只要适当保持谨慎，工业系统就能够从消费类产品设计中受益

大众市场消费类产品与工业应用产品的设计之间存在一种亦正亦反的微妙关系。在硬件方面，工业设计人员可以利用消费类产品的很多元器件属性，并且从中受益。这些元器件包括：低功耗、低电压 IC；大容量低成本的无源、有源和封装器件；各种小巧灵活的用户接口（显示屏和小键盘）。

在软件方面，市面上有些现成的例程可以处理驱动器、连接、用户界面等各种 I/O 功能；系统和链路安全与加密例程；数字和数学函数等。

出于这些原因，在合理情况下，工业应用的设计人员可以利用消费类产品元器件和其他资源。

但是，这两类产品之间存在很大差异，如果过多依赖于大众市场产品设计指导原则及目标的规则和理念，甚至会给设计带来不利影响。两者之间的部分显著差异如下：

1) 范围：工业产品的关注点在于可靠地完成一项或多项工作。大多数工业产品都遵循“宁缺勿滥”的原则，换言之，产品的特性和功能可以精减，甚至可以降低灵活性，但必须采用稳定可靠的软件和一致的硬件来实现应用。相反，虽然有些消费类产品也有同样的侧重点，但更多的产品都承担了过于繁杂的任务和功能。

2) 用户界面：消费类产品的使用往往很快就变得复杂，包含多层下拉菜单和大量用户选项，操作系统甚至会不断向用户发送查询提示。相反，工业产品的用户界面必须简单直观，只提供明确关联的用户选项。

3) 小键盘复杂度：工业产品为高优先级功能提供专用的单功能键，而不是在工作模式下由系统软件定义和重定义的“软键”。

4) 监管规定：消费类产品受到 EMI/RFI 辐射规范的严格约束，该规范与产品电源功率密切相关。工业设计也必须符合辐射法规，但鉴于所在工作环境，这类法规通常相对宽松。然而，由于工业系统电压往往较高，因而对物理设计和安全性的要求更为严格，包括印刷电路板电路布局的间隙和爬电距离。

图 1：Panasonic 的 AFPX-C14R PLC 工业设计与通常外形美观的消费类设备有所不同。（图片来源：Panasonic）

5) 保护：对于工业产品，必须防止受到 ESD、尖峰、噪声、过压以及其他诸多固有不利环境因素的干扰；而通常消费类产品针对这些干扰的保护等级相对较低。

6) 散热问题：对于很多消费类产品而言，只能通过自然对流进行冷却，因此外壳上通常留有许多冷却孔（用户必须确保不要阻塞这些孔）。相反，很多工业应用的外部环境温度较高，甚至是在封闭的机柜环境中工作，只有极少量的自然气流。因此，在系统设计中必须考虑加入强制风冷。

7) 外观：对于消费类产品而言，视觉“吸引力”往往与功能和便利性同等重要，因此会使用小按钮和经常难以辨认的标签。相反，工业设计注重实用性和功能甚于外观，因而产品的外壳、外形尺寸和标记通常取决于产品的主要功能，即便可能会因此影响外观。在可编程逻辑控制器 (PLC) 中可以清晰地看到这一点，例如 Panasonic 的 AFPX-C14R，它采用实用的封装，只提供基本用户显示以及方便操作的接线端子（图 1）。

8) 电源：在工业设计中，电源是系统可靠性、稳定性、耐久性的基础。在元器件公差、温度范围、噪声、长期性能和整体稳健性方面，工业电源注重设计裕量。消费类产品电源通常“凑合”选用临界规格，裕量非常小，注重低成本和长时间运行（如果使用电池供电），但寿命往往不长——由于大容量电容器电解液干涸或膨胀，导致电源（最终是产品）仅在使用一年后就发生故障，此类事件屡见不鲜。

图 2：AVX 的 THH9476M063W0250W 等工业应用电容器，强调高温耐受性和耐久性。（图片来源：AVX）

相反，工业产品电源的物料清单 (BOM) 指定的电容器往往工作温度更高、使用寿命更长。例如，THH9476M063W0250W 电容器是 AVX 的 THH 系列产品之一，这款 47 µF 大容量钽电容外形尺寸为 12 mm × 12.50 mm × 6 mm，额定使用寿命是在 230℃ 下工作 1000 或 2000 小时（具体取决于后缀），在 200℃ 下工作 10,000 小时（图 2）。虽然很少有工业应用会真正达到如此高的温度，但这意味着在较为适中但仍很高的水平下，使用寿命会比室温下标准级器件的 1000 小时额定值高出几个数量级。

9) 物理连接：消费类产品通常需要多种电缆和连接器（尽管随着 USB Type-C 的推出，这种情况正在逐步发生变化），但消费类连接器都没有加固或带闩锁，例如 USB 和 HDMI 连接器，甚至广泛应用于电源适配器的套管连接器。相反，工业设计使用的加固型连接器通常带有锁定机构和固定器。

在基本的传感器 I/O 接线方面，工业设计通常使用简单而可靠的端子块，具有易于使用（连接和断开连接）的优点，但消费类产品却不会采用。Amphenol Anytek 的 VI0921550000G 正是典型示例：这款九位线对板端子块使用螺丝锁定插入的电线；如果在插入之前正确剥线，则不会出现导线暴露（图 3）。

10) 安全性：低端摄像机或门铃等许多消费类产品很少或没有提供针对黑客的保护。对于工业系统而言，这种情况是不可接受的，因为黑客能够访问内部信息，或者对生产线造成严重破坏。这一点无需赘述！

图 3：简单而可靠的端子块在工业应用中得到广泛使用，但消费类产品通常不会采用。（图片来源：Amphenol Anytek）

11) 现场升级：消费类产品普遍都会提供互联网访问，如今几乎所有产品都是如此，这让供应商往往能够不经用户明确许可就下载“升级”。因此，在用户尚未许可或全然不了解“升级”影响的情况下，特性和功能等各方面都可能发生改变。更糟糕的是，此类“升级”功能有时用于提供测试版本产品的掩饰，因为发货后可以进行现场“修复”。

对于工业用户而言，上述情况均不可接受：产品发货时必须经过全面测试，很少进行任何升级，如需升级就必须提前作出解释，并在用户指定的时间完成。

12) 维修和淘汰：消费类产品的迭代频率比较高，这意味着它们通常在几年内就会停产，三到五年较为常见。在此过后，将不再提供印刷电路板替换件（即使仍可修复），也不再提供相关元器件。

相反，工业产品通常会使用十年、十五年甚至更长时间。因此，在这段时间内，必须提供外形、适配性和功能相同的电路板替换件。如果供应商不愿意承诺满足工业市场的耐久性和不淘汰要求，那么性能最佳的最新 IC 可能不是工业产品的合适选择。

总结

显然，工业设计人员应该考虑使用消费类产品设计所采用的一些元器件和方法，因为这或许能够提供具有吸引力的解决方案，帮助应对设计挑战和达到设计目标。但是，认识到消费类产品与工业产品的优先考虑因素存在明显差异，使用消费类产品性能标准和元器件可能会影响工业产品的可行性，这一点也非常重要。