Jak stworzyć doskonałe stanowisko pracy dla inżyniera?

W niniejszym artykule pokazane zostały typowe narzędzia i sprzęt, które można znaleźć na takim stanowisku pracy. Omówione zostały podstawowe cechy techniczne i użytkowe, na które warto zwrócić uwagę podczas wybierania i kupowania, bo rynek ma w tym zakresie dla inżynierów wiele ciekawych propozycji.

Stół roboczy

Najważniejszą częścią stanowiska jest bezsprzecznie stół roboczy. Musi on mieć wielkość zapewniającą komfortową pracę i pozwalającą na umieszczenie całej aparatury. Istotna jest też głębokość pozwalająca wygodnie pracować nie tylko z płytą drukowaną, ale także na położenie klawiatury i myszki.

W praktyce zawsze brakuje miejsca, dlatego warto z góry dodać ok. 30% do każdego wymiaru, który w pierwszym przybliżeniu wydaje się wystarczający: 180×75 cm to wcale nie jest dużo.

Stół roboczy może mieć prostą konstrukcję podobną do biurka, te bardziej zaawansowane rozwiązania mają dodatkową półkę na aparaturę na wysokości oczu, oświetlenie oraz gniazda zasilające do podłączenia urządzeń. Bardziej zaawansowane konstrukcje mają możliwość kompozycji poprzez dodawanie elementów konstrukcyjnych: dodatkowych półek, podnóżka oraz zapewniają możliwość regulacji wysokości dla zapewnienia komfortu.

Stół roboczy powinien mieć zamontowane gniazda zasilające umożliwiające wygodne podłączenie zasilacza, oscyloskopu i innych urządzeń. Ważne jest, aby gniazdek było wiele i nie trzeba było korzystać z dodatkowych przedłużaczy, aby można było wyłączyć jednym przełącznikiem całość urządzeń oraz aby gniazdka miały wbudowane zabezpieczenia i sygnalizację obecności napięcia. Za minimum należy uznać 6 gniazdek sieciowych.

Zabezpieczenie antystatyczne

Wrażliwość urządzeń elektronicznych na przepięcia i wyładowania elektrostatyczne cały czas się zwiększa. Z tego powodu ochrona antystatyczna jest integralną częścią stanowiska pracy i czymś co absolutnie jest zawsze wyłączone z kompromisu jakościowego.

Za absolutne minimum uznaje się matę antystatyczną na podłodze pod fotelem oraz podkładkę antystatyczną na biurku, gdzie trzymany jest badany układ. Elementy te muszą być uziemione a stół powinien zapewnić możliwość dołączenia do uziemienia innych ważnych elementów, np. grotu lutownicy, opaski itp.

Bardziej zaawansowane konstrukcje stołów mają antystatyczny blat odporny na przypalanie lutownicą i zabrudzenia oraz pozwalają na łatwe czyszczenie. Jest to ważne, bo kapiąca cyna lub plamy z silikonu, pasty lub żywicy potrafią szybko zniszczyć niezabezpieczoną nawierzchnię.

Aparatura pomiarowa

Podstawowy element każdego stanowiska bez względu na stopień zaawansowania to bezsprzecznie multimetr. W wersji popularnej ma on wyświetlacz 3,5 cyfry, te lepsze mają 4,5 cyfry, a najbardziej zaawansowane konstrukcje laboratoryjne nawet 6,5 cyfry. Multimetrów na rynku jest mnóstwo i mają one różną dokładność i liczbę funkcji pomiarowych.

Oczywiście zawsze umożliwiają pomiar prądów i napięć, ale często też pojemności, indukcyjności i temperatury. Dzięki temu można je wykorzystać do identyfikacji elementów i weryfikacji ich parametrów. Ceny multimetrów zaczynają się od kilkunastu złotych, te najbardziej zaawansowane kosztują nawet kilkaset. Do większości zastosowań wystarczają przyrządy ze środka tego zakresu.

Kolejny niezbędny element to regulowany zasilacz laboratoryjny pozwalający na zasilanie urządzeń. Zasilacz musi umożliwiać na ustawienie wartości napięcia i progu ograniczenia prądowego i mieć wygodne zaciski umożliwiające podłączenie kabli i końcówek pomiarowych.

Te podstawowe mają jeden kanał (izolowane galwanicznie źródło napięcia), najbardziej zaawansowane nawet cztery. Do większości przypadków wystarczają dwa kanały pozwalające na zasilanie symetryczne lub stworzenie osobnych napięć dla logiki cyfrowej i elementów wykonawczych.

Kolejny element, który można uznać za niezbędny, to oczywiście oscyloskop. Dla inżyniera jest to zmysł wzroku, pozwalający w dosłowny sposób zajrzeć do wnętrza układu. Wybierając oscyloskop, należy porównać wiele parametrów różnych modeli tego przyrządu. Najważniejsze z nich to: pasmo przenoszenia, częstotliwość próbkowania, wielkość pamięci, częstotliwość odświeżania, sposób wyzwalania oraz liczba kanałów pomiarowych.

Przyjmuje się, że pasmo przenoszenia (bandwidth) powinno mieć wartość co najmniej trzykrotności maksymalnej częstotliwości mierzonego sygnału analogowego. W przypadku sygnałów cyfrowych zaleca się natomiast, aby pasmo przenoszenia oscyloskopu było przynajmniej pięciokrotnie większe od największej częstotliwości taktowania zegara w mierzonym obwodzie.

Maksymalna częstotliwość próbkowania (sample rate), aby uniknąć zjawiska aliasingu, musi być większa niż dwukrotność maksymalnej częstotliwości sygnału mierzonego. Częstym błędem jest utożsamianie tej ostatniej z częstotliwością graniczną pasma przenoszenia oscyloskopu. Przyjmując to, minimalna wymagana częstotliwość próbkowania powinna być dwa razy większa od tego ostatniego.

Jednym z parametrów oscyloskopów jest także tzw. czas martwy (dead time, blind time), w którym przyrząd przetwarza i wyświetla zapisany w pamięci przebieg przed rejestracją kolejnego fragmentu sygnału. Przebiegi występujące w tym czasie, który bywa często dłuższy (nawet o rząd wielkości) od czasu akwizycji, nie zostaną zapisane.

Z tego powodu wykrycie i zarejestrowanie zdarzeń losowych (szpilek zakłóceń) i sygnałów nieokresowych jest utrudnione. Dlatego parametrem, który na etapie wyboru oscyloskopu ma równie duże znaczenie, jak te przedstawione wcześniej, jest częstotliwość odświeżania (waveform update rate).

Im jest większa, tym lepsza jest także jakość wyświetlanych przebiegów, na których dostrzec można więcej szczegółów. Również oscyloskop szybciej reaguje wówczas na zmianę ustawień, na przykład regulację podstawy czasu.

Generator sygnałowy i funkcyjny to kolejny element, ale nie każdemu potrzebny. Zapewnia on generowanie przebiegów testowych, obwiedni sygnałów i przebiegów w.cz. Ułatwia testowanie i uruchamianie zwłaszcza urządzeń radiowych i audio. Niemniej w wielu przypadkach generator jest zawarty w innej aparaturze, np. oscyloskopie cyfrowym. Możliwości w takim przypadku i zakres częstotliwości są mniejsze, ale dla wielu osób jest to wystarczające.

Sprzęt lutowniczy i narzędzia

Stacja lutownicza zawierająca lutownicę pozwala na stabilizację temperatury i możliwość dopasowania wielkości grotu. Powinna mieć stosunkowo dużą moc zapewniającą szybkie nagrzewanie elementów i dobre zwilżanie powierzchni stopem, aby nie powstawały zimne luty. W stacjach lutowniczych liczy się też wygoda, a więc ergonomiczny uchwyt kolby nieprzenoszący ciepła, przewód zasilający z silikonu odpornego na przypalenie lub dodatki, jak miejsce do czyszczenia.

Ceny stacji lutowniczych charakteryzują się dużą rozpiętością w zależności od parametrów, ale za sensowne minimum do pracy z elektroniką wydaje się 70 W mocy grzewczej i stabilizacja temperatury w końcówce grota.

Uzupełnieniem lutownicy kolbowej jest stacja na gorące powietrze do pracy z elementami SMD i prac serwisowych. Pozwala ona na równomierne podgrzanie całego obszaru PCB i wszystkich końcówek dużego elementu, co umożliwia demontaż bez uszkodzeń ścieżek. Przydaje się też przy naprawach elementów z tworzyw sztucznych.

Za niezbędne należy uznać materiały lutownicze, a więc druty o różnych średnicach (ołowiowe i bezołowiowe), pasty lutownicze, topniki (przynajmniej kalafonię), plecionki, czyściki i podobne użyteczne drobiazgi ułatwiające lutowanie, jak aplikatory, szczoteczki, gąbki.

Poza tym na stanowisku konieczne jest zgromadzenie przynajmniej podstawowych preparatów chemicznych niezbędnych do czyszczenia powierzchni, mycia i odtłuszczania elementów, poprawy kontaktu elektrycznego, smarowania i zabezpieczania, zmywania etykiet. Za użyteczne drobiazgi mogą służyć chusteczki czyszczące.

Materiały do prac eksperymentalnych

Prace koncepcyjne wymagają wsparcia za pomocą materiałów takich, jak płytki uniwersalne, druty łączeniowe do mostkowania (kynar, srebrzanka, w różnych kolorach i średnicach), taśmę izolacyjną, taśmę kaptonową, która jest odporna na wysoką temperaturę, koszulki termokurczliwe, etykiety, kleje, pasty termoprzewodzące, śruby i tuleje.

Za niezbędne na stanowisku należy uznać też zestawy rezystorów, kondensatorów, diod LED, podstawowe elementy półprzewodnikowe, bo zawsze coś trzeba zmienić, dodać, uzupełnić, przerobić i nikt nie będzie za każdym razem zamawiał wysyłkowo jednego elementu tego typu. To samo dotyczy baterii, bezpieczników, kabli.

Takie spektrum części trzeba mieć po prostu pod ręką, bo nigdy nie wiadomo, co w danej chwili będzie potrzebne. Takich potrzeb nie da się oszacować z góry i w handlu jest wiele kompletów zawierających popularne typy i wartości, które uwalniają od czekania na dostawę elementu o groszowej wartości.

Narzędzia ręczne

Za absolutne minimum można uznać konieczność posiadania szczypiec (bocznych do obcinania i płaskich), co najmniej kilku wkrętaków (płaskie, krzyżowe, gwiazdkowe o różnych wielkościach końcówki) oraz kilku pęsetach w różnych kształtach. Te ostatnie powinny być całkowicie antymagnetyczne. Użyteczne są też pęsety z tworzywa sztucznego.

Przydaje się odsysacz do cyny, suwmiarka, miniaturowa wiertarka z kompletem wierteł, klucze imbusowe. Do tego zestawu warto dodać lupę oraz stanowisko do trzymania płytki drukowanej z możliwością obracania. Użyteczna jest też niewielka latarka, nóż typu skalpel, narzędzie do zdejmowania izolacji, zaciskarka do złączy.

Warto zadbać, aby przynajmniej te najmniejsze (najdelikatniejsze narzędzia) były w wersjach antystatycznych, bo z pewnością będą wykorzystane do manipulowania najbardziej złożonymi konstrukcjami. Rękawiczki antystatyczne i niepylące też bywają przydatne, aby nie zostawić śladów na powierzchni wyświetlacza.

Ogólnie narzędzi potrzebnych jest dzisiaj bardzo wiele, stąd obok samego biurka niezbędne jest posiadanie szafki z szufladami, w której wszystkie te użyteczne drobiazgi będą przechowywane. Na wielu stanowiskach pracy inżynierów panuje niesłychany bałagan!

Bezpieczeństwo

Z pewnością poza komfortem pracy ważne jest zadbanie, aby praca na stanowisku była bezpieczna. Do takich celów służą wyciągi zapewniające odessanie z miejsca pracy oparów powstających podczas podgrzewania topników i stopów lutowniczych. Podczas lutowania i operowania chemią konieczne jest zakładanie okularów ochronnych i rękawic (grubszych z materiału i cienkich lateksowych).

To samo dotyczy też innych prac, bo nierzadko koniec obcinanego drutu potrafi wystrzelić ze szczypiec niczym pocisk i lepiej, aby nie trafił w oko. Można się też oparzyć podczas lutowania lub skaleczyć przy pracach z mechaniką. Z takich powodów do wyposażenia niezbędnego zaliczyć trzeba bezwzględnie apteczkę.

Warto mieć

Wydajna lampa na wysięgniku lub wsporniku typu gęsia szyja z wbudowaną dużą lupą ułatwia znacząco prace z drobnymi elementami, gdyż zapewnia dobrą widoczność bez konieczności przytrzymywania jej ręką. W wersji luksusowej warto pomyśleć o mikroskopie.

Użytecznym drobiazgiem jest mały piec do lutowania rozpływowego, który przypomina kuchenny grill. Jest on sporą pomocą przy montażu prototypów.

Podsumowanie

Jak wynika z przedstawionego opisu, nawet w podstawowym zakresie wyposażenie stanowiska pracy inżyniera to niełatwe zadanie, wymagające przemyślenia i precyzyjnego zaplanowania.

Farnell element14