製品のサービスが行いやすくなるよう設計を最適化する方法

十分に準備を整えたつもりで何かに立ち向かったところ、何をすべきか全くわからないという感情を味わったという経験はあるでしょうか? 残念なことに、私は思い出したくないほど数多くこのような経験をしています。特に、サービスを行いやすくなるように製品を設計する、または修理を考えて設計を開始したときに、頻繁にこのような経験をしました。サービスを行いやすくなるように製品を設計すべきかどうかを決定する前に、考慮すべき多くの要因が存在し、その現実性について十分な時間をかけて考慮する必要があります。最終的に、修理を考えて設計を行うことを決定した場合、製品のサービスとトラブルシューティングが簡単になるような機能を含める必要があります。私は初期の設計ミスから、サービスを行いやすくなるよう設計を最適化する方法を学びました。いくつかの役に立つヒントをここで紹介しましょう。

1. 視覚的なインジケーターを追加する

オンサイトで電子機器のサービスを行うのは、サポートチームの手に余ることがあります。特に、誤動作が重要な動作の遅延を引き起こしている場合にはその傾向が強くなります。いくつかの視覚的なインジケーター、例えばLEDやLCDを的確に配置すると、サポートチームが問題を迅速に特定するのに役立ちます。LEDを使用して、基板に電力が供給されていること、マイクロコントローラが動作していること、基板がデータを正しく送受信していることなどを表示できます。

2. PCBにラベル付けする

技術サポートチームに最新の回路図を渡しておいたとしても、基板上のコンポーネントに正しくラベル付けしておかなければ、正しい部品を探すために多くの時間を費やすことになります。コンポーネントへモジュールに応じて割り当てを行うシステムを使用し、正しいコンポーネントのとなりにシルクスクリーンラベルが配置されていることを確認します。また、基板接続へのワイヤのデジグネータの横に、意味のあるラベルを追加します。「PC」などのラベルを使用すると、そのコネクタがPCに接続されていることを技術者が容易に認識できます。さらに、受信ワイヤ接続で極性が重要な場合、「+」や「-」などの極性サインを追加することも適切です。

3. エラーのログ出力機能の実装

複雑な組み込みシステムを設計するとき、エラーのログ出力を無視することはできません。ほとんどの場合、ラボでのテストで見逃された問題やバグは、現場で追跡するのが困難です。これらの問題は多くの場合、変数の組み合わせによってトリガされ、簡単に再現できません。さらに悪いことに、サポートチームが問題に取り組もうとしたときには、システムは既にリセットされている可能性があります。最低でも、EEPROM（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）やフラッシュなどの不揮発性メモリを使用する、基本的なエラーのログ出力機構を設計に組み込む必要があります。エラーコードだけでも、問題のトラブルシューティング時には大きく役立ち、問題点を憶測で探すよりはるかに便利です。

ハードウェアやソフトウェアのバグを探し回るより、エラーが発生したときにログ出力するほうが便利です。

4. ファームウェアを簡単に更新できること

これは実際にはファームウェア技術者の担当範囲ですが、試作段階の後でもデバッグ用のピンを残しておくと、設計チームは、バグを見つけるために最良の方法と思われるときに、現場で診断テストコードを実行でき、また現場でファームウェアの更新を実行できます。さらに洗練された方法では、microSDカード回路を追加すると、ファームウェアの最新バージョンが記録されたカードを挿入するだけで、ファームウェアのアップグレードが可能です。

5. プラグ接続可能なコネクタの使用

多くの場合、問題を特定する最良の方法は、他の可能性を分離して除外することです。PCBに数十ものデジタル入力が接続されており、どれに問題があるのか明らかでない場合、系統的なテストを行う必要があります。プラグ接続可能なコネクタを使用すると、技術者はワイヤを1つずつ取り付けたり取り外したりするのに時間を費やすことなく、すぐに接続を外すことができます。

6. コンポーネントをICソケットに取り付ける

オプトカプラーやシリアル通信チップなど、特定のコンポーネントが依然としてPDIP（Plastic Dual In Line）パッケージで取り付けられているのには理由があります。落雷にさらされるワイヤにPCBが接続されているようなアプリケーションでは、そのワイヤと接触する最初のコンポーネントが、多くの場合に落雷によって焼けることになります。このため、PDIPパッケージを選択し、コンポーネントをICソケットに取り付けることで、損傷を受けたコンポーネントを交換するために取り外し、半田の除去、再半田付けを行う時間を節約できます。

サージを受けやすいコンポーネントにはICソケットを使用します。
 

7. コンポーネントが正しく配置されていることを確認する

コンポーネントの正しい配置は、経験を積んだ技術者にとっては直感的に明らかと思えるかもしれませんが、経験の浅い技術者が最初のPCBを設計するときには適切なアドバイスが必要です。これによって、技術サポートで、個々のコンポーネントを簡単に識別できます。また、コンポーネントを基板全体に分散させるのは多くの場合、設計方針として不適切です。同じモジュールに属するコネクタはグループ化するようにします。例えば、オプトカプラー入力用のコネクタは全てシーケンスとしてまとめ、その後にリレー出力を置くようにします。同様に、電源モジュール用のコンポーネントは全て1つの領域に配置し、1つ2つの部品をアナログ領域に配置するようなことは避けます。

PCBの配線を開始する前に、サービスが行いやすいよう設計されていることをチェックしましょう。AltiumのCircuitStudioなどのプロフェッショナルなPCBソフトウェアは、サービスが行いやすい製品の設計を開始するとき役立ちます。

修理を考えた設計についてのご質問は、Altiumの専門家にお問い合わせください。