Merancang ulang rangkaian InGauge USB versi 2.1 hingga lulus pengujian CE/FCC dalam proyek ITAP NSTDA

Latar belakang permasalahan

Tantangan dalam kasus ini adalah membuat setiap InGauge USB yang dikirim ke pelanggan bekerja stabil dan lulus pengujian CE/FCC. InGauge USB adalah perangkat yang menerima nilai dari alat ukur digital, seperti jangka sorong digital, lalu mengirimkannya ke komputer atau tablet melalui kabel USB sebagai HID (Human Interface Device — perangkat yang dikenali komputer sebagai keyboard). Dengan demikian, nilai hasil ukur dapat langsung masuk ke kolom di program tanpa perlu dicatat di kertas.

Versi pertama (V1.0) harus disolder dan dikabeli pada papan sirkuit per unit. Beberapa unit tidak dapat mengambil nilai dari jangka sorong digital atau salah membaca sinyal dari foot switch. Unit yang salah rakit harus dibuang, dan sirkuitnya belum dirancang untuk mendukung standar CE/FCC, yang kami targetkan dapat dipenuhi sebelum perangkat dikirim ke pelanggan.

Persyaratan dan batasan

Versi baru harus dapat menjalankan seluruh fungsi lama InGauge USB dan harus memperbaiki kelemahan versi pertama dalam kerangka waktu proyek. Persyaratan dan batasan utamanya adalah sebagai berikut.

• Menerima nilai dari alat ukur digital, lalu mengirimkannya ke komputer melalui USB HID seperti mengetik dari keyboard.
• Mendukung foot switch melalui konektor XLR agar karyawan dapat menginjaknya untuk memerintahkan pengiriman nilai.
• Merancang sirkuit agar mendukung pengujian CE dan FCC.
• Prototipe harus diuji dalam kondisi suhu dan kelembapan tinggi sebelum diproduksi.
• Mengurangi pekerjaan yang membutuhkan tenaga terampil, karena versi pertama harus disolder dan dikabeli per unit.
• Diselesaikan dalam durasi proyek 6 bulan (20 Juli 2020 – 20 Januari 2021).

Mengapa kami merancang sirkuit baru, bukan memperbaiki unit lama satu per satu

Kami merancang sirkuit baru karena analisis versi lama menemukan bahwa titik kesalahannya ada pada cara produksi. Penyolderan dan pengabelan per unit membutuhkan tenaga terampil, dan penyambungan banyak kabel membuat kesalahan mudah terjadi. Karena itu, papan sirkuit cetak (PCB) yang tiba dalam keadaan sudah dirakit dari produsen menghilangkan pekerjaan penyolderan dan pengabelan manual dari proses kami.

Kami tidak mengubah fungsi perangkat, melainkan membenahi sirkuit, cara produksi, dan cara pengujian. Sirkuit proteksi terhadap listrik statis, arus balik, dan hubung singkat dimasukkan sejak tahap desain agar sirkuit mendukung pengujian CE/FCC. Tim kami menulis ulang firmware kontrol berdasarkan State Diagram (diagram status kerja).

Pembagian tugas dalam pekerjaan ini jelas. Pakar konsultan dalam proyek menangani analisis dan desain sirkuit, sedangkan tim kami menangani firmware, kotak, dan proses produksi.

Hasil serah terima

Saat proyek ditutup, kami memiliki InGauge USB versi 2.1 beserta prosedur produksi dan pengujian untuk produksi versi ini. Daftar utamanya adalah sebagai berikut.

• Sirkuit dan PCB baru yang tiba dalam keadaan sudah dirakit dari produsen, dilengkapi sirkuit proteksi terhadap listrik statis, arus balik, dan hubung singkat
• Kotak aluminium yang kami rancang dan kami pesan pembuatannya
• Firmware kontrol berdasarkan State Diagram yang telah diuji di lokasi kerja nyata
• Prosedur pemeriksaan penerimaan sirkuit sebelum perakitan, disertai pencatatan hasil uji sebagai berkas digital
• Label nama kabel dan manual yang dilampiri klip video contoh untuk setiap tahap
• Hasil pengujian CE dan FCC dari laboratorium pengujian eksternal

Bagaimana InGauge USB versi 2.1 berkembang dari proyek menjadi produk

Kami mengembangkan versi 2.1 secara berurutan, mulai dari mencari penyebab, merancang sirkuit, menguji prototipe, menyusun proses produksi, hingga mengirim untuk pengujian CE/FCC. Setelah proyek ditutup, versi yang lulus pengujian ini dikembangkan lebih lanjut menjadi produk InGauge yang kami jual dan sewakan.

1. 1

   Mencari penyebab masalah pada versi lama

   Mencari penyebab dari cara produksi versi lama.

2. 2

   Merancang sirkuit dan PCB baru

   Merancang sirkuit dan PCB baru sesuai penyebab yang ditemukan.

3. 3

   Menguji prototipe dan membuat kotak aluminium

   Menguji prototipe dalam kondisi suhu dan kelembapan tinggi, lalu membuat kotak.

4. 4

   Mengembangkan firmware dan menyusun prosedur pemeriksaan penerimaan

   Menulis firmware, mengujinya di lokasi kerja nyata, dan menyusun prosedur pemeriksaan penerimaan.

5. 5

   Mengirim untuk pengujian CE dan FCC

   Mengirim unit ke laboratorium pengujian eksternal untuk pengujian CE/FCC.

Penggunaan nyata setelah proyek dapat dilihat pada kasus penyewaan dan penjualan InGauge USB untuk bagian QC pabrik, yang menggunakan InGauge USB versi 2.1.

Hasil yang dapat dikonfirmasi dari laporan ringkasan hasil proyek

Menurut laporan ringkasan hasil proyek, InGauge USB versi 2.1 lulus pengujian CE dan FCC dan membutuhkan waktu perakitan dan pengujian 15–25 menit per unit, dari sebelumnya 75–90 menit pada versi V1.0. Pekerjaan ini menggunakan 1 karyawan, dari sebelumnya 2 orang, dan unit yang lulus pengujian meningkat dari sekitar 75 persen menjadi lebih dari 99 persen.

Waktu 15–25 menit hanya menghitung perakitan dan pengujian di perusahaan, karena papan sirkuit tiba dalam keadaan sudah dirakit dari produsen. Angka di bagian ini adalah nilai yang kami catat dan laporkan sendiri kepada proyek.

WALTEK Testing Group di Shenzhen menguji versi 2.1 sesuai standar CE (EN 55032 / EN 55035) dan FCC Part 15 Subpart B. Laporan juga mengonfirmasi bahwa versi ini dapat digunakan bersama alat ukur digital dari 2 merek, yaitu Mitutoyo dan Teclock.

Pelajaran yang kita dapatkan

Pekerjaan ini memberikan prinsip untuk pengembangan perangkat elektronik yang harus diproduksi berulang dalam banyak unit.

• Benahi cara produksi sebelum menambah pemeriksaan. Jika kesalahan berasal dari penyolderan dan pengabelan manual, merancang agar papan sirkuit tiba dalam keadaan sudah dirakit dari produsen akan menghilangkan titik kesalahan itu dari proses.
• Standar yang harus dipenuhi adalah persyaratan desain, bukan tahap terakhir. Versi pertama tidak dirancang untuk mendukung CE/FCC, sehingga pada versi 2.1 sirkuit proteksi terhadap listrik statis, arus balik, dan hubung singkat sudah ada dalam desain sejak awal.
• Prosedur produksi harus dapat diajarkan kepada orang lain. Pemeriksaan penerimaan yang mencatat hasil sebagai berkas digital, label nama kabel, dan klip video contoh dalam manual membuat kualitas tidak bergantung pada segelintir orang terampil.

Cara menerapkan pendekatan ini pada pekerjaan Anda

Jika Anda sedang mengembangkan perangkat elektronik yang harus diproduksi berulang, Anda dapat menggunakan urutan kerja yang sama dengan kasus ini, yaitu mencari penyebab dari cara produksi, merancang sirkuit agar mendukung standar yang harus dipenuhi, lalu menyusun prosedur pemeriksaan penerimaan yang dapat mencatat hasil. Yang perlu disesuaikan adalah standar dan kondisi penggunaan perangkat Anda.

Jika Anda akan menggunakan InGauge di lini produksi

Jika Anda hendak membeli atau menyewa InGauge dan tidak mengembangkan perangkat sendiri, periksa hal-hal berikut sebelum memutuskan.

• Merek dan model alat ukur yang digunakan. Laporan proyek mencatat pengujian dengan Mitutoyo dan Teclock; sub-model lain sebaiknya dicoba koneksinya terlebih dahulu dalam penggunaan nyata.
• Program tujuan yang akan menerima nilai, seperti Excel, sistem QC yang ada, atau aplikasi InQC di tablet, karena InGauge mengirim nilai seperti mengetik dari keyboard.
• Jenis pekerjaan pengukuran, apakah memerlukan foot switch atau tidak, serta jumlah titik ukur yang perlu dipasangi perangkat.
• Beli putus atau sewa. InGauge tersedia dalam bentuk pembelian putus maupun sewa bulanan. Lihat harga di halaman produk.