Les systèmes industriels peuvent tirer parti des conceptions de produits grand public, à condition de prendre les précautions nécessaires

Il existe une relation intrigante, à la fois positive et négative, entre la conception de produits grand public pour le marché de masse et la conception de produits destinés à des applications industrielles. Du côté du matériel, les concepteurs industriels peuvent tirer parti des nombreux attributs des composants du monde des produits grand public. Citons par exemple les circuits intégrés basse consommation et basse tension, les composants passifs, actifs et de conditionnement à haut volume et faible coût, et une large gamme d'options d'interface utilisateur à la fois compactes et flexibles (écrans et claviers).

Du côté des logiciels, il existe des routines « toutes prêtes » pour gérer les fonctions E/S, comme les pilotes, la connectivité, les interfaces utilisateur, des routines de sécurité et de cryptage des systèmes et des liaisons, ainsi que des fonctions numériques et mathématiques, entre autres.

C'est pourquoi il est judicieux que les ingénieurs qui conçoivent des applications industrielles utilisent des composants et d'autres ressources issus de produits grand public, lorsque la situation le permet.

Cependant, il existe des différences majeures entre ces deux mondes. Une conception qui s'appuierait trop sur les principes et l'esprit des directives et des objectifs de conception de produits grand public présente même des inconvénients. Voici 12 différences notables :

1) Champ d'application : les produits industriels sont axés sur l'exécution parfaite et fiable d'une ou de quelques tâches. Pour la plupart des produits industriels, la simplicité est préférable à la complexité : en d'autres termes, mieux vaut offrir moins de caractéristiques et de fonctions, et même moins de flexibilité, mais les implémenter avec des solutions logicielles robustes et des outils matériels cohérents. En revanche, même si certains produits grand public ciblent le même objectif, nombreux sont ceux qui ne sont pas aussi performants qu'il le faudrait quant à leur mission et leurs fonctionnalités.

2) Interface utilisateur : les produits grand public deviennent souvent très vite compliqués à utiliser, avec des menus déroulants multicouches, une multitude d'options utilisateur et même des requêtes constantes du système d'exploitation à l'utilisateur. En revanche, l'interface utilisateur industrielle doit être directe, aller droit au but et offrir des choix d'utilisation clairement pertinents.

3) Complexité du clavier : les produits industriels sont équipés de touches à fonction unique dédiées aux fonctions hautement prioritaires, et non pas de « touches programmables » définies et redéfinies par le logiciel système au cours des différents modes de fonctionnement.

4) Exigences réglementaires : les produits grand public sont étroitement liés par les spécifications d'émissions EMI/RFI qui dépendent largement de la puissance de leur alimentation. Les conceptions industrielles doivent également respecter les réglementations sur les émissions, mais elles sont souvent moins strictes, compte tenu de l'environnement dans lequel elles évoluent. Cependant, les tensions plus élevées de nombreux systèmes industriels imposent des exigences plus strictes en matière de conception physique et de sécurité, notamment en ce qui concerne les dimensions de dégagement et de fuite pour la configuration des circuits des cartes.

Figure 1 : Le PLC AFPX-C14R de Panasonic présente une conception industrielle, différente de celle des dispositifs grand public typiquement esthétiques. (Source de l'image : Panasonic)

5) Protection : il est impératif de protéger les produits industriels contre les décharges électrostatiques (DES), les pointes de tension, le bruit, les surtensions et de nombreux autres problèmes inhérents à leur environnement. Généralement, les produits grand public n'ont pas besoin d'un niveau de protection aussi élevé contre ces perturbations.

6) Problèmes thermiques : pour de nombreux produits grand public, le refroidissement doit se faire par convection naturelle uniquement. Par conséquent, leurs couvercles comportent généralement de nombreux orifices de refroidissement (et les utilisateurs doivent veiller à ne pas les obstruer). À l'inverse, de nombreuses applications industrielles supposent un environnement ambiant plus chaud, voire une armoire fermée, avec un flux d'air naturel minimal. Il est donc nécessaire d'intégrer un refroidissement par air forcé dans la conception du système.

7) Aspect : pour les produits grand public, l'attrait visuel est souvent aussi important que les fonctionnalités et le côté pratique, d'où l'utilisation de boutons compacts et d'étiquettes souvent illisibles. Les conceptions industrielles, en revanche, privilégient la facilité d'utilisation et les fonctionnalités au détriment de l'apparence. Le boîtier, le format et l'étiquetage du produit sont donc souvent définis par les fonctions principales du produit, même si le résultat nuit à l'esthétique. Les contrôleurs logiques programmables (PLC) constituent un très bon exemple, à l'instar de l'AFPX-C14R de Panasonic, avec son boîtier épuré, son écran utilisateur basique et ses bornes de connexion de fils facilement accessibles (Figure 1).

8) Alimentation : dans les conceptions industrielles, l'alimentation est la base de la fiabilité, de la stabilité et de la longévité du système. L'alimentation industrielle met l'accent sur les marges de conception en ce qui concerne la tolérance des composants, la plage de températures, le bruit, les performances à long terme et la robustesse globale. Les produits grand public utilisent souvent une alimentation marginale tout juste suffisante, qui présente une faible marge de sécurité, met l'accent sur un faible coût et une grande autonomie (en cas d'alimentation par batterie) et peut ne pas durer très longtemps. On ne compte plus le nombre d'alimentations (et donc de produits) qui sont tombées en panne au bout d'un an seulement parce que leurs condensateurs n'ont pas tenu le coup.

Figure 2 : Les condensateurs pour applications industrielles, comme le THH9476M063W0250W d'AVX, mettent l'accent sur une tolérance aux températures plus élevées et une durée de vie plus longue. (Source de l'image : AVX)

À l'inverse, la nomenclature des alimentations industrielles spécifie souvent des condensateurs à température plus élevée et à durée de vie plus longue. Par exemple, le condensateur THH9476M063W0250W de la série THH d'AVX est un composant au tantale de 47 µF mesurant 12 mm × 12,50 mm × 6 mm et répertorié pour 1000 ou 2000 heures de fonctionnement à 230°C (en fonction du suffixe) et pour 10 000 heures de fonctionnement à 200°C (Figure 2). Bien que très peu d'applications industrielles atteignent un jour ces températures, cela signifie que la durée de vie à des niveaux plus modestes (mais qui restent élevés) sera largement supérieure aux 1000 heures des dispositifs standard à température ambiante.

9) Connectivité physique : bien que les produits grand public nécessitent souvent plusieurs câbles et connecteurs (même si les choses changent dans certains cas grâce à l'USB Type-C), les connecteurs grand public ne sont ni robustes ni verrouillés. Pensez par exemple aux connecteurs USB, HDMI et même au connecteur cylindrique omniprésent pour les adaptateurs d'alimentation. À l'inverse, les conceptions industrielles utilisent des connecteurs robustes, souvent dotés de mécanismes de verrouillage et de retenue.

Pour le câblage E/S de transducteur de base, elles utilisent souvent des blocs de jonction à la fois simples et fiables, faciles à utiliser (connexion et déconnexion), mais qui ne seraient pas acceptables sur un produit grand public. Le VI0921550000G d'Amphenol Anytek constitue un exemple typique. Il s'agit d'un bloc de jonction fil-à-carte à neuf positions avec un verrouillage par vis au niveau du fil inséré. Aucun conducteur filaire n'est exposé si le fil est dénudé correctement avant d'être inséré (Figure 3).

10) Sécurité : de nombreux produits grand public, comme les caméras ou les sonnettes bas de gamme, offrent peu ou pas de protection contre les pirates. Cela est inacceptable pour les systèmes industriels où un pirate informatique peut accéder à des informations internes ou causer des dégâts sur une chaîne de production. Pas besoin de vous faire un dessin !

Figure 3 : Les blocs de jonction à la fois simples et fiables sont largement utilisés dans les applications industrielles, mais sont normalement inacceptables sur un produit grand public. (Source de l'image : Amphenol Anytek)

11) Mises à niveau sur site : il arrive souvent que les produits grand public dotés d'un accès à Internet (c'est-à-dire presque tous les produits actuels) permettent au fournisseur de télécharger des « mises à niveau », souvent sans l'autorisation explicite de l'utilisateur. Par conséquent, il est possible de modifier les fonctionnalités, les fonctions, etc., sans que l'utilisateur n'approuve ni ne comprenne leur impact. Pire encore, cette fonctionnalité de « mise à niveau » est parfois utilisée comme couverture pour l'envoi d'un produit en version bêta, puisqu'une « correction » sur site est possible après l'envoi.

Pour les utilisateurs industriels, aucune de ces conditions n'est acceptable : les produits doivent être entièrement testés avant l'expédition, et les mises à niveau doivent rester exceptionnelles, être expliquées à l'avance et être effectuées à un moment spécifié par l'utilisateur.

12) Réparation et obsolescence : le taux de lancement de nouveaux produits dans les conceptions grand public implique souvent un arrêt de leur fabrication au bout de quelques années : trois à cinq ans en général. Passé ce délai, on ne trouve plus de cartes à circuit imprimé de rechange (même si elles sont réparables) et les différents composants peuvent eux aussi disparaître de la circulation.

À l'inverse, les produits industriels sont couramment utilisés pendant dix ans, quinze ans ou plus. Par conséquent, des cartes de rechange offrant une équivalence en termes de forme, d'adaptation et de fonctionnalités doivent être disponibles pendant cette période. Cela signifie que le tout dernier circuit intégré qui fait fureur n'est pas forcément le bon choix pour un produit industriel si le fournisseur ne souhaite pas jouer le jeu de la longévité et de la non-obsolescence du marché industriel.

Conclusion

Les concepteurs industriels doivent absolument étudier et envisager certaines approches et certains composants utilisés dans la conception de produits grand public, car ils peuvent offrir des solutions intéressantes pour faire face aux défis et atteindre les objectifs de conception. Cependant, il est important de reconnaître également les différences majeures entre les priorités des produits grand public et celles des produits industriels, et de bien comprendre que l'utilisation de normes de performances et de composants pour les produits grand public peut parfois compromettre la viabilité d'un produit industriel.