消費性產品設計能為工業系統帶來益處，但必須謹慎以對

大眾市場消費性產品與工業應用產品的設計，兩者之間存在一種亦正亦負的微妙關係。在硬體方面，工業設計人員能徹底善用消費性產品領域的許多元件屬性，並從中獲益。這些包括低功率、低電壓 IC；大容量低成本的被動、主動與封裝元件；以及各種小型但靈活的使用者介面選項 (顯示器與鍵盤)。

軟體方面則有一些用於處理 I/O 功能的現成常式，例如驅動器、連線能力、使用者介面；系統與連結安全及加密常式；以及數字和數學函數 (此處僅列舉幾項)。

基於這些原因，設計工業應用的工程師，可以在合理的情況下使用消費性產品元件及其他資源。

但是，這兩個領域存在一些重大差異，而且若設計時過度倚賴大眾市場產品設計準則和目標的要求與思維，甚至會有害無益。以下列出十二個較明顯的差異：

1) 範圍：工業產品著重於可靠地完成一個或幾個工作。對多數的工業產品來說，這是一種「越少越好」的概念。也就是說，雖然提供的特點和功能較少，甚至彈性亦少，但卻是以十分穩固的軟體和一致的硬體實作出來。相較之下，雖然某些消費性產品著重的方向也很類似，但許多產品都包含過於繁複的任務與特點。

2) 使用者介面：消費性產品往往很快就變得複雜難用，使用多層下拉式選單和大量的使用者選項，甚至會不斷向使用者詢問作業系統問題。工業使用者介面則必須直接扼要，並提供明確關聯的使用者選項。

3) 鍵盤複雜性：工業產品為高優先度功能備有專屬的單功能鍵，而不是系統軟體在運作模式中定義及重新定義的「軟鍵」。

4) 法規要求：消費性產品受到 EMI/RFI 放射規格的嚴格約束，此規格在很大程度上與產品的電源供應器功率相關。工業設計雖然也必須符合放射法規，但由於運作環境的關係，法規通常沒那麼嚴格。然而，許多工業系統具有較高的電壓，使實體設計和安全設計面臨更嚴格的要求，包括 PC 板電路配置的間隙與沿面距離。

圖 1：Panasonic 的 AFPX-C14R PLC 工業設計，與一般美觀式消費性裝置的設計截然不同。(圖片來源：Panasonic)

5) 防護：工業產品必須防禦 ESD、尖波、雜訊、過電壓，以及許多其他所屬環境固有的問題；消費性產品對這些干擾的防護程度，通常不必這麼高。

6) 散熱問題：許多消費性產品一定是以自然對流的方式進行冷卻，因此一般會在產品蓋子上有許多冷卻孔 (而且使用者必須確保不能擋住這些孔)。相較之下，許多工業應用都假設周圍環境具有較高的溫度，甚至是封閉的機櫃，自然氣流非常少。因此，必須在系統設計中納入強制性空氣冷卻機制。

7) 外觀：對於消費性產品，視覺「吸引力」往往和功能及便利性一樣重要，因此會使用小型的按鈕和經常難以辨認的標籤。工業設計則較不著重外觀，較偏好實用性與功能性，因此產品的外殼、尺寸和標示，往往都是根據產品的主要功能來確定，即便是結果有礙美觀。這種傾向在可編程邏輯控制器 (PLC) 中清楚可見。舉例來說，Panasonic 的 AFPX-C14R 採用樸實的封裝、基本的使用者顯示畫面，以及方便存取的連線端子 (圖 1)。

8) 電源供應器：在工業設計中，電源供應器是系統可靠性、穩定度與長使用壽命的基礎。工業用電源供應器對許多方面強調設計餘裕，包括元件容差、溫度範圍、雜訊、長期效能與整體穩固性。消費性產品使用的電源供應器，通常只能說「還過得去」、沒有太多的餘裕、強調低成本和長久運行 (若以電池驅動)，而且壽命可能不持久 – 電源供應器及連帶的產品在使用一年後故障的事件屢見不鮮，而原因只不過是供應器的大容量電容耗盡或膨脹。

圖 2：AVX 的 THH9476M063W0250W 等工業應用電容產品，強調更高的溫度容差和更長的運作壽命。(圖片來源：AVX)

相較之下，工業供應器的物料清單 (BOM) 則常規定溫度更高、壽命更長的電容。舉例來說，AVX 的 THH 系列產品 THH9476M063W0250W 電容，是一種 12 mm × 12.50 mm × 6 mm 的 47 µF 鉭質大容量元件，額定值為 230⁰C 下運作 1000 或 2000 小時 (視尾碼而定)，以及 200⁰C 下運作 10,000 小時 (圖 2)。雖然很少有工業應用會達到這些溫度，但這意味著在較為適中但仍很高的水準下，使用壽命將比室溫下標準級元件的 1000 小時額定值長幾個數量級。

9) 實體連線能力：雖然消費性產品往往需要使用多種纜線和連接器 (儘管目前因為 Type-C USB 的關係，某些情況已並非如此)，但消費性連接器並不耐用，也沒扣接：例如 USB 和 HDMI，甚至是用於電源供應器轉接器的常見圓柱式連接器。相較之下，工業設計採用耐用的連接器，而且經常搭配鎖定機制和固定器。

對於基本的傳感器 I/O 配線，工業設計往往使用簡易可靠的端子台，雖然端子台使用方便 (連接與斷開)，但消費性產品卻不會採用。Amphenol Anytek 的 VI0921550000G 就是個典型的範例，這是一種具有九個腳位的線對板端子台，搭配插入線螺絲旋鎖機制；假如電線在插入前已經正確剝線，則不會暴露出導線 (圖 3)。

10) 安全性：許多消費性產品都未具備 (或並無多少) 駭客防護機制，例如低端的攝影機或門鈴。工業系統無法接受這一點，因為駭客將能存取內部資訊或大肆破壞生產線。這一點就毋須多做解釋！

圖 3：簡易可靠的端子台，雖然廣泛用於工業應用中，但通常無法接受用於消費性產品。(圖片來源：Amphenol Anytek)

11) 現場升級：消費性產品普遍能以網際網路進行存取 (今日幾乎每個產品都是如此)，這能讓廠商下載「升級」，而且時常不經過使用者明確同意。因此，特點、功能及更多其他項目都可能發生變化，即便使用者不接受或不瞭解變化所帶來的影響。更糟的是，此「升級」能力有時會作為測試版產品出貨的掩護，因為出貨後可以在現場「修復」。

對工業使用者來說，這些狀況全都不可接受：產品出貨時必須徹底進行測試，任何升級都必須偶爾為之、事先做出解釋，而且必須在使用者指定的時間進行。

12) 維修與停止銷售：消費性設計需要不斷引入新的產品，這代表消費性設計經常幾年內就停止銷售；三到五年可說是家常便飯。之後，便無法取得替代性 PC 板 (即使可將其修復)，也可能無法取得相關元件。

相較之下，工業產品常連續使用十年、十五年，甚至更久。因此，該期間內必須有其他外形、適配性及功能相同的替換性板件。這表示，如果廠商不願意配合工業市場的長使用壽命需求與不能停止銷售方面的需求，則最新、最好的 IC 可能不是工業產品的正確選擇。

結論

對於消費性產品設計中使用的一些元件與做法，工業設計人員絕對應檢視一番並納入考慮，因為這也許能提供較吸引人的解決方案，來因應一些設計難題與目標。但是，也必須瞭解消費性產品和工業產品在優先順序方面的顯著差異，以及在什麼情況下使用消費性產品效能標準與元件，可能會損及工業產品的可行性。