सेलेरोमीटर को पिंग करता है कि क्या यह प्रतिक्रिया देता है, EEPROM से लिखने और पढ़ने की कोशिश करता है, और फिर परिणाम रिपोर्ट करता है।

भौतिक रूप से, यह सरल है। आपको $50k रैक की आवश्यकता नहीं है। आपको एक USB केबल, डिबग हेडर के लिए एक सरल पोगो-पिन क्लैंप (यहाँ टैग-कनेक्ट जीवनरक्षक है), और एक लैपटॉप चाहिए जो एक पायथन स्क्रिप्ट चला रहा हो। यदि आप फैंसी होना चाहते हैं, तो रास्पबेरी पाई का उपयोग करें। ऑपरेटर इसे प्लग करता है, स्क्रिप्ट फर्मवेयर से “I am alive” संदेश सुनती है, और सीरियल नंबर को एक Google शीट में लॉग करती है। कुल हार्डवेयर लागत: $200। कुल NRE: आपके फर्मवेयर इंजीनियर के एक सप्ताह का समय।

लेकिन आपको इसके “भौतिकता” के बारे में कठोर होना होगा। यदि आप USB पोर्ट को एक ब्रैकेट के पीछे छिपाते हैं, या यदि डिबग हेडर बैटरी के नीचे दबा हुआ है, तो आपने प्रक्रिया को तोड़ दिया है। मैं आपको पायथन कोड लिखना नहीं सिखाने वाला—यह सामान्य गृहकार्य है—लेकिन मैं आपको बताऊंगा कि यदि आप बोर्ड के किनारे उन परीक्षण बिंदुओं को उजागर नहीं करते हैं, तो आप बाद में एक्स-रे पर पैसा खर्च करने का विकल्प चुन रहे हैं।

लूप में इंसान

“लाइट्स आउट मैन्युफैक्चरिंग” की तकनीकी आशावादी संस्थापकों के बीच एक स्थायी कल्पना है—एक ऐसी फैक्ट्री जहाँ रोबोट सब कुछ करते हैं। वास्तविकता में, 3,000 यूनिट की रन के लिए, एक मानव ऑपरेटर हमेशा रोबोट आर्म से सस्ता होता है। आपकी परीक्षण रणनीति एक ऐसे मानव के लिए डिज़ाइन की जानी चाहिए जो थका हुआ, ऊब चुका हो, और छह घंटे से केबल प्लग कर रहा हो।

यदि आपका परीक्षण ऑपरेटर से बारह अलग-अलग कनेक्टर मैन्युअल रूप से प्लग करने की मांग करता है, तो आप विफलता की गारंटी दे रहे हैं। मैंने ऐसी लाइनों को देखा है जहाँ ऑपरेटर, पुनरावृत्ति से थककर, DB9 कनेक्टर को कोण पर जबरदस्ती डालने लगे, जिससे बोर्ड-साइड हेडर क्षतिग्रस्त हो गए। बोर्ड #50 तक, “परीक्षण” वास्तव में उत्पाद को नष्ट कर रहा था।

मानव हाथ के लिए डिज़ाइन करें। ऐसे कीडेड कनेक्टर का उपयोग करें जिन्हें उल्टा प्लग नहीं किया जा सकता। बारकोड स्कैनर का उपयोग करें ताकि उन्हें सीरियल नंबर टाइप न करना पड़े। और सबसे महत्वपूर्ण, परीक्षण शुरू करने के लिए आवश्यक भौतिक क्रियाओं को न्यूनतम करें। आदर्श रूप से, वे एक केबल प्लग करते हैं, और परीक्षण स्वचालित रूप से शुरू हो जाता है। यदि उन्हें स्क्रीन पर “स्टार्ट” क्लिक करना पड़ता है, तो वे अंततः इसे क्लिक करना भूल जाएंगे या दो बार क्लिक कर देंगे।

“एस्केप की लागत” का निर्णय

यह जोखिम की एक ठंडी गणना है। हम इसे “एस्केप की लागत” कहते हैं। यदि आप एक पूर्ण ICT फिक्सचर पर $50,000 खर्च करते हैं, तो आप 99.9% दोष पकड़ सकते हैं। यदि आप एक स्मार्ट फंक्शनल टेस्ट सेटअप पर $2,000 खर्च करते हैं, तो आप 99.0% पकड़ सकते हैं।

क्या वह 0.9% का अंतर $48,000 के लायक है? यदि आप पेसमेकर बना रहे हैं, तो हाँ। यदि आप उपभोक्ता IoT गैजेट बना रहे हैं जहाँ फील्ड फेल्योर का मतलब केवल $50 में एक प्रतिस्थापन यूनिट भेजना है, तो बिल्कुल नहीं। सैद्धांतिक पूर्णता की खोज में अपनी उत्पादन रन को दिवालिया न होने दें। परीक्षण को कोड में डिज़ाइन करें, मानव ऑपरेटर का सम्मान करें, और हार्डवेयर भेजें।