近现代人类社会的进步,离不开机器,更准确地说很大程度上是工业制造设备的功劳,机器的发展将人类从延续数千年的农耕社会带入了如今的工业化社会。

 

按照大家公认的标准,人类社会的工业化进程被分为四个阶段——也被定义为从工业1.0到工业4.0——目前我们正努力迈上“工业4.0”这个第四级台阶。

 

如果说迈过前两级台阶——分别是蒸汽机时代和电气化时代——是能源驱动方式变革的结果,那么在迈上后两级台阶——自动化和智能化——的过程中,信息技术则扮演了愈发重要的作用,特别是在工业4.0中,不夸张地说,数据已经成为了制造业新的“燃料”,其能够让生产系统和信息系统更加无缝地统合在一起,实现整个生产过程的智能化。

 

智能时代的工业设备

在这样的智能制造体系中,机器也将变得更加智能,它们除了仍然延续着工业设备可靠、安全、高效的基本特征外,更强调能够独立完成感知、思考、行动的自动化过程,而无需人工干预,甚至凭借大数据赋予的洞察力可以比人“考虑”得更为周全,完成诸如预测性维护等更高阶的工作,让机器设备的可靠性、安全性和高效性更上层楼。

 

上面的描述可能有些抽象,那么讲得具体一些,智能化时代工业设备发展的趋势包括四个方面:

 

安全性

自动化(或者说智能化)的设备,可大幅减少机器出错和故障率,更少的人工干预也减少了人机互动的机会,因此在保障机器和操作人员人身的安全性上,都会有显著提升。

 

可持续性

智能化也会带来更高的成本效益和节能减排效果,会进一步改善环境友好性,使得工业生产的可持续性得以加强。

 

生产效率

数据和软件的加持,特别是机器学习等AI技术的导入,是机器生产和维护等效率提升的保障。

 

互连性

需要在机器相互之间,以及机器与云端之间建立高效和可靠的连接,为数据的流动构建了畅通的通道。

 

新的趋势,也带来了新的要求,这些要求也自然会投射到具体的工业设备上。换言之,为了因应这些趋势,工业设备也必须进化出一些新的特点、新的技能。如果我们要去开发一台智能化的工业设备,下面这九个方面一定不能忽略掉:

 

  • 严苛环境下的可靠性:由于工业设备工作场所环境的特殊性,耐高温、耐高湿、耐机械振动和冲击往往是必选项。可靠的产品性能:需要额外的保护和保障机制,确保设备持续、稳定、高效地运行。防护和安全:必要的密封性、耐火性等特性,保护关键功能,符合安全规范。小型化:无需赘言,这是几乎所有机器设备的努力方向。易于组装:这可以为现场操作和维护带来极大的便利,降低机器设备总体拥有成本。模块化:以便能够快速、轻松地对设备功能模块、部件等进行更换和升级,获得更大的灵活性。连接性选项:可与外部设备连接,以实现更佳的扩展性;也有利于控制设备自身的尺寸和复杂性,在性能、可靠性、成本等要素之间实现均衡。无线技术:依托最先进的通信技术,为机器设备数据传输建立完善的数字化网络。

    行业标准和认证:衡量上述各个方面中机器设备是否合规合格,一系列的行业标准和规范提供了必要的参考标尺。

 

如何为工业设备选料?

说了这么多,这些都是人们的经验之谈,大家对照自己在实际工作中的经历,一定也会深以为然,投赞成票。但是这四大趋势、九大特点,看上去千头万绪,如果我们要去为一台具体的机器设备,选择一颗具体的料,似乎还是有些无从下手。或者说,没有一个可以提纲挈领的“抓手”,让我们在选料时获得“一击即中”的快感。

 

别急,其实本文的主要目的,就是来帮大家在工业设备的元器件选型方面“划重点”的。我们采用的方法,也是TE Connectivity(TE)工程师总结出来的,把握住了下面这几个要领,工业设备开发中的选料,就不会有“眉毛胡子一把抓”的忙乱了。

 

不卖关子了,其实TE的方法,说来也简单,就是对照上面这些“四大趋势”、“九大特点”归纳出了工业设备用元器件选料的五个核心要素,围绕这五个要素去评估一颗料的好坏,可以说就有的放矢了。这五个要素就是——安全性、可靠性、密封性、小型化和简单化。

 

图1:工业设备用元器件的五个核心要素

(图源:TE)

 

其实从字面上,就很好理解这五个要素对应的元器件的特性,为了更直观地说明,我们不妨通过TE的几款代表性的产品进行演示。

 

01、连接器

工业设备连接器通常用于在苛刻环境下可靠地传输数据、电力和信号,同时要考虑应用空间紧凑性、操作便利性等方面的要求。TE在这方面有非常丰富的产品组合,我们今天来重点看一看TE的通用MATE-N-LOK连接器,该连接器具有6.35mm的间距,额定电流、电压分别高达19A、600V,提供线对线(1-15位)、线对面板和线对板(2-15位)选项,实现了优秀的电气连接特性。

 

该连接器外壳具有正向锁定功能,提供了额外的连接可靠性;同时,正向极化和后腔识别功能等特点,可有效防止配接时的错误,让操作更容易。

 

通用MATE-N-LOK连接器为用户提供多种选项,其母/公端外壳以及接头所采用材料均符合IEC 60335-1第5版(750°C,无火焰)灼热丝测试 (GWT) 要求以及UL 94 V-0要求,以适应工业设备中具有特定安全要求的应用场景。

 

可以说,MATE-N-LOK系列连接器能够满足现代化工业设备的要求,提供一种高度可靠且经济的互连解决方案。

 

图2:MATE-N-LOK系列连接器

(图源:TE)

 

02、继电器

继电器在工业设备中应用极为广泛,它通过可靠的机械开关动作为机器设备提供准确的控制和保护。在这个产品类别中,代表TE出镜的是OJT TV-8通用低功耗PCB继电器。

 

该继电器最大的特点就是通过了UL TV-8等级的认证,具有耐117A冲击电流的特性,额定电流达到10A,可承受工作环境温度高达85°C。可以说,高可靠性是其最突出的特点,因此它是要求耐高冲击电流负载型应用的理想选择,如电机控制和楼宇自动化系统等领域。

 

同时OJT TV-8也兼具小型化的特点,“三围”尺寸为18.2mm x 10.2mm x 15.2mm,非常适合用于PCB空间有限的电路板设计。

 

图3:OJT TV-8通用低功耗PCB继电器

(图源:TE)


因此,如果你想找一款小型化、高可靠性的通用工业继电器,OJT TV-8应该可以重点了解一下。更多OJT TV-8继电器产品相关信息,请点击这里>>>

 

03、传感器

工业传感器的产品类型非常广泛,在严重依赖数据的智能化工业生产中,由于需要传感器去感知并产生大量的数据,因此其重要性也被提升到了一个新高度。

 

今天我们来重点关注一下TE的工业解析器(角位置旋转变压器),其作用是在伺服电机等应用中提供位置和速度的精确测量反馈,是一个包含了机械结构和电气设计的完整系统。从机械设备的角度看,旋转变压器由静止的定子和可移动的转子构成;从电气角度看,它由为转子供电的变压器和用于测定角度的辅助变压器构成。

 

可以说,工业角位置旋转变压器的设计还是有一点点小复杂的,不过TE在这方面做得着实不错。一方面,TE的产品能够满足小空间要求,为用户带来定制功能和更大的灵活性;另一方面,由于应用于电机这种高速运行的设备中,其在抗冲击和振动方面表现也可圈可点——能够提供1000m/s2抗冲击能力和200m/s2的抗振动能力,加之-55°C至150°C的宽工作温度范围,使得该传感器可以在一些极端的环境中可靠工作。

 

图4:TE工业角位置旋转变压器

(图源:TE)

 

想要进一步了解TE工业角位置旋转变压器的详细信息,请点击这里>>>

 

04、热缩管

热缩管在产品的设计开发中,往往处于比较“边缘”的地位,但是由于其包覆在电气连接点或端子上,起到绝缘、密封、应力消除等保护作用,在工业机器设备中的作用就不容忽视了。也就是说,想要实现工业设备的安全、可靠等要求,热缩管自身的特性首先要过硬,能够满足相应的设计规范要求。

 

比如TE的DWFR热缩管,这是一款双壁阻燃热缩管,它具有UL VW-1可燃性等级,提供了基本的安全性保障。DWFR热缩管采用聚烯烃外皮和热塑粘合剂内壁——介质壁外皮提供可靠的机械保护,以防磨损和弯折;粘合剂可粘合各种基板材料,防止湿气侵入——可见在可靠性和防潮性上都有细致的考量。此外,3:1和4:1的收缩比率能够让DWFR热缩管以有限的管线尺寸搭配各种基板,在简单易用性上也有加分。

 

图5:DWFR双壁阻燃热缩管

(图源:TE)

 

总之,DWFR热缩管为工业设备开发、制造和维修,提供了一款防潮密封、耐受机械应力、具有很高可靠性和安全性的解决方案。如需了解DWFR热缩管的更多信息,请点击这里>>>

 

为工业设备选料,从这里开始

通过上面的介绍,大家对于“谁才是最适合的工业机器设备元器件”这个问题,一定有了更清晰的认识。在实际的选料操作和产品评估中,大家还可以使用下面这样一个图表小工具:

 

图6:工业设备元器件选型雷达图

 

看明白了吧?是的,我们根据工业设备元器件的五个核心要绘制了制一张选型雷达图,选料时你可以先将设计要求(蓝色)绘制在选型雷达图中,然后再将每一款候选产品的特性参数(橙色)导入,并在同一张雷达图中显示,后者围起来的区域与前者重合度越大、越一致,也就说明越符合设计要求。这样,是不是就重点鲜明,一目了然了?

 

当然,最后还是要特别强调一点,如果你需要了解更多工业机器设备元器件的产品技术信息,可以访问贸泽电子的网站。你也可以从下面这个《TE工业机器元器件解决方案》专题起步,开始你的探索之旅,你会发现,这是一个非常不错的起点!