电子设备制造商应拥抱定制连接器解决方案
2022-07-23 13:45
在当今快节奏的工业环境中，工业应用中使用的设备正在经历多重变革。制造新产品的 OEM 在尝试连接性设计时面临着挑战。物联网 (IoT) 正在助长最终用户对更多数据和更快处理的渴望，而5G 网络只会助长这种渴望。
降低设备和系统成本的压力正在推动新产品提供更多功能。设备制造商必须利用该功能来确保未来产品的成功;然而，最小化尺寸并使最终产品更易于集成和安装的压力始终存在。
满足新趋势和市场的经典需求之间的平衡是一项重大挑战，设备制造商在创造新产品时必须以不同的方式思考。标准连接器并不总是实现这一目标的最佳选择。定制的连接器解决方案可以帮助实现许多这些挑战所需的平衡。
快速转发到 IIOT
当今物联网的大趋势正在产生新的问题。工业设备 OEM 面临着将新产品推向市场的压力，这些新产品在降低整体产品尺寸的同时增加了智能和功能。所有这些都必须在不牺牲稳健性的情况下完成。如果工业应用中的新设备(如控制、显示器或监控系统)没有联网且易于访问，那么它们在市场上被接受和成功的机会就很小。
随着工业世界中物联网 (IIoT) 的引入，不断扩展的 IIoT 正在将更多的工业设备连接到该领域的其他工业设备。5G 网络将作为主要方式“快速推进”这一趋势。
图 1. 5G 网络将容纳更多用户和设备，使 IIoT 成为可能。
新设备实现这一目标的唯一方法是扩展控制器的 I/O 数量和所有现场设备的网络功能。工业级设备的附加 I/O 需要更多可以在现场轻松端接的连接。增加设备内的 I/O 计数会增加该设备的大小。减小地板上和机柜内设备整体尺寸的持续压力直接反对这一点。在减小尺寸的同时增加 I/O 意味着必须使用更多的高密度连接器。
在尝试增加产品功能时，需要处理更多数据和连接更多信号。对联网设备的额外数据的访问只会激发人们对获取更多数据的兴趣。未来几年 IIoT 中连接设备数量将超过400亿的报告无处不在。
这种对数据日益增长的需求转化为增加联网终端设备的数量和更多的连接点供控制器管理。增加设备中的 I/O 数量或为不同的网络协议集成新的数据连接器将是一个简单的成就;然而，数据连接器的稳健性受到质疑。今天的数据连接器既快速又便宜。但工业网络需要更强大的数据连接器，具有更宽的温度范围、更高端的振动保护以及 IP67 等级等液体进入保护。
现成连接器的优缺点
今天的 OEM 面临的挑战不仅仅是稳健性、功能和密度。他们一直在与竞争压力作斗争。单是他们产品特点就可以让他们脱颖而出;在这种情况下，原始设备制造商可以简单地直接获得一个可以工作的连接器。当上市速度变得越来越重要时，最好有一个现成的连接器可用。
但有效的连接器并不总是能区分单个产品。使用现成的连接器是以牺牲个人外观和感觉为代价的。新产品的开发速度比以往任何时候都快，使得市场更加拥挤。随着新设备的涌入，具有独特外观和感觉的品牌连接器变得更加重要，并且可以帮助公司的设备在竞争中脱颖而出。
质量问题的风险是原始设备制造商关注的另一个问题。使用新的联系系统可能会打开现有联系系统已经解决的未知问题。新接触系统的验证过程可能很长，并且会带来可能导致生产延迟的未知问题。鉴于当今工业世界的发展速度，生产延迟可能会产生巨大的成本，包括市场份额的损失和客户群的信任损失。
为了在这个全球经济中更快地将产品推向市场，与开发和制造合作伙伴的密切沟通至关重要。例如，当开发在一个国家，生产由 EMS 合作伙伴在另一个国家完成，配送中心在第三国时，OEM 需要有更好的沟通，并与能够处理全球通信的合作伙伴合作。
解决问题
单独解决这些问题中的每一个都可以有一个相对简单的解决方案。然而，这些问题之间的平衡带来了更大的挑战。
在应对增加 I/O 和减小设备整体尺寸的挑战时，唯一的答案是更高密度的连接。这听起来很容易。但是，当考虑到您的产品的安装及其可用性时，这将成为一项重大挑战。对于需要连接到多个现场设备的设备，需要在某处完成分立的接线端接。在控制器上使用高密度连接器并将离散线连接推到控制柜的另一部分只会将增加的成本推到另一个面临空间限制挑战的位置。
图 2. 带有弹簧端接的连接器在不牺牲可靠性的情况下减小了尺寸。
当今可用的一些连接器有助于减小尺寸;例如，从螺钉端接改为弹簧端接可以减小连接点的整体尺寸，同时提高可靠性并降低成本(图 2)。另一种选择可能是改用包含电源和信号连接的混合式连接器，这样可以减小连接器的整体尺寸(图 3)。
图 3. 混合连接器将信号和电源组合到一个连接器中，节省空间。
但是在考虑数据连接时，可用的选项很少。高密度办公级连接器无法承受高温、更高的冲击和振动要求，并且在许多情况下，工业级连接器通常具有液体进入保护。标准的现成连接器无法满足为未来设计的工业设备的需求。向数据连接器添加螺纹法兰会有所帮助，但温度额定值不同，并且在使用办公级接触系统中常用的薄镀金时，接触界面处的振动会导致问题。
如果您还需要考虑最终产品的外观和感觉，并且想要创建品牌认知度，那么现成的连接器无法提供这种个性化的外观和感觉。因此，营销经理必须花时间区分他们的产品，以实现他们需要的品牌认知度。
今天，上市时间至关重要。使用现成的标准连接器解决方案可让您快速设计连接器。但设计过程可能需要额外的时间，因为要使连接器更加坚固。这意味着需要额外的开发时间和潜在的生产成本。
使用自定义连接器寻找平衡
在考虑所有挑战时，定制解决方案变得越来越有吸引力。如果一个连接器满足每个人的需求，那么今天就不会有成千上万种不同类型的连接器可用。可以为 OEM 的特定应用设计定制的解决方案，并比现成的选项更好地满足个人需求。定制解决方案可以满足密度要求，同时将连接器集成到单个产品的包装中。定制的解决方案可以考虑各种环境中的可用性，并提供个性化的外观和感觉，以使最终产品在竞争中脱颖而出并增强 OEM 的品牌。
定制设计可以通过包括电源、信号和数据连接需求来最有效地利用应用程序中的空间。通过针对新工业设备的特定需求设计连接器，OEM 可以在不牺牲 I/O 或数据连接数量的情况下实现最大的空间节省。还可以实现数据连接性的增强鲁棒性。
定制的数据连接器可以满足工业应用中典型的冲击和振动要求、温度范围和液体进入保护。通过定制解决方案，您还可以将连接技术集成到电子外壳中，确保最有效地利用空间并降低总体组装成本。
一种常见的误解是，定制解决方案太昂贵且设计时间太长。如果只考虑批量生产的商业连接器的单位成本和工具的交货时间，定制的解决方案可能会更高。但考虑到设计中为满足新趋势所需的让步，例如在工业环境中增加功能、减小整体尺寸和稳健性，定制解决方案的成本变得更具吸引力。
尽管原型工具和增材制造等新技术可以大大缩短时间，但必须考虑工具的交货时间。增材制造技术正在接近制造连接器所用材料的相同性能。印刷金属的性能越来越接近冲压成型的高导电性铜，塑料材料也越来越接近机构批准所需的各种高温范围和阻燃性(图 4)。
图 4. 增材制造可以为定制连接器铺平道路。
但不仅仅是连接器组件可以从增材制造中受益。它也是用于制造它们的工具。增材制造可以制造传统机械加工无法制造的工具。例如，增材制造提供了足够的灵活性，可以将冷却线放置在注塑模具中传统加工无法做到的地方。除了模具的设计方式外，打印注塑模具和嵌件还可以大大缩短注塑成型组件的交货时间，从而可以快速启动和运行定制连接器解决方案。
如今，拥有内部增材制造能力的连接器制造商可以成为非常有价值的合作伙伴。他们可以试验新的金属复合材料，这些复合材料可以印刷并与传统冲压成型接触系统的质量非常匹配，或者塑料材料的性能可以接近连接器设计中使用的机构批准的塑料的性能。增材制造正在改变许多 OEM 考虑定制连接器解决方案的方式。
与具有定制解决方案经验的成熟供应商合作可以在多个方面提供帮助，并大大缩短开发时间。通过预先进行必要的工作(例如设计验证和模流分析)，合作伙伴可以将开发时间缩短数周。除了前期工作之外，当连接器合作伙伴可以访问其他连接器设计中可用于新定制解决方案的组件时，他们可以解决有关新接触系统未知问题的担忧。
具有全球认可的最高质量的成熟供应商至关重要。通过利用来自广泛产品的连接器组件或现有接触系统的专有技术并将其重新设计到新的连接器外壳中，可以大大减少开发时间和工具成本。该策略还可以减少与新机构批准相关的时间和成本。联系解决方案的验证是确保您拥有高质量连接的关键步骤。利用该专有技术和现有验证可以节省大量资金。
所有优质的连接器制造商都有一个具有里程碑意义的开发过程;然而，标准产品的典型开发过程与定制产品的开发过程大不相同。在考虑标准产品时，连接器制造商需要确定市场需求，开发概念，并通过客户反馈修改和验证这些概念。这通常是与多个客户一起完成的，他们都有自己的需求。设计一个连接器来满足多个客户的需求可能需要几个概念和变体来满足所有客户想要的一部分。所有这些工作都必须在制造商完成设计或订购组件工具和装配机之前完成。这个过程可能需要数月甚至数年才能最终确定一个概念。
