SaaSオペレーションプラットフォームについて人に説明するのは、難しい場合があります。
多くの点で、プラットフォームの真価は言葉ではなく、実際に体験してみることによって最もよく理解できるものです。そこで私たちは、たった一度の体験を通じて、Tulip どのようなTulip 人々に正確に理解してもらうにはどうすればよいか、長い時間をかけて検討を重ねました。
最終的に採用したのは、参加者が最初から最後まで自分のワードクロックを組み立てる、手作業による組み立て体験でした。
つまり、実際には、その作業用時計を社内で一から開発する必要があったのです。そこで、最新のデモの基盤となった製品をどのように設計したかをご紹介します。
ワードクロックとは何ですか？
ワードクロックとは、その名の通り、従来の文字盤やデジタル表示ではなく、文字で時刻を表す時計のことです。
なぜ「ワードクロック・アセンブリ」なのか？
このワードクロックは、Tulip さまざまな側面Tulip スマートな作業指示、デバイス連携、IoT 、分析機能――を実演するために作成しました。参加者は、1つのデモを通じて、Tulip すべて体感することができます。
デモでは、参加者が各自でワードクロックを組み立てます。その過程で、工場の作業員と同じ体験をすることができ、Tulip性能と柔軟性を実感できます。最後に、参加者は完成したワードクロックを記念品として持ち帰ることができます。
ワードクロックの設計
このワードクロックの製作は、工学、デザイン、そして製造の総合的な実践でした。私たちは、電気部品、機械部品、電源、そしてケースなど、すべての費用を合わせて10ドル未満で済む、美しいオブジェを作りたかったのです。
ワードクロックを作るには何が必要ですか？
ワードクロックを動作させるには何が必要でしょうか？必要なものを簡単に挙げてみましょう：
- 文字の形にくり抜かれた文字盤で時刻を表示する
- 2. LEDの光を均一に拡散させるためのディフューザー。ディフューザーを使わないと、各文字の隙間からLEDの光が見えてしまうでしょう。
- 各部品をまとめておくためのケース、あるいは別の方法。
- 各LEDからの光漏れを防ぐための3Dハニカム格子です。これがなければ、1つのLEDを点灯させただけで、光が他の文字に漏れてしまい、時計の時刻が判別できなくなってしまいます。
- 電子部品 – 8×8の時計表示用に少なくとも64個のLED、およびそれらを駆動するためのマイコン
- マイクロコントローラよりも正確な時刻管理の方法。
- マイクロコントローラをワードクロックとして動作させるためのコード。
つまり、7つの異なる要素があり、それぞれに固有の課題があるということです。
そんなに難しいことじゃないはず……
ワードクロックの設計は、思っていたよりずっと大変でした。ここでは、この作業が複雑になった理由をいくつかご紹介します。
最終的なデザインに至るまでの試行錯誤
ほとんどのワードクロックでは、光を遮るための文字盤として、レーザーカットされた金属や木材が使用されています。ワードクロックのデザインを調べていたところ、文字盤と光の拡散板の両方の役割を果たす、単層プリント基板（PCB）を採用したデザインをいくつか見つけました。文字のネガティブ部分にシルクスクリーンと銅が施されており、基板の厚さを十分に薄くすることで、光が拡散板として透過できるようになっていました。
これらの機能により、私たちの抱えていた3つの問題が解決されました：
- フェイスプレートを設計する際、他の部品を2つ無料で手に入れることができました
- PCBがディフューザーとフェースプレートの両方の役割を果たしていたため、別途ディフューザーを追加する必要はありませんでした
- 2. 電子部品が取り付けられたバックプレートをフェイスプレートに機械的に固定できたため、ケースを追加する必要はありませんでした
機械的な問題のほとんどが解決したところで、あと一つ必要なものがありました。それはハニカム構造です。そこで、当社の優秀なアプリケーションエンジニアであるジャスティンに協力してもらい、Onshapeで簡易的な設計を作成し、ラボFormlabs 3Dプリンターで1つ出力しました。ビルドプレート上に直接印刷するのが、歪みが最も少ないことがわかりました。試行錯誤を重ねながら公差を決定し、ぴったりと収まる設計を作り上げることができました。
ケースを使用しないことに決めていたため、背面には電気部品を一切配置すべきではないとわかっていました。これは安全上の理由（誰かが誤って背面に触れて、2つの部品が短絡してしまうのを防ぐため）と、デザイン上の判断によるものでした。つまり、ATMegaマイコンを含め、すべての部品を基板上に収めなければならなかったのです。
この仕組みの詳細についてご質問がある場合は、ぜひ当社のGitHubをご覧ください！
電気回路設計とソフトウェアについては、ATmega328（Arduinoと同じチップ）と既製のLEDブロックを使用した別の設計をフォークしました。フォークしたコードの大部分を（リフレッシュレートや文字配置を若干修正した上で）そのまま利用することができました。回路図を更新し、設計をよりオープンソースに適したものにするため、AltiumではなくEagleでレイアウトを行うことにしました。
さらに、電源が切れていても時刻を維持できるリアルタイムクロック（RTC）とバッテリーモジュールという機能を追加しました。電子レンジやコンロの電源が切れると、時計の時刻がリセットされてしまうことがよくあります。これは、バッテリー付きのRTCが搭載されていないためです。これらの小型モジュールにはバッテリーが付属しており、バッテリーに関する多くの設計上の課題を解決してくれました。 これらの時計には、Tulip シリアルプロトコル（I2C）を使用して現在の時刻を設定し、Gatewayに直接接続しています。
必要な7つの部品すべてが正常に動作したことで、ワードクロック全体の設計を完成させることができました。
部品の調達と量産
学校やエンジニアとしてなら、ここでプロセスは終了です――設計は完了し、見た目も良好です。 私にとって、設計の完成はプロセスの半分に過ぎませんでした。まだ製品化する必要があったのです。つまり、500個のワードクロックに必要な部品を調達してくれる業者を見つける必要がありました。具体的には、500個のATMega328、31,500個のLED、4,000個の抵抗器、その他多くの部品が必要でした。
当社の主力ハードウェア製品（Light Kit Gateway）についてはOEMメーカーと提携しているため、試作および量産段階において、こうした関係を活かすことができました。より複雑な機械設計を伴うプロジェクトの場合、高品質な部品を製造できるメーカーを見つけることが困難であり、これがハードウェア製品化の障壁となることがよくあります。幸いなことに、当社が築いてきたパートナーシップと、中国における電子機器組立技術の成熟度のおかげで、量産プロセスを比較的スムーズに進めることができました。
価格に非常に敏感だったため、部品の調達には苦労しました。従来の方法、つまり委託製造業者に代わって部品を購入してもらうというやり方は取りたくなかったのです。また、DigikeyやMouserといった米国のディストリビューターも、価格が高いうえに中国への輸入手続きが必要となるため、利用したくありませんでした。
BOM ほとんどの部品が汎用品だったため、調達作業は自分で行いました。部品の大部分については、中国のディストリビューターであるLCSCを利用しました。部品は驚くほど安く、速達便を利用すれば、北米のディストリビューターとほぼ同じくらいの時間で届きます。一方、LEDやマイクロコントローラーといった主要部品については、米国のディストリビューターから調達しました。
調達問題を解決し、すべての部品を工場に搬入した後、順調に量産に移行することができ、500個の未組立品を受け取りました。
「Word Clock Assembly」App
「ワードクロック」アプリの実用例を簡単にご紹介します。
1.) ピック・トゥ・ライトは、オペレーターをRTCモジュールのビンへと誘導します
2.) RTCの設定
3.) ベースプレートとスペーサーを選ぶ
4.) RTCを取り付ける
5.) 組み立てを完了し、時計の電源を差し込んでください
6.) ワードクロックの動作確認（ライン上で）
7.) 組み立て完了！
ワードクロックを自作してみたい方や、Tulip 方は、今後の展示会へぜひお越しいただくか、今すぐデモをご予約ください。