自動(dòng)化控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于各類工業(yè)領(lǐng)域的工廠自動(dòng)化場景——從化工廠到工廠生產(chǎn)線。

原始設(shè)備制造商(OEM)的設(shè)計(jì)工程師在設(shè)計(jì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)時(shí)面臨著日益復(fù)雜的挑戰(zhàn)，這些系統(tǒng)必須滿足市場所需的功能性、可靠性和安全性。具體的應(yīng)用場景可能會(huì)對安全性、性能或維護(hù)等方面提出特定要求，工程師在設(shè)計(jì)時(shí)必須權(quán)衡標(biāo)準(zhǔn)化與定制化、可靠性與可擴(kuò)展解決方案之間的關(guān)系。

連接性是自動(dòng)化控制系統(tǒng)中看似非常簡單的一個(gè)部分，其本質(zhì)就是引腳與插座之間的連接。然而，在任何電子系統(tǒng)中，連接點(diǎn)都可能成為系統(tǒng)首先失效的薄弱環(huán)節(jié)，一個(gè)損壞或故障的連接器就可能導(dǎo)致整條生產(chǎn)線癱瘓，因而在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，連接器的可靠性是一項(xiàng)極為關(guān)鍵的要素。

將常見的挑戰(zhàn)納入考量，有助于工程師應(yīng)對復(fù)雜多變的需求，設(shè)計(jì)出符合必要規(guī)范，并且穩(wěn)健可靠的系統(tǒng)。

應(yīng)對系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的挑戰(zhàn)，不妨想想這些問題

要應(yīng)對各類應(yīng)用中不斷變化的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，需要關(guān)注諸多因素。以下五個(gè)問題有助于工程師找到正確的方向。

1. 是否在前期就考慮了連接器的設(shè)計(jì)和規(guī)格?

在自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，連接器常被視為模塊化、可替換的商品：它們隨時(shí)可以被換掉，而且總是能夠符合必要的規(guī)格。然而，連接器與連接器并不都是一樣的，許多因素都是選型時(shí)需要考慮的，包括所需的傳輸速率、功率承載能力，以及抗振動(dòng)和耐極端溫度等特性。

TE全球應(yīng)用聚焦增長銷售經(jīng)理Robert Ullstrom表示：“在設(shè)計(jì)初期就選用適合應(yīng)用場景的連接器，而非等到流程末期才開始選型，有助于確保各種機(jī)械和電氣參數(shù)都得到滿足，讓系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期功能。此外，盡早與連接器制造商溝通，就意味著能夠及時(shí)獲得專業(yè)支持、建議和技術(shù)指導(dǎo)。”

2. 這些元器件是否滿足我交付產(chǎn)品的需求?

雖然設(shè)計(jì)要求因應(yīng)用場景而異，但總體而言，因?yàn)橐_保安全、可靠地運(yùn)行特定環(huán)境和特定行業(yè)的終端解決方案，設(shè)計(jì)工作正變得越來越復(fù)雜，而且會(huì)涉及許多復(fù)雜要求，包括機(jī)械穩(wěn)定性、電氣穩(wěn)定性和功能性。所以我們要充分了解連接器產(chǎn)品系列的能力，因?yàn)楹芏噙B接器看起來相似、可以替換，但直到出現(xiàn)問題，它們的區(qū)別才會(huì)體現(xiàn)出來。例如，選用未針對嚴(yán)苛工業(yè)應(yīng)用設(shè)計(jì)的消費(fèi)級連接器，可能導(dǎo)致性能表現(xiàn)無法滿足客戶的標(biāo)準(zhǔn)或要求。對于許多設(shè)備，工程師可能會(huì)直接利用先前系統(tǒng)中工作良好的開發(fā)板或參考板，并將其適配到新的系統(tǒng)布局中。但對于新型自動(dòng)化系統(tǒng)，就需要采取更全面的方法，以確保產(chǎn)品更加持久耐用。

3. 這些連接器的耐久性是否足以承受環(huán)境影響?

自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的每件硬件，都必須能抵御工廠環(huán)境中惡劣的工況。嚴(yán)苛的工況可能包括極端溫度、振動(dòng)、微位移和濕度。工程師通常會(huì)設(shè)計(jì)能夠滿足多種需求的硬件解決方案，再通過軟件變體進(jìn)行必要調(diào)整。根據(jù)市場和終端應(yīng)用嚴(yán)格的安全與可靠性要求來優(yōu)化硬件選型是非常重要的。電氣性能和穩(wěn)定性固然關(guān)鍵，但機(jī)械穩(wěn)定性同樣不容忽視。

4.系統(tǒng)變小的同時(shí)是否也變得更脆弱?

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)初期進(jìn)行整體考量，往往有助于采用尺寸更小的元器件與零部件，讓智能功能遷移到邊緣端，同時(shí)能在更緊湊的空間內(nèi)規(guī)劃更強(qiáng)大的計(jì)算能力。小型化設(shè)計(jì)雖然能提升產(chǎn)品的競爭力，但也必需注意小型化帶來的風(fēng)險(xiǎn)：它們可能更容易出現(xiàn)斷裂、電氣噪聲干擾或機(jī)械不穩(wěn)定等問題。因此，必需在小型化技術(shù)與機(jī)械穩(wěn)定性之間尋求平衡，通過協(xié)調(diào)優(yōu)化數(shù)據(jù)速率、可靠性與小型化，確保滿足各種機(jī)械穩(wěn)定性和電氣性能要求。產(chǎn)品體積越小，其組裝生產(chǎn)過程以及系統(tǒng)內(nèi)部元器件的設(shè)計(jì)與構(gòu)造就越關(guān)鍵。系統(tǒng)的機(jī)械公差設(shè)計(jì)需要避免產(chǎn)生可能長期損害連接的摩擦或負(fù)載。

5. 該解決方案的總應(yīng)用成本是多少?

采用整體化的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，有助于實(shí)現(xiàn)更具競爭力的總應(yīng)用成本;而總應(yīng)用成本除了關(guān)注元器件成本外，還需要考慮設(shè)計(jì)、制造工藝、系統(tǒng)壽命以及持續(xù)性維護(hù)等環(huán)節(jié)。選用設(shè)計(jì)精良、性能可靠的元器件，就可以減少質(zhì)量問題和退換貨，從而降低總應(yīng)用成本。切忌只關(guān)注低價(jià)而忽視長期維護(hù)成本或質(zhì)量成本的短視做法，不要僅僅因?yàn)閮r(jià)格低廉就選擇便宜的元器件。

自動(dòng)化控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

許多趨勢正在塑造自動(dòng)化控制系統(tǒng)的未來發(fā)展方向和客戶期望。關(guān)注這些新興技術(shù)和重點(diǎn)領(lǐng)域，有助于設(shè)計(jì)工程師緊跟業(yè)界趨勢，打造更可靠、更靈活的系統(tǒng)。以下是四項(xiàng)值得關(guān)注的趨勢：

小型化：小型化的需求正影響著眾多行業(yè)的電子元器件。隨著工廠中使用的零部件和機(jī)器日益小型化，這些解決方案內(nèi)部的控制器和元器件也必須相應(yīng)縮小。然而，在體積減小的同時(shí)，對速度和功率的要求卻并沒有降低，甚至還在提高;諸如抗振動(dòng)、極端溫度等環(huán)境要求也沒有變化。在小型化進(jìn)程中，選擇合適的工業(yè)連接器解決方案，對確保元器件耐久性和可靠性至關(guān)重要。隨著解決方案體積越來越小，元器件選型失誤的影響將被放大。

功率需求攀升：這些元器件和系統(tǒng)的處理能力正持續(xù)突破新高度。推動(dòng)新系統(tǒng)應(yīng)用的關(guān)鍵因素之一，是能夠從現(xiàn)場提取信息，并通過臺(tái)式機(jī)、筆記本電腦或平板設(shè)備等渠道無縫傳遞給決策者。工業(yè)連接器必須具備高可靠性和高帶寬，才能充分利用功率和功能方面的先進(jìn)技術(shù)，因?yàn)檫B接器就好比一根管道，如果管道破裂，水就無法流動(dòng)。

人工智能(AI)的影響：這項(xiàng)技術(shù)可能對設(shè)計(jì)周期以及自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式產(chǎn)生重大影響。例如，當(dāng)制造商提出非常具體的系統(tǒng)要求時(shí)，就可以借助AI將其納入到解決方案中。這些系統(tǒng)日益增強(qiáng)的處理能力(如上所述)使工程師能夠借助AI實(shí)現(xiàn)重大突破。AI對連接技術(shù)的影響主要體現(xiàn)在帶寬和速度的提升，以及在惡劣環(huán)境中持續(xù)增強(qiáng)這些能力。

可持續(xù)性與能效：推動(dòng)可持續(xù)性將如何影響客戶對元器件的選擇?可持續(xù)性要求正重塑產(chǎn)品和解決方案的規(guī)格以及客戶的期望。自動(dòng)化控制系統(tǒng)在可持續(xù)性和能效方面的推進(jìn)尚處于初期階段，但未來幾年內(nèi)，客戶將對OEM在這些方面的表現(xiàn)提出更高要求。我們必須認(rèn)真思考這幾個(gè)問題：我們?nèi)绾翁幚韽U水?

產(chǎn)品是否完全可回收?用不了多久，這些問題就將納入系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心環(huán)節(jié)。

TE全球戰(zhàn)略業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理Ivan A Ruiz Stubelj：“根據(jù)市場和終端應(yīng)用嚴(yán)格的安全與可靠性要求來優(yōu)化硬件選型是非常重要的。電氣性能和穩(wěn)定性固然關(guān)鍵，但機(jī)械穩(wěn)定性同樣不容忽視?！?/p>

編者語：設(shè)計(jì)工程師如何提升敏捷性?

面對日益復(fù)雜的工業(yè)自動(dòng)化需求，工程師的敏捷性并非僅指響應(yīng)速度，更體現(xiàn)在設(shè)計(jì)決策的前瞻性與精準(zhǔn)度上?？梢詮囊韵滤膫€(gè)維度提升：

1. 將關(guān)鍵選型前置

連接器等基礎(chǔ)元器件的選型應(yīng)納入設(shè)計(jì)初期，而非流程末端。提前評估傳輸速率、環(huán)境耐候性與機(jī)械適配度，可避免后期因參數(shù)不匹配導(dǎo)致的反復(fù)修改，縮短開發(fā)周期。

2. 基于應(yīng)用場景做權(quán)衡

不盲從參數(shù)，而是深入理解終端工況。在小型化趨勢下，兼顧數(shù)據(jù)速率與機(jī)械穩(wěn)定性;在嚴(yán)苛環(huán)境中，平衡采購成本與長期可靠性。用全局視角替代局部優(yōu)化，減少隱性風(fēng)險(xiǎn)。

3. 建立綜合成本思維

跳出單純的價(jià)格比較，從系統(tǒng)壽命、維護(hù)頻次與制造工藝等維度評估方案。選用經(jīng)過工況驗(yàn)證的元器件，往往能通過降低故障率實(shí)現(xiàn)更優(yōu)的總應(yīng)用成本。

4. 善用外部技術(shù)資源

面對技術(shù)短板或新興標(biāo)準(zhǔn)，主動(dòng)對接具有跨行業(yè)經(jīng)驗(yàn)的供應(yīng)商與技術(shù)伙伴。借助其測試數(shù)據(jù)與應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，既能填補(bǔ)內(nèi)部盲區(qū)，也能為系統(tǒng)未來的升級預(yù)留空間。