Konsumentproduktdesign har mycket att bidra med i industrisystem, förutsatt att man är noggrann

Sambandet mellan att designa konsumentprodukter respektive industriprodukter rymmer både bra och dåliga aspekter. På maskinvarusidan kan industridesignern använda och dra fördel av många av de komponentegenskaper som förekommer i konsumentproduktvärlden. Exempel på sådana egenskaper och komponenter är integrerade kretsar med låg effektförbrukning; passiva, aktiva och kompakta komponenter av lågkostnadstyp samt ett brett utbud av små men flexibla användargränssnittsenheter (displayer och knappsatser).

På programvarusidan finns det färdiga rutiner för hantering av IO-funktioner, exempelvis drivrutiner, anslutbarhet, användargränssnitt; system- och länksäkerhet samt krypteringsrutiner; numeriska och matematiska funktioner, för att bara nämna några exempel.

Utvecklare av industritillämpningar kan alltså med fördel, när det passar, använda sig av komponenter och andra resurser som främst är avsedda för konsumentprodukter.

Men det finns stora skillnader mellan de två världarna, och även vissa nackdelar med att – vid utveckling av industritillämpningar – förlita sig alltför starkt på de metoder och komponenter som traditionellt är en del av konsumentproduktsegmentet. Här är ett antal av de främsta skillnaderna:

1) Omfattning: Fokus för industriella produkter är att utföra en eller ett fåtal uppgifter med hög tillförlitlighet. För de flesta industriella produkter stämmer uttrycket ”less is more”, som här innebär att erbjuda färre funktioner och finesser – och även lägre flexibilitet – men implementera dem med extremt robust programvara och maskinvara. Ett liknande fokus gäller för många konsumentprodukter, som dock kan lida av ”krypning” av uppdrag och funktion.

2) Användargränssnittet: Ofta blir konsumentprodukter ganska krångliga att använda, med flera menynivåer, en uppsjö av användaralternativ och operativsystemgenererade frågor som användaren förväntas svara på. I jämförelse måste industriprodukters gränssnitt vara mer rakt på sak, med entydiga och relevanta alternativ för användaren.

3) Knappsatser: Industriella produkter har dedikerade enfunktionsknappar för de viktigaste funktionerna, i stället för s.k. softkeys, som definieras av systemprogramvaran beroende på vilken funktion eller vilket tillstånd som är aktivt.

4) Regler och specifikationer: För konsumentprodukter gäller strikta EMI-/RFI-specifikationer, beroende på matningseffekten i produktens strömförsörjning. Även industriella system måste uppfylla EMI-/RFI-regler. Men på grund av driftsmiljön brukar reglerna för industriprodukter inte vara lika strikta. Dock drivs många industrisystem vid högre spänningar, vilket ställer högre krav på produkternas fysiska utformning och säkerhetsfunktioner, exempelvis spel och krypavstånd i kretskortlayouten.

Figur 1: Panasonics programmerbara styrsystem AFPX-C14R PLC, har en industriell design, som nästan aldrig ses hos konsumentprodukter. (Bildkälla: Panasonic)

5) Skydd: Industriprodukter måste skyddas mot ESD (elektrostatisk urladdning), spänningstoppar, brus, överspänning och många andra faktorer i miljön. För konsumentprodukter behövs vanligen inte ett lika gediget skydd mot sådana störningar.

6) Termiska problem: Hos många konsumentprodukter måste avkylningen ske genom naturlig värmeavgivning. Därför brukar produkternas höljen vara försedda med ventilationshål (som inte får blockeras). Som jämförelse är många industritillämpningar placerade i mycket varmare miljöer och dessutom ofta i slutna skåp med minimalt naturligt luftflöde. Därför måste avkylningsfunktioner byggas in i systemet.

7) Utseende: För konsumentprodukter är utseendet ofta lika viktigt som funktionen – därför har det blivit vanligt med små knappar, små symboler och liten text på konsumentprodukter. För industriprodukter har användbarhet och funktion väsentligt större betydelse än utseendet. Höljet, formatet, etiketter osv. är därför till stor del ett resultat av produktens primära funktioner, även om utseendet därmed kanske får stryka på foten något. Detta blir tydligt hos en PLC-enhet (programmerbar styrenhet), exempelvis Panasonics AFPX-C14R, som har ett ganska oförfinat hölje, en enkel display och lättåtkomliga kabelanslutningar (figur 1).

8) Strömförsörjning: Hos industriprodukter är strömförsörjningen grundläggande för systemets tillförlitlighet, stabilitet och livslängd. Hos industriella system utformas strömförsörjningen med vissa marginaler beträffande komponenttoleranser, temperaturområde, långsiktiga prestanda och övergripande robusthet. Hos konsumentprodukter brukar man nöja sig med en strömförsörjning som ”räcker till”, upptar litet utrymme, ger låg kostnad och lång drifttid (vid batteridrift) och kanske inte har så lång livslängd – det finns oräkneliga exempel på strömförsörjningsystem (dvs. produkter) som går sönder efter bara något år, eftersom kondensatorn har torkat eller svällt.

Figur 2: I kondensatorer för industritillämpningar, exempelvis THH9476M063W0250W från AVX, ligger fokus på högre temperaturtolerans och längre livslängd. (Bildkälla: AVX)

Som jämförelse brukar industrisystem vara specificerade för högre temperaturer och kondensatorer med lång livslängd. Ett exempel är kondensatorn THH9476M063W0250W i AVX THH-serie. Det är en 47 µF tantalkomponent med storleken 12 × 12,50 × 6 mm och en nominell drifttid på 1 000 eller 2 000 timmar vid 230 ⁰C eller 10 000 timmar vid 200 ⁰C (figur 2). Endast ett fåtal industritillämpningar når sådana temperaturer, men specifikationerna innebär att livslängden vid mer måttliga (men ändå höga) nivåer är många gånger längre än normalvärdet på 1 000 drifttimmar för standardenheter i rumstemperatur.

9) Fysisk anslutbarhet: För konsumentprodukter krävs det ofta flera kablar och kontakter (vilket i vissa fall håller på att ändras, tack vare USB Type-C), men sådana kontakter är sällan vare sig robusta eller fasta: tänk USB, HDMI eller vanliga centrumkontakter på nätadaptrar. För industrisystem används mestadels robusta kontaktdon, ofta försedda med fastlåsningsmekanismer av något slag.

För vanliga IO-kablar till transduktorer används ofta enkla men tillförlitliga kopplingsplintar (med okomplicerad till- och frånkoppling), men sådana skulle inte godtas för konsumentprodukter. VI0921550000G från Amphenol Anytek är ett typexempel: Det är en nioplatsers kopplingsplint för anslutning direkt till kort och med skruvlåsning av de anslutna kablarna. Ingen kabelledare exponeras, förutsatt att kabeln skalas korrekt innan den ansluts (figur 3).

10) Säkerhet: Många konsumentprodukter, exempelvis lite enklare kameror eller dörrklockor, saknar skydd mot hackare eller har bara ett enklare skydd. Det är inte godtagbart för industrisystem, där hackare skulle kunna få tag på intern information och/eller skapa kaos i produktionslinjerna. Det knappast förklaras närmare.

Figur 3: Enkla men tillförlitliga kopplingsplintar är vanliga i industritillämpningar, men godtas normalt inte i konsumentprodukter. (Bildkälla: Amphenol Anytek)

11) Fältuppgraderingar: För konsumentprodukter med internetanslutning – som ju nästan alla produkter har nuförtiden – är det vanligt att det laddas ner ”uppgraderingar”, vilket ofta sker utan användarens uttryckliga godkännande. Det innebär att produktens funktioner och egenskaper kan ändras utan att användaren känner till det eller förstår vilken inverkan uppgraderingarna har. Dessvärre används den här typen av uppgraderingsfunktion ibland också som ”täckmantel” för att leverera betaversioner av produkter, som tillverkaren alltså kan korrigera efter leverans, genom en uppgradering.

Inget av detta är godtagbart för industriprodukter: De måste vara testade fullt ut före leverans, och uppgradering får endast förekomma i undantagsfall. De måste då meddelas i förväg och utföras vid en tidpunkt som användaren anger.

12) Reparation och åldringsbenägenhet: Nya konsumentprodukter lanseras i snabb takt, och produkterna eller systemen blir snabbt föråldrade – ofta redan inom tre till fem år. Därefter går det inte att få tag på pc-reservkort (men de kan repareras) och inte heller komponenter till dem.

Industriprodukter däremot, används ofta i tio till femton år, eller ännu längre. Under den perioden måste det finnas reservkort med rätt storlek, funktion och prestanda. Det innebär att den senaste och bästa integrerade kretsen inte nödvändigtvis är rätt alternativ för en industriprodukt, om inte leverantören anpassar sig efter industrimarknadens livslängdskrav.

Slutsatser

Industridesigners bör definitivt överväga att använda vissa av de komponenter och metoder som används för att utforma konsumentprodukter, eftersom de kan erbjuda attraktiva lösningar på designutmaningar och hjälpa till att nå designmålen. Men det är också viktigt att vara medveten om – och ta hänsyn till – de ibland stora skillnaderna i prioriteringar när man utvecklar konsumentprodukter respektive industriprodukter, och att förstå när komponenter av konsumentproduktstandard kan äventyra industriproduktens kvalitet och funktion.