“गोल्डन यूनिट” एक मिथक है: PCBA संशोधन ड्रिफ्ट को रोकना

हार्डवेयर विकास में सबसे खतरनाक क्षण तब नहीं होता जब प्रोटोटाइप विफल हो जाता है। यह तब होता है जब प्रोटोटाइप पूरी तरह से काम करता है, टीम जश्न मनाती है, और डिज़ाइन को मात्रा उत्पादन के लिए निर्माण को सौंप दिया जाता है।

छह महीने बाद, फील्ड रिटर्न आना शुरू हो जाते हैं। डिवाइस यादृच्छिक रूप से रीसेट हो रहे हैं, सेंसर डेटा 4% से विचलित हो रहा है, या बैटरी को पकड़ने वाला चिपकने वाला ठंडे मौसम में भंगुर हो गया है। इंजीनियरिंग टीम कोड में बग या लेआउट में त्रुटि खोजने के लिए भागमभाग करती है, लेकिन फाइलें नहीं बदली हैं। स्कीमैटिक समान है। गर्बर फाइलें समान हैं।

उत्पाद बदला क्योंकि दस्तावेज़ीकरण ने इसे अनुमति दी।

यह "संशोधन विचलन" है—मौन एंट्रॉपी जो हर बार नया खरीद आदेश कटने पर हार्डवेयर उत्पाद को खराब करती है। "कार्यात्मक प्रोटोटाइप" और "उत्पादन इकाई" के बीच की खाई में उन स्टार्टअप्स का विशाल कब्रिस्तान है जिन्होंने माना कि स्कीमैटिक पर्याप्त है। ऐसा नहीं है। स्कीमैटिक एक तार्किक इरादा है; बिल्ड पैकेज एक कानूनी और भौतिक परिभाषा है। जब दस्तावेज़ीकरण ढीला होता है, तो आपूर्ति श्रृंखला सबसे सस्ते उपलब्ध भौतिक घटकों से अंतर भर देती है। एक कॉन्ट्रैक्ट निर्माता (CM) जो "10k रेसिस्टर, 0402" जैसे सामान्य निर्देश का सामना करता है, वह अपनी मार्जिन अधिकतम करने वाला कमोडिटी पार्ट खरीदेगा, न कि उस विशिष्ट मुराता घटक को जिसके थर्मल गुण आपके डिज़ाइन पर निर्भर थे।

स्वीकृत विक्रेता सूची (AVL) उत्पाद है

बिल्ड पैकेज में सबसे महत्वपूर्ण दस्तावेज़ स्कीमैटिक या लेआउट फाइल नहीं है—यह बिल ऑफ मटेरियल्स (BOM) है, विशेष रूप से स्वीकृत विक्रेता सूची (AVL) कॉलम।

कई इंजीनियरिंग टीमें, विशेष रूप से जो एजाइल प्रोटोटाइपिंग से उत्पादन की ओर बढ़ रही हैं, BOM को केवल सामग्री की एक सरल सूची के रूप में देखती हैं: "10uF कैपेसिटर," "STM32 माइक्रोकंट्रोलर," "USB कनेक्टर।" यह तरीका लैब में काम करता है क्योंकि इंजीनियर स्वयं DigiKey या Mouser से पार्ट्स ऑर्डर कर रहा होता है, अवचेतन रूप से उच्च गुणवत्ता वाले ब्रांड चुनता है। लेकिन जब वह सूची शेनझेन या ग्वाडालाजारा में एक खरीद एजेंट को दी जाती है, तो "10uF कैपेसिटर" का अर्थ हो जाता है "जो भी सबसे सस्ता हो और पैड्स पर फिट हो।"

यहाँ "कार्यात्मक रूप से समकक्ष" आपदा छिपी है। एक सामान्य सिरैमिक कैपेसिटर प्रोटोटाइप में उपयोग किए गए उच्च-स्तरीय भाग की कैपेसिटेंस और वोल्टेज रेटिंग से मेल खा सकता है, लेकिन इसका DC बायस डेरैटिंग कर्व बहुत अलग हो सकता है। लोड के तहत, वह सामान्य भाग अपनी रेटेड कैपेसिटेंस का 30% तक गिर सकता है, जिससे पावर रेल अस्थिरता होती है जो बिल्कुल फर्मवेयर बग जैसी दिखती है।

या "मानक" USB कनेक्टर के मामले पर विचार करें। प्रोटोटाइप में गोल्ड-प्लेटेड संपर्कों वाला मोलैक्स पार्ट इस्तेमाल हुआ था। उत्पादन रन में बारह सेंट बचाने के लिए एक सामान्य क्लोन का उपयोग किया जाता है। पचास इनसर्शन चक्रों के बाद, संपर्क प्रतिरोध बढ़ जाता है, और डिवाइस चार्ज होना बंद कर देता है। CM ने कुछ "गलत" नहीं किया—उन्होंने वह कनेक्टर खरीदा जो अस्पष्ट विवरण से मेल खाता था। विफलता दस्तावेज़ीकरण की विशिष्टता की कमी में थी।

इसे रोकने के लिए, BOM को विवरणों की सूची से निर्माता पार्ट नंबर (MPNs) की सूची में विकसित होना चाहिए। हर एक लाइन आइटम स्पष्ट रूप से बताना चाहिए कि कौन से विशिष्ट निर्माता पार्ट्स की अनुमति है। यही AVL है। यह कहता है: "आप मुराता GRM155R60J106ME15D या सैमसंग CL05A106MQ5NUNC खरीद सकते हैं। आप कुछ और नहीं खरीद सकते।" यह भौतिक वास्तविकता का नियंत्रण खरीद विभाग से इंजीनियरिंग को वापस स्थानांतरित करता है।

सप्लाई चेन अस्थिर है, और हम वर्तमान में एक ऐसे युग में जी रहे हैं जहाँ कमी सामान्य है। एक AVL को एक ही स्रोत तक सीमित करना लाइन-डाउन की स्थिति के लिए एक नुस्खा है जहाँ उत्पादन $0.05 चिप की कमी के कारण रुक जाता है। अनुशासन एक परफेक्ट पार्ट खोजने का नहीं है; बल्कि दो या तीन विकल्पों को मान्य करने का है। पहले जब संकट आता है। डिज़ाइन चरण के दौरान SiliconExpert या Octopart Pro जैसे उपकरणों का उपयोग करें ताकि ऐसे पार्ट्स मिल सकें जिनके जीवनचक्र और विनिर्देश मेल खाते हों।

यदि “नकली पार्ट” की चिंता टीम को केवल शीर्ष स्तरीय वितरकों से खरीदने के लिए प्रेरित कर रही है, तो याद रखें कि AVL नकली सामानों के खिलाफ प्राथमिक रक्षा भी है। एक विशिष्ट MPN को अनिवार्य करके और विक्रेता से प्रमाणपत्र (CoC) की मांग करके, ग्रे मार्केट CM के लिए एक कठिन रास्ता बन जाता है।

जांच केवल “स्मार्ट” पार्ट्स तक सीमित नहीं होनी चाहिए। माइक्रोकंट्रोलर पर ध्यान केंद्रित करना आसान है और गोंद को भूल जाना भी। उच्च कंपन वाले वातावरणों—ऑटोमोटिव या औद्योगिक रोबोटिक्स—में चिपकने वाले, सोल्डर पेस्ट, और फ्लक्स जैसे उपभोग्य इंजीनियरिंग घटक होते हैं। यदि बिल्ड डॉक कहता है “चिपकने वाले से सुरक्षित करें,” तो लाइन ऑपरेटर उस दिन गन में जो भी हॉट मेल्ट होगा, उसका उपयोग करेगा। यदि वह हॉट मेल्ट -40°C पर भंगुर हो जाता है, तो भारी कैपेसिटर पहले सर्दियों की ठंड में बोर्ड से टूट जाएंगे। BOM में “Loctite 382” और क्यूरिंग प्रोफाइल निर्दिष्ट होना चाहिए। यदि यह BOM में नहीं है, तो यह उत्पाद में नहीं है।

एक तस्वीर हजार गलत अनुमान रोकती है

पाठ अस्पष्ट है; ज्यामिति निश्चित है। संशोधन में बड़ी मात्रा में विचलन असेंबली फ्लोर से आता है, जहाँ पिक-एंड-प्लेस मशीन प्रोग्राम करने वाला तकनीशियन या हैंड-सोल्डरिंग करने वाला ऑपरेटर उस भाषा में पारंगत नहीं हो सकता जिसमें दस्तावेज़ लिखा गया है। वे दृश्य संकेतों पर निर्भर करते हैं। यदि संकेत गायब हैं, तो वे अनुमान लगाते हैं। और वे अक्सर “मानक उद्योग अभ्यास” के आधार पर अनुमान लगाते हैं, जो एक कस्टम डिज़ाइन की विशिष्ट आवश्यकताओं के सीधे विरोधाभास में हो सकता है।

QFN (Quad Flat No-leads) पैकेज पर विचार करें। यह एक वर्गाकार चिप है। भौतिक चिप पर “पिन 1” संकेतक एक छोटा लेजर-इच्ड डॉट होता है। PCB पर फुटप्रिंट आमतौर पर सिल्कस्क्रीन पर एक डॉट होता है। लेकिन यदि वह सिल्कस्क्रीन चिप बॉडी द्वारा ढका हुआ है, या यदि CM की लाइब्रेरी में “मानक” फुटप्रिंट डिज़ाइनर के कस्टम फुटप्रिंट की तुलना में 90 डिग्री घुमाया गया है, तो मशीन पार्ट को गलत जगह पर रखेगी। हजारों बोर्ड मुख्य प्रोसेसर के 90 डिग्री घुमाव के साथ populated हो सकते हैं।

रिफ्लो ओवन से पहले इसे पकड़ने का एकमात्र तरीका एक स्पष्ट, अस्पष्टता रहित असेंबली ड्राइंग है।

यह दस्तावेज़ बोर्ड का एक दृश्य मानचित्र होना चाहिए, जो CAD डेटा से उत्पन्न हो, स्पष्ट, रंग-कोडित ओवरले के साथ। इसे हर ध्रुवीकृत घटक—डायोड, इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर, IC, और कनेक्टर—की अभिविन्यास स्पष्ट रूप से दिखानी चाहिए। Gerber फाइलों में “कोर्टयार्ड” लेयर पर भरोसा न करें; वह मशीन के लिए है, मानव के लिए नहीं। एक PDF बनाएं जिसे प्रिंट करके निरीक्षण स्टेशन पर लटकाया जाएगा। यदि किसी कनेक्टर को बोर्ड के किनारे के साथ फ्लश होना है, तो “फ्लश” कैसा दिखता है इसका साइड-प्रोफाइल फोटो शामिल करें। यदि सिलिकॉन की एक बूंद किसी विशिष्ट पिन को कवर करनी है, तो उस पिन के चारों ओर एक बॉक्स बनाएं। मान लें कि पाठक तेजी से काम करना चाहता है और उसने डिवाइस पहले कभी नहीं देखा है।

अदृश्य घटक: फर्मवेयर और कॉन्फ़िग

हार्डवेयर इंजीनियर अक्सर फर्मवेयर को एक अलग ब्रह्मांड के रूप में देखते हैं, लेकिन फैक्ट्री के लिए, बाइनरी बस एक और पार्ट है जिसे बोर्ड पर रखा जाना है।

फील्ड फेल्योर का एक सामान्य स्रोत “मिडनाइट फ्लैश” है—जहाँ एक शुभचिंतक डेवलपर बग ठीक करने के लिए फर्मवेयर फाइल को साझा फ़ोल्डर में अपडेट करता है, यह अनजान रहते हुए कि फैक्ट्री उसी लिंक से पहले से मान्य बिल्ड के लिए कोड ले रही है। फैक्ट्री नया, अप्रयुक्त कोड फ्लैश करती है। इसमें एक डिबग फ्लैग होता है जो रूट शेल को खुला छोड़ देता है, या यह सेंसर पोलिंग दर बदल देता है जो बैटरी जीवन को खत्म कर देता है।

फर्मवेयर बाइनरी को रेसिस्टर जितनी कठोरता से माना जाना चाहिए। इसे एक पार्ट नंबर होना चाहिए। इसे हैश किया जाना चाहिए (SHA-256)। बिल्ड निर्देशों को “Latest_Production_FW” जैसे डायनामिक फ़ोल्डर से लिंक नहीं करना चाहिए; उन्हें एक स्थिर, संस्करणित आर्टिफैक्ट से लिंक करना चाहिए। निर्देशों में स्पष्ट रूप से लिखा होना चाहिए: “फ्लैश बाइनरी fw_v1.2.4_release.hex, चेकसम a1b2..."। यदि फर्मवेयर को बदलने की आवश्यकता होती है, तो इसके लिए एक इंजीनियरिंग चेंज ऑर्डर (ECO) की जरूरत होती है, ठीक वैसे ही जैसे कैपेसिटर को बदलना। यह "ड्राइव-बाय" सॉफ़्टवेयर अपडेट्स से बिल्ड की सुरक्षा करता है जिन्हें हार्डवेयर पर रिग्रेशन टेस्ट नहीं किया गया है।

"6-महीने की भूल" मानक

एक बिल्ड पैकेज का अंतिम परीक्षण "6-महीने की भूल परीक्षण" है। कल्पना करें कि पूरी वर्तमान इंजीनियरिंग टीम कल ही छोड़ देती है। छह महीने बाद, एक नया उत्पादन रन आदेशित किया जाता है। नई टीम ने कभी उत्पाद नहीं देखा। फैक्ट्री टीम भी बदल चुकी है। केवल दस्तावेज़ीकरण पैकेज मौजूद है। क्या वे यूनिट को सही तरीके से बना पाएंगे?

यदि प्रक्रिया किसी विशेष तकनीशियन बॉब पर निर्भर करती है कि "आपको टेस्ट फिक्सचर को हिलाना होगा," तो प्रक्रिया टूट चुकी है। यदि BOM तीन महीने पहले भेजे गए ईमेल पर निर्भर करता है जिसमें कहा गया है "अभी के लिए सैमसंग पार्ट का उपयोग करें," तो प्रक्रिया टूट चुकी है। संशोधन नियंत्रण केवल फाइलों को व्यवस्थित रखने के बारे में नहीं है; यह एक फोरेंसिक इतिहास है। AVL में हर बदलाव, असेंबली ड्राइंग में हर संशोधन को एक औपचारिक ECO में कैप्चर किया जाना चाहिए जो दस्तावेज़ीकरण के साथ रहता है। यह नौकरशाही नहीं है; यह समय की अव्यवस्था के खिलाफ एकमात्र बीमा नीति है।

संशोधन को लॉक करना

लचीलापन के लिए एक समय होता है, और लॉकडाउन के लिए एक समय होता है। प्रोटोटाइप चरण (Rev A/B) में, गति प्राथमिकता होती है। आप पार्ट्स उड़ाकर लाते हैं, हैंड-सोल्डर रीवर्क करते हैं, इसे काम करते हैं। लेकिन जब डिजाइन Rev C में जाता है और "प्रोडक्शन" झंडा उठता है, तो मानसिकता सृजन से रक्षा की ओर बदलनी चाहिए।

"गोल्डन यूनिट"—जो परफेक्ट सैंपल लैब बेंच पर बैठा होता है—केवल तब मूल्यवान होता है जब इसका DNA दस्तावेज़ीकरण में पूरी तरह अनुक्रमित हो।

CM पर "इसे समझो" पर निर्भर होना बंद करें। यह भरोसा करना बंद करें कि "मानक" ऑस्टिन में और शेनझेन में एक ही मतलब रखता है। पैकेज को इस तरह बनाएं जैसे यह एक कानूनी रक्षा हो, क्योंकि जब यील्ड 50% तक गिरती है या फील्ड रिटर्न्स बढ़ने लगते हैं, तो वही दस्तावेज़ीकरण यह साबित करेगा कि विफलता खराब डिजाइन की थी या खराब बिल्ड की। संशोधन को लॉक करें, AVL को परिभाषित करें, और दस्तावेज़ीकरण को उत्पाद के रूप में मानें।