Los sistemas industriales pueden beneficiarse de los diseños de productos de consumo, suponiendo que se tomen las precauciones adecuadas.

Existe una intrigante buena y mala relación entre el diseño de los productos de consumo para el mercado masivo y los productos para aplicaciones industriales. En cuanto al hardware, los diseñadores industriales pueden aprovechar y beneficiarse de los muchos atributos de los componentes del mundo de los productos de consumo. Entre estos se encuentran los circuitos integrados (CI) de baja potencia y bajo voltaje, componentes de alto volumen, bajo costo pasivos, activos y de empaque, y una amplia gama de pequeñas, pero flexibles, opciones de interfaz de usuario (pantallas y teclados).

En cuanto al software, hay rutinas "preprogramadas" para manejar funciones de E/S, como controladores, conectividad, interfaces de usuario, sistema y enlace de seguridad y rutinas de cifrado, y funciones numéricas y matemáticas, por citar solo algunas.

Por estos motivos, los ingenieros diseñan aplicaciones industriales para utilizar componentes de productos de consumo y otros recursos donde tenga sentido.

Sin embargo, existen grandes diferencias entre los dos mundos e incluso desventajas en el diseño al depender totalmente de los requisitos y el enfoque de las pautas y objetivos de diseño de productos del mercado masivo. A continuación, se presentan las doce más notorias:

1) Alcance: los productos industriales se centran en hacer bien una o varias cosas y hacerlo de manera confiable. Para la mayoría de los productos industriales, se trata de "menos es más"; en otras palabras, ofrecen menos características y funciones, e incluso con menos flexibilidad, pero son implementadas con un software sólido y un hardware consistente. Por el contrario, mientras que algunos productos de consumo están enfocados de manera similar, muchos carecen de una misión y presentan un "arrastre".

2) La interfaz de usuario: los productos de consumo a menudo se vuelven complicados para usar, con menús desplegables de varias capas, una gran cantidad de opciones de usuario e incluso consultas constantes del sistema operativo al usuario. Por el contrario, la interfaz de usuario industrial debe ser directa, al punto y con opciones de usuario que sean claramente relevantes.

3) Complejidad del teclado: Los productos industriales tienen teclas de función única destinadas a funciones de alta prioridad, en lugar de "teclas programables" que el software del sistema define y redefine durante los modos operativos.

4) Requisitos reglamentarios: Los productos de consumo están estrictamente limitados por las especificaciones de emisión EMI/RFI, que dependen, en gran medida, de la potencia de su fuente de alimentación. Los diseños industriales también deben cumplir con las regulaciones de emisiones, pero a menudo son menos estrictos dado el entorno en el que operan. Sin embargo, los voltajes más altos de muchos sistemas industriales imponen requisitos más estrictos en el diseño físico y de seguridad, incluidas las dimensiones de espacio libre y distancia eléctrica en el diseño del circuito de la placa de CI.

Figura 1: El PLC Panasonic AFPX-C14R presenta un diseño industrial, distinto del de los dispositivos de consumo típicamente estéticos. (Fuente de la imagen: Panasonic)

5) Protección: Los productos industriales deben protegerse contra descargas electrostática (ESD), picos, ruido, sobretensión y muchos otros problemas inherentes a su entorno; por lo general, los productos de consumo no necesitan un nivel de protección tan alto contra estos efectos.

6) Problemas térmicos: Para muchos productos de consumo, el enfriamiento debe ser solo por convección natural; por lo tanto, generalmente hay una matriz de orificios de enfriamiento en sus carcasas (y los usuarios deben asegurarse de no bloquearlos). Por el contrario, muchas aplicaciones industriales suponen un entorno ambiental más cálido e incluso un gabinete cerrado, con un flujo de aire mínimo no forzado. Por lo tanto, el enfriamiento por aire forzado debe tenerse en cuenta en el diseño del sistema.

7) Apariencia: Para los productos de consumo, el "atractivo" visual suele ser tan importante como la funcionalidad y la conveniencia; por lo tanto, se utilizan botones pequeños y etiquetas, a menudo, ilegibles. Los diseños industriales, por otro lado, favorecen la facilidad de uso y la funcionalidad sobre la apariencia, por lo que la carcasa del producto, el factor de forma y el etiquetado a menudo se definen por las funciones principales del producto, incluso si el resultado interfiere con la estética. Esto se ve claramente en un controlador lógico programable (PLC) como el Panasonic AFPX-C14R, con un paquete sencillo, pantalla de usuario básica y terminales de conexión de cable de fácil acceso (Figura 1).

8) Fuente de alimentación: En los diseños industriales, la fuente de alimentación es la base de la confiabilidad, la estabilidad y la larga duración del sistema. La fuente de alimentación industrial enfatiza los márgenes de diseño con respecto a las tolerancias de los componentes, el rango de temperatura, el ruido, el rendimiento a largo plazo y la solidez general. Los productos de consumo a menudo usan un suministro marginal que simplemente "pasa", tiene poco margen de sobrecarga, enfatiza el bajo costo y el tiempo de funcionamiento prolongado (si funciona con batería) y puede que no dure mucho; hay innumerables historias de suministros (y, por lo tanto, productos) que fallaron después de un año simplemente porque sus condensadores de entrada se secaron o se hincharon.

Figura 2: Los condensadores para aplicaciones industriales, como el THH9476M063W0250W de AVX, enfatizan una mayor tolerancia a la temperatura y una vida útil más larga. (Fuente de la imagen: AVX)

En contraste, la lista de materiales (BOM) para suministros industriales a menudo especifica condensadores de mayor temperatura y mayor vida útil. Por ejemplo, el condensador THH9476M063W0250W en la serie AVX THH es un componente sellado de tántalo de 47 microfaradios (µF) que mide 12 milímetros (mm) x 12.50 mm x 6 mm que está clasificado para 1000 o 2000 horas a 230 ⁰C (dependiendo en sufijo), y durante 10,000 horas a 200 ⁰C (Figura 2). Aunque muy pocas aplicaciones industriales alcanzarán estas temperaturas, significa que la vida útil a niveles más modestos, pero aún altos, será de un orden de magnitud mayor que la calificación de 1000 horas de los dispositivos de grado estándar a temperatura ambiente.

9) Conectividad física: Si bien los productos de consumo a menudo requieren múltiples cables y conectores (aunque eso está cambiando en algunos casos debido a USB Tipo-C), los conectores de consumo no son resistentes ni están enganchados: piense en USB, HDMI e incluso en el ubicuo conector cilíndrico para adaptadores de fuente de alimentación. Por el contrario, los diseños industriales usan conectores resistentes, a menudo con mecanismos de bloqueo y sujetadores.

Para el cableado básico de E/S del transductor, a menudo usan bloques de terminales simples, aunque confiables, que son fáciles de usar (conectar y desconectar), pero que no serían aceptables en un producto de consumo. El VI0921550000G de Amphenol Anytek es típico: este es un bloque de terminales de cable a placa de nueve posiciones con tornillo de bloqueo para el cable insertado; no se expone ningún conductor de cable si el cable se pela correctamente antes de insertarlo (Figura 3).

10) Seguridad: Muchos productos de consumo, como las cámaras de video de baja calidad o los timbres, tienen poca o ninguna protección contra los hackers. Eso es inaceptable para los sistemas industriales donde un hacker puede acceder a información interna o causar estragos en una línea de producción. ¡No hay necesidad de explicar esto detalladamente!

Figura 3: Los bloques de terminales son simples, aunque confiables y se usan ampliamente en aplicaciones industriales, pero normalmente serían inaceptables en un producto de consumo. (Fuente de la imagen: Amphenol Anytek)

11) Actualizaciones de campo: Es común que los productos de consumo con acceso a Internet, que son casi todos los productos en estos días, permitan al proveedor descargar "actualizaciones", a menudo sin una aprobación explícita del usuario. Como resultado, las características, las funciones y más pueden cambiar sin la aceptación del usuario o la comprensión de sus impactos. Peor aún, esta capacidad de "actualización" a veces se usa como una cubierta para enviar un producto de versión beta, ya que se puede "arreglar" en el campo después del envío.

Para los usuarios industriales, ninguna de estas condiciones son aceptables: los productos deben ser completamente probados cuando se envían y cualquier actualización debe ser poco frecuente, explicada de antemano y realizada en el momento especificado por el usuario.

12) Reparación y obsolescencia: La tasa de introducción de nuevos productos para diseños de consumo significa que a menudo se suspenden en unos pocos años; es muy común de tres a cinco años. Después de eso, las placas de CI de reemplazo no están disponibles (incluso si son reparables) y sus componentes también pueden no estar disponibles.

Por el contrario, los productos industriales se usan comúnmente durante diez, quince o más años. Por lo tanto, las placas de reemplazo que son equivalentes en la forma, el ajuste y las funciones deben estar disponibles durante ese período. Eso significa que el IC más reciente y mejor puede no ser la opción correcta para un producto industrial si el proveedor no está dispuesto a comprometerse con los requisitos de larga duración y no obsolescencia del mercado industrial.

Conclusión

Los diseñadores industriales definitivamente deberían analizar y considerar el uso de algunos de los componentes y enfoques utilizados en el diseño de productos de consumo, ya que estos pueden ofrecer soluciones atractivas para los desafíos y objetivos de diseño. Sin embargo, es importante reconocer también las diferencias distintivas entre las prioridades de los productos de consumo frente a los industriales, y dónde el uso de componentes y estándares de rendimiento de productos de consumo puede comprometer la viabilidad del producto industrial.