İlk bakışta arıza şarj cihazının kendisindeymiş gibi görünüyordu. Fakat birkaç ölçüm sonunda bizi 470 µF'lik sıradan bir elektrolitik kondansatörden 1950'lerin Japon kalite devrimine kadar götüren güzel bir hikâye çıktı.
Boşta 12 volt, yükte kaos
CHEUF'un harici adaptörü 12 V / 600 mA. İlk yapılacak şey doğal olarak adaptörü ölçmekti. Multimetreyle boşta ölçtüğümde çıkış gayet normaldi:
Adaptör nominal çıkışı : 12 V / 600 mA Boşta ölçülen çıkış : ~12 V
Dolayısıyla adaptör ilk bakışta sağlam görünüyordu. Fakat anahtarlamalı güç kaynaklarında boşta doğru gerilim görmek pek bir şey kanıtlamıyor. Kurumuş veya ESR değeri yükselmiş bir çıkış kondansatörü nedeniyle güç kaynağı yüksüzken 12 V gösterebilir, fakat birkaç yüz miliamper çekildiği anda regülasyon bozulabilir.
Bunu ayırmanın en kolay yolu şarj cihazını laboratuvar güç kaynağıyla beslemekti. 12 V verdiğimde CHEUF tamamen normal çalıştı.
2 adet pil ile giriş akımı : ~250 mA 4 adet pil ile giriş akımı : ~550 mA Besleme : 12 V
Bu ölçüm önemliydi. Dört pil takıldığında cihaz yaklaşık 550 mA çekiyordu; yani 600 mA nominal adaptör kapasitesinin oldukça yakınına çıkıyordu. Laboratuvar kaynağında cihazın düzgün çalışması, şarj elektroniğini büyük ölçüde temize çıkarırken adaptörü doğrudan şüpheli durumuna getiriyordu.
Adaptörü açınca suçlu zaten elini kaldırmıştı
Adaptörü açınca fazla ölçüm yapmaya gerek kalmadı. Sekonder taraftaki 470 µF elektrolitik kondansatör gözle görülecek kadar şişmişti. Üstteki emniyet yarığı dışarı doğru kubbeleşmişti. Kondansatör resmen "buradayım" diyordu.
Arızanın davranışı da buna tam uyuyordu. Kondansatörün kapasitesi düşmüş veya ESR değeri yükselmişse çıkış filtresi artık yük değişimlerini karşılayamaz. CHEUF çalışmaya başlar, şarj devresi akım çekmeye başlar, 12 V hattı çöker, kontrol elektroniği reset olur. Reset olunca yük ortadan kalkar, adaptörün çıkışı tekrar yükselir ve cihaz yeniden çalışmaya teşebbüs eder.
CHEUF çalışır
│
▼
Akım yükselir
│
▼
Adaptör çıkışı çöker
│
▼
MCU reset olur
│
▼
Yük azalır
│
▼
12 V geri gelir
│
└──────────────► tekrar
Ekranın sürekli açılıp kapanmasının nedeni buydu.
470 µF / 25 V ve cihaz tekrar hayatta
Eski kondansatörün yerine 470 µF / 25 V bir elektrolitik taktım. Kapasiteyi değiştirmedim; gerilim dayanımını ise 25 V seçtim. Fiziksel ölçüler uygunsa 12 V'luk bir hatta 25 V sınıfı kondansatör kullanmanın herhangi bir sakıncası yok.
Sonuç oldukça antiklimaktikti: adaptör düzeldi, CHEUF dört pille normal şekilde çalışmaya başladı.
Yani LCD, mikrodenetleyici, şarj kontrol elektroniği, güç transistörleri ve cihazın geri kalanı sağlamdı. Koca ürünün çalışmasını engelleyen şey tek bir elektrolitik kondansatördü.
İşte hikâyenin daha ilginç kısmı burada başlıyor.
Birkaç sentlik komponent neden bütün ürünü öldürüyor?
Bir tüketici elektroniği ürününü açıp üzerinde tanınmayan bir üreticinin elektrolitik kondansatörünü görmek artık şaşırtıcı değil. Fakat ürünün üzerinde Energizer gibi dünya çapında bilinen bir marka olduğunda insan ister istemez şu soruyu soruyor:
470 µF'lik kondansatörde birkaç sent tasarruf etmek gerçekten buna değer mi?
Burada hemen "planlı eskitme" sonucuna atlamak doğru olmaz. Bir üreticinin cihazı belirli bir tarihte bozulsun diye bilinçli olarak zayıf komponent seçtiğini söylemek için bundan çok daha fazla kanıt gerekir.
Fakat modern seri üretimde başka ve daha sıradan bir mekanizma var: minimum şartnameyi minimum maliyetle karşılayan BOM.
Büyük marka ürünü doğrudan kendi fabrikasında üretmek zorunda değil. Tasarım ve üretim bir OEM veya ODM firmasına yaptırılabilir. Şartnamede çıkış gerilimi, akım, güvenlik standartları, sıcaklık sınırları, garanti hedefi ve maliyet belirtilir. Eğer marka özellikle "şu üreticinin şu serisi kullanılacak" demiyorsa, fason üretici doğal olarak teknik şartları geçen daha ucuz komponentlere yönelebilir.
Bir kondansatörde 10 veya 20 cent önemsiz görünebilir. Bir milyon cihazda ise:
$0.10 × 1.000.000 = $100.000 $0.20 × 1.000.000 = $200.000
Satın alma departmanının Excel tablosunda bu tasarruf gayet görünürdür. Buna karşılık daha iyi kondansatör sayesinde cihazların sekiz veya on yıl sonra daha az bozulmasının şirkete sağlayacağı değer aynı tabloda kolay kolay görünmez.
Problem tam olarak burada ortaya çıkıyor. Mühendislik açısından soru:
Bu devreyi ne kadar güvenilir yapabiliriz?
iken finansal optimizasyon açısından soru kolaylıkla şuna dönüşebiliyor:
Şartnameyi ve garanti süresini geçen en ucuz tasarım hangisi?
İki soru birbirine benziyor ama aynı şey değil.
Peki 1980'lerin Japon cihazları neden farklı görünüyor?
1980'lerden veya 1990'ların başından kalma bir Sony, Panasonic, Pioneer, JVC, NEC veya Toshiba cihazını açınca elektronikle ilgilenen insanların sık fark ettiği bir şey var: kullanılan parçaların önemli bölümü bugün "premium" diye ayrıca aradığımız üreticilerden geliyor.
Nichicon, Nippon Chemi-Con, Rubycon, ELNA ve Matsushita elektrolitikler; Alps potansiyometreler ve anahtarlar; Omron röleler; Murata ve TDK pasifler... Bunlar dönemin Japon elektronik endüstrisinin kendi tedarik ekosisteminin parçalarıydı.
Bunun nedenlerinden biri Japon elektronik sektörünün son derece güçlü ve kısmen dikey entegre olmasıydı. Matsushita yalnızca televizyon veya müzik seti yapan bir şirket değildi; komponentlerden pillere kadar geniş bir üretim ekosistemine sahipti. NEC, Toshiba, Sony, Sanyo ve diğer büyük üreticiler de yarıiletken ve komponent tarafında önemli kabiliyetlere sahipti.
Dolayısıyla kaliteli Japon komponenti kullanmak, bugünkü bir ODM'nin katalogdan pahalı bir "premium alternatif" seçmesine her zaman benzemiyordu. Bu parçalar zaten yerel endüstriyel ekosistemin içindeydi.
Derating: 16 V çalışıyorsa neden 25 V kullanalım?
Eski cihazlarda görülen bir başka tasarım alışkanlığı da derating, yani komponenti katalogdaki maksimum sınırına dayamadan kullanmaktır.
Örneğin 12 V'luk bir hatta 16 V elektrolitik teknik olarak kullanılabilir:
12 V / 16 V = 0,75 Komponent nominal gerilim sınırının %75'inde çalışıyor.
Bu tek başına kötü tasarım anlamına gelmez. Elektrolitik kondansatörün ömrünü gerilimden başka sıcaklık, ripple akımı, ESR, seri özellikleri ve güç kaynağının gerçek çalışma koşulları da belirler. Ancak maliyet ve fiziksel hacim izin veriyorsa 25 V sınıfı kullanmak daha fazla gerilim marjı sağlar.
Aynı düşünce dirençte, transistörde, diyotta ve diğer komponentlerde de uygulanabilir. 0,25 W'lık direnci sürekli 0,24 W'ta çalıştırmamak; 100 V'luk transistöre sürekli 98 V darbe bindirmemek gibi.
Eski Japon cihazlarında bazen devreyi incelerken "Bunun burada bu kadar yüksek değerli olmasına ne gerek var?" dedirten parçaların bir kısmı tam olarak bu mühendislik marjının sonucudur.
Ve burada W. Edwards Deming çıkıyor karşımıza
Japon kalite kültürünün hikâyesinde ilginç bir isim var: William Edwards Deming. Daha da ilginci, Deming Japon değil Amerikalı bir istatistikçiydi.
Deming 1950 yılında Japanese Union of Scientists and Engineers, yani JUSE tarafından Japonya'ya davet edildi. Mühendislere, yöneticilere ve araştırmacılara istatistiksel kalite kontrol yöntemleri üzerine dersler verdi. 1951'de JUSE onun katkılarını onurlandırmak ve kalite çalışmalarını teşvik etmek amacıyla Deming Prize'ı kurdu.
Buradaki temel fikirlerden biri son derece güçlüydü: kalite, üretim hattının sonunda kötü ürünleri ayıklamak değildir.
Diyelim ki bir fabrika 100.000 kondansatör üretiyor ve son kontrolde 2.000 tanesinin hatalı olduğunu buluyor. Klasik yaklaşım bu 2.000 parçayı ayırıp kalanları göndermektir.
İstatistiksel proses kontrolünün sorduğu daha önemli soru ise şudur:
Bu 2.000 parçayı hatalı üreten süreç neden böyle davranıyor?
Sıcaklık mı değişiyor? Elektrolit miktarı mı dağılıyor? Makine ayarı mı kayıyor? Hammadde partileri arasında fark mı var? Operasyonun varyansı nereden geliyor?
Amaç yalnızca hatayı yakalamak değil, hatayı üreten sistemi değiştirmek.
Kalite kontrol departmanının işi değildir
Deming'in yaklaşımının daha radikal tarafı kaliteyi yalnızca üretim hattındaki QC departmanına bırakmamasıydı. Tasarım, yönetim, tedarikçi ilişkileri, proses ve organizasyon birlikte ele alınmalıydı.
Japonya'da bu yaklaşım zamanla TQC/TQM uygulamaları ve kalite çemberleri gibi yöntemlerle daha geniş bir endüstriyel kültüre dönüştü. JUSE'nin kalite çemberleri tarihçesine göre üretim sahasındaki QC-circle hareketi 1962'de kurumsal biçimde örgütlenmeye başladı.
Bu bakış açısından maliyet azaltmanın yolu yalnızca:
470 µF kondansatör → 12 cent daha ucuz olanı kullan
değildir.
Mühendislik yoluyla maliyet azaltmak çok daha geniş bir alan açar:
PCB'deki parça sayısını azalt Montaj operasyonlarını azalt Fire oranını düşür Test süresini kısalt Ortak komponent kullanımını artır Mekanik parçaları sadeleştir Proses varyasyonunu azalt Arıza ve garanti dönüşlerini azalt
Yani maliyeti düşürürken ürünün kritik komponentlerini aşağı doğru tıraşlamak zorunda değilsiniz. Hatta iyi mühendisliğin ilginç tarafı, bazen ürünü hem daha ucuz hem daha güvenilir yapabilmesidir.
Japonları da romantikleştirmemek gerekiyor
Buradan "1980'lerde Japonlar kusursuz cihaz yapıyordu" sonucu çıkarmak da doğru değil. Eski Japon elektroniklerini tamir eden herkes bazı kronik problemleri bilir.
Özellikle bazı dönemlerin SMD elektrolitik kondansatörleri bugün ciddi sızıntı problemleri çıkarabiliyor. Bazı cihazlarda kullanılan yapıştırıcılar yaşlandıkça korozif veya iletken hale gelebiliyor. Plastik dişliler çatlıyor, kayışlar eriyor, optik mekanizmalar yaşlanıyor.
Yani mesele Japon mühendislerinin hata yapmaması değildi.
Asıl farklardan biri, ürünün uzun vadeli güvenilirliğinin marka değerinin bir parçası olarak görülmesiydi.
On yıl çalışan cihaz reklamın kendisiydi
1980'lerde Sony, Panasonic veya Pioneer gibi markaların rekabet avantajlarından biri kalite algısıydı. Bir tüketici 1984'te aldığı televizyonu 1994'te hâlâ kullanıyorsa bunun zihnindeki karşılığı basitti:
Bu marka sağlam yapıyor.
Bu deneyim bir sonraki televizyonun, müzik setinin veya video cihazının satışına katkıda bulunuyordu. Uzun ürün ömrü yalnızca tüketiciye verilmiş fazladan bir hediye değildi; markanın itibarı için çalışan uzun vadeli bir reklamdı.
Bugünkü şirket yönetiminde ise BOM'dan çıkarılan 20 cent hemen ölçülebilirken, on yıl sonra hâlâ çalışan bir cihazın marka değerine katkısını aynı kesinlikle Excel hücresine yazmak çok daha zordur.
Satın alma masasında biraz mühendislik gerekebilir
Bu yüzden teknik satın alma yalnızca fiyat karşılaştırması olmamalı. Satın alma kararında en azından şu soruların cevabı bilinmeli:
Bu komponent devrede ne yapıyor? Çalışma sıcaklığı ne? Ripple akımı ne kadar? ESR sınırı önemli mi? Arızalandığında yalnız kendisi mi gider? Arızası bütün ürünü kullanılamaz mı yapar? Daha iyi parçanın gerçek maliyet farkı ne? Bu fark ürünün toplam maliyetinin yüzde kaçı?
Her yere en pahalı komponenti koymak mühendislik değildir. Gereksiz overengineering de maliyet, hacim ve enerji açısından kötü tasarım olabilir.
Ama kritik noktadaki birkaç sentlik komponentin bütün cihazın ömrünü belirlemesine izin vermek de iyi optimizasyon değildir.
Tekrar o 470 µF'ye dönelim
Masadaki Energizer CHEUF şimdi tekrar çalışıyor. Adaptörün içindeki tek bir kondansatörü değiştirmek yeterli oldu:
Arıza : Yük altında adaptörün çökmesi
Belirti : LCD'nin sürekli açılıp kapanması
Adaptör : 12 V / 600 mA
CHEUF akımı : 2 pilde ~250 mA
4 pilde ~550 mA
Arızalı parça: 470 µF elektrolitik
Yeni parça : 470 µF / 25 V
Sonuç : Normal çalışma
Elektronik tamirinin sevdiğim taraflarından biri de bu. Bazen küçük bir arızayı takip etmeye başlıyorsunuz ve devre size ürünün nasıl tasarlandığını, hangi maliyet kararlarının verildiğini ve hatta onu üreten endüstrinin kültürünü anlatmaya başlıyor.
Bu kez hikâye AA pil şarj cihazıyla başladı. Sonunda 1950'de Japonya'ya gidip istatistiksel kalite kontrolü anlatan Amerikalı bir istatistikçiye kadar ulaştı.
Ve bütün yolu açan şey, adaptörün köşesinde şişip bizi bekleyen 470 µF'lik bir kondansatördü.
Kaynak notu: W. Edwards Deming'in 1950'de JUSE davetiyle Japonya'da kalite kontrol dersleri vermesi ve Deming Prize'ın 1951'de kurulmasına ilişkin tarihsel bilgiler JUSE ve W. Edwards Deming Institute arşivleri esas alınarak kontrol edilmiştir.
Kaynaklar:
JUSE — Deming Prize / History of the Deming Prize
W. Edwards Deming Institute — Deming Timeline
JUSE — QC Circle History
