Les avantages d'un rack pour un établi toujours bien rangé

Les personnes qui ne travaillent pas dans le domaine de l'ingénierie voient bien souvent la zone de travail de l'ingénieur de conception typique comme un espace chaotique. Des cartes à circuit imprimé et des boîtiers sont éparpillés un peu au hasard partout sur l'établi, avec un amas de câbles pour connecter le tout. Même s'il existe de nombreux prototypes d'établis pour les tests assez bien rangés et bien organisés, cette vision chaotique comporte bel et bien une part de vérité, en particulier avec la progression du cycle de développement.

Pourquoi règne-t-il une telle pagaille sur les établis ? Comme pour presque toutes les questions liées à l'ingénierie, il n'existe pas de réponse unique. J'exprime ici mon avis d'ancien ingénieur de terrain ayant également rendu visite à des dizaines d'ingénieurs en électronique dans leur atelier, en plein travail sur des projets avancés. Tôt ou tard, le prototype d'établi finit par être en pagaille, malgré toutes les bonnes intentions de l'équipe de conception qui souhaitait éviter ce désordre (Figure 1).

Figure 1 : Certains établis d'ingénierie sont relativement bien rangés, avec seulement quelques cartes à circuit imprimé, compteurs, autres instruments et câbles de test. (Source de l'image : Wikipédia)

Diverses raisons expliquent ce désordre : de plus en plus d'instruments et de câbles de test sont nécessaires, des installations temporaires et improvisées sont utilisées pour simuler les entrées et les conditions de fonctionnement, des blocs-batteries plus volumineux sont ajoutés pour augmenter la durée des tests, et les documents (fiches techniques, manuels de l'utilisateur, notes manuscrites, rappels et avertissements « NE PAS TOUCHER ») s'accumulent.

Le désordre nuit-il au développement de produits ?

Ce désordre entraîne-t-il l'inefficacité du développement de produits, du débogage et de l'évaluation ? Les réponses à cette question vont de « clairement » à « ce n'est pas un problème pour moi », et il existe des exemples qui viennent appuyer l'ensemble de ces affirmations.

Prenons par exemple l'établi super-encombré et pourtant très productif du regretté Jim Williams, brillant ingénieur en électronique analogique chez Linear Technology Corp., qui fait maintenant partie d'Analog Devices (Figure 2). Après son décès prématuré en 2011, son établi légendaire a été présenté (exactement tel qu'il l'avait laissé) lors d'une exposition spéciale en 2012 au musée de l'histoire de l'ordinateur à Mountain View, en Californie¹.

Figure 2 : Jim Williams, le légendaire génie de la conception de circuits analogiques, assis à son célèbre établi hyper-encombré chez Linear Technology Corp. (Source de l'image : Mercury News)

Il n'a eu de cesse de développer des circuits et des systèmes innovants en travaillant sur son établi qui ressemblait davantage à la cachette d'un collectionneur compulsif de composants et instruments aléatoires. Lorsque je lui ai rendu visite quelques mois avant son décès, Jim m'a fait un clin d'œil malicieux en m'expliquant que ce désordre faisait partie de sa manière de travailler et qu'il décourageait aussi ses collègues de lui emprunter « temporairement » ses équipements de test.

Cependant, l'établi de Jim était sans doute l'exception qui confirme la règle : pour la plupart des ingénieurs et des projets, une zone de travail bien rangée (sans que cela tourne à l'obsession) devient une nécessité plutôt qu'une préférence. Avec les fréquences toujours plus élevées des circuits même les plus modestes, comme les convertisseurs à découpage CC/CC 2 mégahertz (MHz) et les circuits RF multi-gigahertz, le fait d'avoir des fils et des connecteurs en suspension à mi-hauteur entraîne des problèmes à toutes les phases du prototypage et à l'étape du montage d'essai.

Il existe une solution simple

Rien de mieux que de résoudre un problème grâce à une solution simple, sans complications et technologiquement rudimentaire. Dans le cas d'un établi en pagaille, cette solution existe : le rack de 19 pouces.

L'utilisation de racks en ingénierie n'a évidemment rien d'une nouveauté. Ils sont par exemple souvent utilisés pour les grands équipements de test automatisés (ATE). Presque tous les instruments comme les oscilloscopes, les générateurs de formes d'ondes et les analyseurs de spectre peuvent être montés directement en rack ou peuvent l'être avec l'ajout d'un modeste kit d'extension.

Et pourtant, j'ai rarement vu ces instruments montés en rack sur les établis des ingénieurs. Plusieurs raisons peuvent expliquer cette absence. Elle peut être due au fait que le désordre ne peut qu'augmenter, au fait qu'un rack puisse envoyer un message subliminal et prématuré à la direction, laissant croire que le projet est presque terminé, ou encore au fait que l'utilisation d'un rack à proximité nécessite d'innombrables câbles entre le rack et le prototype en cours d'évaluation, ce qui est souvent gênant.

Mais différents types et différentes configurations de racks sont disponibles pour répondre à ces inquiétudes. Il existe par exemple le rack à double châssis à usage intensif de 86 pouces/218 cm de haut comme le rack pleine hauteur C2F197823LG1 de Hammond Manufacturing (Figure 3).

Figure 3 : Ce rack de 19 pouces pleine hauteur à double châssis peut permettre aux concepteurs de retirer de nombreux équipements de test de leur établi. (Source de l'image : Hammond Manufacturing)

Il existe aussi des unités à châssis simple pour un poids de charge totale plus léger, comme le RR-1264-BT de Bud Industries qui est presque aussi haut que le C2F197823LG1 (70 pouces/178 cm) et qui permet d'accéder un peu plus facilement à l'avant et à l'arrière de son contenu (Figure 4).

Figure 4 : Un rack pleine hauteur à châssis simple permet également de désencombrer l'établi tout en offrant un accès facile à l'avant et à l'arrière des unités qui y sont montées. (Source de l'image : Bud Industries)

Ces racks pleine hauteur à poser au sol peuvent être de trop pour le développement sur table, mais il existe une alternative intéressante : un rack plus court, de 11 pouces/28 cm de haut, comme le RCHV1900817BK1 de Hammond Manufacturing, qui peut être disposé au bout de l'établi plutôt qu'à côté (Figure 5).

Figure 5 : Même un modeste rack de 11 pouces/28 cm de haut placé directement au bout de l'établi peut permettre de réduire le désordre et ainsi encourager la discipline. (Source de l'image : Hammond Manufacturing)

Les racks ne servent pas non plus uniquement au montage d'unités d'instrumentation proposées par les fournisseurs. Il y a de nombreuses années, j'ai participé à la conception d'un contrôleur pour un grand châssis de test électromécanique qui comportait plusieurs interrupteurs montés sur châssis. Ces derniers se déclenchaient lorsque l'excursion du piston dépassait une valeur définie. Pour les tests initiaux, nous devions émuler la fermeture de l'interrupteur de fin de course, mais nous ne voulions pas alimenter un vrai châssis.

Nous avons trouvé une solution simple. L'un des ingénieurs de l'équipe avait en sa possession un ensemble d'interrupteurs à levier radio, provenant d'un surplus militaire, mesurant environ 18 cm de large et 6 cm de haut (Figure 6). Nous avons utilisé ces interrupteurs (au basculement le plus fluide que j'aie jamais vu) pour permettre à l'ingénieur logiciel d'initier facilement un événement d'interrupteur de fin de course en restant devant son clavier, et l'installation a fonctionné à la perfection.

Figure 6 : Cet ensemble d'interrupteurs à levier provenant d'un surplus militaire a été utilisé pour simuler l'action d'interrupteurs de fin de course sur un châssis de charge lors du processus de développement de produits. (Source de l'image : Bill Schweber)

Cependant, au fur et à mesure de l'avancement du projet, il y avait de plus en plus d'instruments, de câbles, d'alimentations et d'équipements sur l'établi. L'ensemble d'interrupteurs à levier a vite disparu au milieu de tous ces composants. La solution a été simple : nous avons placé un rack de table de 19 pouces au bout de l'établi et avons demandé à notre atelier de fabrication en interne de nous fabriquer un panneau de rack étroit avec une découpe pour accueillir l'ensemble d'interrupteurs à levier, pour qu'il ait ainsi un emplacement fixe. Nous avons même exploité davantage le nouveau rack en y installant quelques autres petits instruments, et nous avons ajouté quelques étagères pleine largeur afin d'avoir de la place pour les petites cartes dont le montage en rack n'était pas évident. Résultat : une meilleure efficacité, moins d'erreurs stupides et moins de disparitions de composants quand nous avions le dos tourné !

Cette histoire de rack comporte une notion de longévité. Le rack de 19 pouces tel que nous le connaissons aujourd'hui a été développé il y a une centaine d'années, d'après l'article Wikipédia très bien rédigé intitulé « Rack 19 pouces ». Même si les articles Wikipédia ne sont pas forcément définitifs ou ne sont pas toujours parfaitement exacts, ils constituent souvent un bon point de départ. Celui-ci fait référence à un article de 1922 intitulé « Telephone Equipment for Long Cable Circuits » et publié dans le vénérable Bell System Technical Journal, qui a été numérisé et qui est disponible sur Internet Archive, ce qui permet de consulter la logique et les spécificités du développement du rack directement dans la source première.

Notez que dans la première moitié du 20^e siècle, la position sur le marché et l'expertise technique de Bell Telephone System quant à la conception, à la fabrication, à la recherche et à l'installation étaient telles que l'entreprise pouvait se permettre de définir des normes industrielles de facto, ce qu'elle a d'ailleurs fait à maintes reprises.

Si votre acquisition initiale d'instruments et d'équipements n'incluait pas de kit de montage en rack, cela vaut quand même la peine d'y réfléchir à mesure de l'avancée de votre projet. Même un bloc d'alimentation compact de base peut migrer de l'établi vers un rack à proximité. Par exemple, la série PLS600 de blocs d'alimentation de table de XP Power peut facilement être montée en rack à l'aide du kit de montage en rack PLS600 proposé par le fournisseur et qui prend en charge l'installation de deux de ces blocs d'alimentation côte à côte (Figure 7).

Figure 7 : Le kit de montage en rack PLS600 de XP Power facilite l'installation d'une unité PLS600 simple ou de deux unités côte à côte dans un rack à châssis standard. (Source de l'image : XP Power)

Ne laissez pas l'esprit d'Einstein compromettre votre productivité

Vous avez peut-être déjà vu le « brillant » adage attribué à Albert Einstein sur un poster semblable à celui de la Figure 8.

Figure 8 : « Si un bureau encombré évoque un esprit encombré, que penser d'un bureau vide ? ». Cette citation attribuée à Albert Einstein ne s'applique pas forcément à la conception de produits, au développement et au débogage. (Source de l'image : Quora)

Cet adage s'applique peut-être à la physique supérieure, mais il ne concerne pas les ingénieurs à leur établi. L'excellent livre intitulé « Debugging: The 9 Indispensable Rules of Finding Even the Most Elusive Software and Hardware Problems » (Figure 9) l'explique à merveille. Cet ouvrage indispensable signé David J. Agans détaille les nombreux avantages d'un espace de travail bien organisé avec des documents clairs, afin de savoir ce que vous avez fait et ce qu'il vous reste à faire.

Figure 9 : Le débogage figure parmi les compétences techniques les plus difficiles à maîtriser, et ce livre constitue une ressource très précieuse quant aux stratégiques et tactiques à adopter pour le débogage matériel et logiciel. (Source de l'image : Amazon)

Une seule mauvaise expérience suffit à vous faire perdre des heures, des jours voire des semaines à essayer de trouver et de réparer un bug au milieu d'un établi inefficace et trompeur, ou à chercher pour finalement découvrir que le problème venait la configuration de test et non pas du prototype. Pour résumer clairement : un établi bien organisé est un allié de taille, et un rack rudimentaire peut vous aider dans cette voie.

Référence

1 – Mercury News, « Jim Williams' workbench captures his life and Silicon Valley »

https://www.mercurynews.com/2011/11/17/cassidy-jim-williams-workbench-captures-his-life-and-silicon-valley/