박스 빌드 현실 점검: CAD가 거짓말하고 케이블이 고장날 때

5만 대 생산이 중단될 때 생산 현장에는 특정한 침묵이 찾아온다. 이는 소프트웨어 버그나 부품 부족 때문이 아니다. 이것은 "밴조 스트링"—힌지 포인트를 가로질러 너무 꽉 조여진 하네스로, 모델에서는 완벽해 보이지만 실제 환경에서는 보드에서 납땜 패드를 끊어버리는 것이다.

CAD 환경에서는 케이블이 순응하는 무질량 실린더로 스플라인 곡선을 충실히 따랐다. 조립 라인에서는 같은 전선 다발이 장력 하에 있는 단단한 기계용 스프링이다. 작업자는 커넥터를 헤더에 억지로 끼워 넣어 첫 번째 진동 테스트에서 연결이 파손될 정도로 접합부에 적당한 스트레스를 미리 가해야 했다.

디지털 트윈과 물리적 현실 사이의 이 불일치가 대부분 박스 빌드 통합이 실패하는 지점이다. 우리는 전선을 단순히 전기 전도체, 즉 물리적 경로가 필요한 회로도상의 선으로 취급한다. 하지만 벤치 프로토타입에서 대량 생산 인클로저로 넘어가면 전선은 더 이상 단순한 도체가 아니다. 질량, 강성, 굽힘 반경 한계, 그리고 작업 경화라는 골칫거리를 가진 기계 부품이다. 라우팅 전략이 설계 마지막 주에 뒤늦게 고려된다면 결과는 거의 항상 급한 개조, 불량품 더미, 또는 더 나쁜 경우 절연이 결국 닳아 없어지는 6개월 후 현장 고장이다.

“고스트” 와이어의 물리학

근본적인 오류는 유연한 재료 시뮬레이션을 신뢰하는 데 있다. CAD 소프트웨어는 강체 관리에 뛰어나다—알루미늄 인클로저, PCB 스탠드오프, 히트 싱크는 집어 들 때 모양이 변하지 않는다. 전선은 다르다. 3D 모델에서 6가닥 18AWG 도체 다발을 라우팅할 때 소프트웨어는 날카로운 90도 코너를 즉시 돌 수 있게 한다. 재료에 기억력이 없다고 가정한다. 실제로 그 다발은 스스로 펴지려 싸우며 연결된 곳에 지속적이고 낮은 수준의 토크를 가한다.

그 연결이 JST PH나 Molex Micro-Fit 같은 표면 실장 헤더라면 그 토크가 납땜 접합부로 직접 전달된다. 구리는 조작될 때 작업 경화된다. 기술자가 박스에 맞추기 위해 케이블을 구부릴 때마다 전선은 더 단단하고 부서지기 쉬워진다. 설계가 "서비스 루프"—전선이 이완할 수 있게 하는 여분의 느슨함—를 고려하지 않으면 장력은 결국 이긴다. 납땜이 갈라지거나 헤더가 패드에서 완전히 떨어져 나간다.

디자이너들은 종종 박스를 "깔끔하게" 보이게 하려고 정확한 밀리미터 단위로 맞춘 맞춤형 케이블을 주문해 이 문제를 해결하려 한다. 신제품 도입(NPI) 단계에서는 보통 실수다. 여유가 전혀 없는 맞춤 케이블은 조립에서 허용 오차가 전혀 없어야 한다. 조립자가 약간 다르게 라우팅하거나 공급업체가 5mm 짧게 자르면 케이블이 구조적 장력 부재가 된다. 표준 길이에 계획된 서비스 루프를 사용해 이러한 변동을 흡수하는 것이 훨씬 안전하고 종종 더 저렴하다. 타이트한 드럼 스킨이 아니라 느슨한 맞춤을 원한다.

신뢰성에 대한 경험 법칙은 간단하다: 케이블은 절대 커넥터를 당기면 안 된다. 변형 완화는 반드시 전에 종단부에서 일어나야 한다. 커넥터를 뽑았을 때 전선이 2인치 튕겨 나오면 실패 메커니즘을 설계한 것이다.

너클 테스트

전선 자체의 물리학을 넘어서, 설치하는 사람의 손 물리학도 고려해야 한다. 우리는 종종 커넥터가 립 아래 깊숙이 숨겨져 있거나 히트 싱크와 측벽 사이에 묻혀 있는 인클로저를 본다. 디자이너는 마우스와 스크롤 휠로 쉽게 확대, 회전하고 맞춤 명령을 클릭할 수 있다. 어두운 서버실 사다리에 서 있는 현장 서비스 기술자는 그런 여유가 없다.

크기 Large 안전 장갑을 낀 기술자를 시각화해 보십시오. 그들이 손가락 마디가 날카로운 PCB 모서리나 고전압 커패시터에 닿지 않고 섀시 내 가장 깊은 커넥터에 도달할 수 있습니까? 손가락이 맞지 않아 니들 노즈 플라이어를 사용해 커넥터 하우징을 잡아야 한다면, 설계는 실패한 것입니다. 플라이어는 플라스틱 하우징을 압착합니다. 미끄러져 절연체를 긁습니다. 표준 내부 커넥터를 분리하는 데 도구가 필요하다면, 그것은 서비스 가능한 설계가 아니라 위험 요소입니다.

우리는 배터리 커넥터가 너무 깊숙이 묻혀 있어 기술자들이 선을 잡아당겨 분리하던 휴대용 진단 도구 리콜 사례를 보았습니다. 크림프는 처음 몇 사이클 동안은 견뎠지만 결국 선 가닥이 피로해져 절연체 안에서 끊어졌습니다. 장치는 간헐적으로 전원이 켜져 육안으로는 보이지 않는 문제로 수시간의 문제 해결이 필요했습니다. 해결책은 더 나은 크림프가 아니라 인간 엄지가 래치에 닿을 수 있도록 커넥터를 10밀리미터 왼쪽으로 옮기는 것이었습니다.

엔트로피와 앵커

케이블이 어디로 가는지 명확히 정의하지 않으면 중력과 진동이 대신 결정합니다. 이것이 결정론적 라우팅의 원칙입니다. 자유롭게 떠다니는 하니스는 결국 박스 내 가장 뜨거운 부품에 닿거나 섀시의 가장 날카로운 모서리에 쓸리게 됩니다.

저용량 생산에서 가장 흔한 실패는 접착식 케이블 타이 마운트에 의존하는 것입니다. 이들은 빠르고 저렴하며 첫날에는 전문적으로 보입니다. 하지만 산업용 인클로저 내부에서는 온도가 변동합니다. 접착제가 반복적으로 건조되고 결국 실패합니다. 2년 후 마운트가 떨어지고 하니스가 팬 블레이드나 고전압 레일에 떨어집니다. 보증 기간 이상 사용할 장비에는 기계적 고정이 필수입니다. 이는 나사 고정 P-클립, 새들 클램프 또는 Panduit 같은 강성 와이어 덕트를 의미합니다.

접착제도 용도가 있지만 구조적 고정에는 거의 사용되지 않습니다. 우리는 종종 프로토타입이 핫글루나 RTV 실리콘 덩어리로 붙여진 것을 봅니다. 이것은 아마추어 마인드셋의 특징입니다. 핫글루는 매끄러운 커넥터 하우징에 신뢰성 있게 접착되지 않으며, 표준 RTV는 접촉부를 부식시킬 수 있는 아세트산을 방출합니다 [[VERIFY]]. 라우팅 문제를 해결하려고 글루건을 사용하려는 유혹이 있다면 멈추십시오. 기계적 제약이 필요합니다—성형 채널, 클립 또는 섀시 지점에 고정된 지퍼 타이.

적절한 앵커가 있어도 “압착” 위험을 존중해야 합니다. 고장력으로 설정된 지퍼 타이 건은 26AWG 신호선의 절연체를 압착하여 쉴딩과 단락을 일으키거나 데이터 스트림을 끊을 수 있습니다. 우리는 종종 “압착 지점” 보호를 위해 맞춤형 Kapton 쉴드나 나선형 랩을 설계에 추가해야 합니다. 이는 인클로저 클램셸이 선을 위한 전용 채널 없이 설계되었기 때문입니다. 케이스를 나사로 조였을 때 선이 이음새에 끼었습니다. 라우팅이 결정론적이지 않고 선을 안전 구역으로 강제하는 특정 채널이 없다면, 그것은 설계가 아니라 희망사항입니다.

현장 호출의 비용

$0.05 P-클립이나 약간 더 큰 인클로저를 보고 비용 절감을 주장하는 것은 쉽습니다. “공기는 공짜”라는 논리로 “왜 더 큰 박스에 비용을 지불하느냐”고 말합니다. 하지만 단일 현장 실패 비용을 고려하면 계산은 즉시 달라집니다.

$0.10 커넥터가 흔들려 느슨해져 제어 장치를 교체하기 위해 기술자를 고객 현장에 보내는 비용은 산업에 따라 $500에서 $5,000까지 다양합니다 [[VERIFY]]. 그 단일 서비스 호출이 전체 생산 라인의 스트레인 릴리프 비용 절감을 모두 없애버립니다. 제품이 “불안정하다”는 인식으로 인한 평판 손상 비용은 더 큽니다.

라우팅은 미적 선택이 아닙니다. 내부를 게임용 PC처럼 빗질한 케이블과 RGB 슬리빙으로 꾸미는 것이 아닙니다. 이는 열 팽창, 진동, 인간 취급의 가혹한 현실을 견디도록 전기 연결의 신뢰성을 보장하기 위한 규율입니다. 하니스가 사후 생각이라면 제품은 프로토타입입니다. 진정한 생산 통합은 선에서 시작됩니다.