隨著電子設(shè)備的復(fù)雜性不斷增加，設(shè)計人員面臨著確保產(chǎn)品可靠性，平衡可制造性、用戶體驗(yàn)、不斷增長的功率需求和環(huán)境耐用性的挑戰(zhàn)。為了在保護(hù)產(chǎn)品和品牌聲譽(yù)的同時實(shí)現(xiàn)設(shè)計目標(biāo)，可采用以下幾種方法。

電子設(shè)備和系統(tǒng)變得更小、更快、更強(qiáng)大，且緊密相聯(lián)。隨著客戶期望的提高，提供可靠性能的產(chǎn)品越發(fā)復(fù)雜。工程師和系統(tǒng)架構(gòu)師被迫在產(chǎn)品性能與業(yè)務(wù)需求/市場期望之間進(jìn)行權(quán)衡，因此往往會采用折中的方案。

在各行各業(yè)，產(chǎn)品可靠性已經(jīng)與品牌緊密相連，可靠性低的產(chǎn)品可能會對公司的品牌、產(chǎn)品發(fā)布甚至新技術(shù)的聲譽(yù)造成毀滅性影響。然而，Molex 在最近對 756 名設(shè)計工程師和系統(tǒng)架構(gòu)師進(jìn)行的有關(guān)擴(kuò)展閱讀《產(chǎn)品可靠性與硬件設(shè)計的調(diào)查》中發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)行設(shè)計權(quán)衡時，只有3%的受訪者將可靠性作為首要考慮因素。

工程師們堅信，在設(shè)計過程中必須充分考慮以下關(guān)鍵因素。同時，這也涉及到為確保產(chǎn)品可靠性而進(jìn)行的創(chuàng)新措施。

借助技術(shù)手段，可以在成本預(yù)測、可制造性和可靠性之間達(dá)成平衡

從技術(shù)上講，產(chǎn)品成本和可制造性是兩件事，但它們通常密切相關(guān)，數(shù)據(jù)也支持這種相關(guān)性。50%的受訪者認(rèn)為，在進(jìn)行設(shè)計權(quán)衡時，人們最有可能優(yōu)先考慮的是成本而不是產(chǎn)品可靠性；而46%的受訪設(shè)計人員認(rèn)為最有可能優(yōu)先考慮的是可制造性。但是，是否有必要進(jìn)行這種權(quán)衡，是否在不犧牲可靠性的情況下仍能（控制成本進(jìn)而）滿足業(yè)務(wù)需求呢？

由汽車行業(yè)推動的預(yù)測工程和數(shù)字孿生方面的創(chuàng)新正在挑戰(zhàn)人們先入為主的觀念。長期以來，設(shè)計人員一直借助軟件來設(shè)計印刷電路板、突出顯示電路板上的發(fā)熱點(diǎn)和電磁干擾問題。但是，預(yù)測和數(shù)字孿生技術(shù)的進(jìn)步開始將整個設(shè)計整合在一起，并在制作實(shí)物原型之前預(yù)先確定產(chǎn)品在真實(shí)環(huán)境中的性能。這種軟模擬如何幫助我們在成本、可制造性和可靠性之間進(jìn)行平衡呢？可以通過如下幾種方法進(jìn)行平衡：

材料選擇 –產(chǎn)品設(shè)計中使用的金屬、塑料和其它材料的選擇會極大影響產(chǎn)品成本、制造和裝配方式以及典型和極端應(yīng)用場合中產(chǎn)品的長久可靠性。熱管理對可靠性的影響尤為重大，這在很大程度上受到材料的影響。這種選擇也會影響制造方法，例如是否應(yīng)啟用3D打印。預(yù)測工程不僅可以預(yù)測材料的性能，還可以預(yù)測它們能否經(jīng)受住環(huán)境暴露和日常使用的嚴(yán)酷考驗(yàn)。

元器件選擇 –預(yù)測建?？梢詭椭覀兇_定：為了滿足性能要求（這對成本影響很大），是需要用現(xiàn)成的元器件還是用定制的元器件，以及元器件在整個產(chǎn)品生命周期中的可靠性如何。Molex 甚至在設(shè)計自己的高可靠性連接器時使用預(yù)測工程技術(shù)，Molex最近開發(fā)了一種高保真數(shù)字孿生，以95%的準(zhǔn)確率預(yù)測連接器的額定電流，并測量臨時電流峰值的影響。對于像汽車這樣可靠性會影響用戶安全的行業(yè)，這項(xiàng)技術(shù)可以幫助車企減少車輛的召回和保修。

預(yù)測性工程和數(shù)字孿生的下一步發(fā)展是什么呢？

Molex莫仕已經(jīng)開始將這項(xiàng)技術(shù)與AR/VR設(shè)備相結(jié)合，使工程師能直接與虛擬世界和環(huán)境進(jìn)行互動。隨著這項(xiàng)技術(shù)的日益普及，我們可以期待工程師能夠直觀展示內(nèi)部系統(tǒng)、子系統(tǒng)和元器件的可靠性特征，例如在采用工業(yè) 4.0 系統(tǒng)的工廠車間，這些數(shù)據(jù)對于控制未來設(shè)備的成本、可制造性和可靠性非常寶貴。工程師們對這一未來感到興奮，近一半的受訪者認(rèn)為，人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、模擬和數(shù)據(jù)分析等數(shù)據(jù)驅(qū)動技術(shù)的創(chuàng)新為未來5年提高電子產(chǎn)品可靠性提供了最佳機(jī)會。

用戶體驗(yàn)，將軟件和硬件的可靠性問題聯(lián)系在一起

毫無疑問，消費(fèi)者與智能手機(jī)等日常設(shè)備互動的趨勢正在擴(kuò)展到專業(yè)應(yīng)用程序中，而糟糕的用戶體驗(yàn)（UX）可能很快就會毀掉一款產(chǎn)品的發(fā)布。超過三分之一的受訪者認(rèn)為必須讓用戶獲得好的體驗(yàn)，為此，我們甚至不惜以犧牲產(chǎn)品可靠性為代價。

但用戶體驗(yàn)是對軟硬件設(shè)計的復(fù)雜感受，用戶可能認(rèn)為某個問題是硬件可靠性問題，但實(shí)際上卻可能是編程問題。此外，用戶還受到外部影響而體驗(yàn)不佳，該影響也可能被視為設(shè)備的可靠性問題。而連通性問題也會嚴(yán)重破壞用戶體驗(yàn)，例如：數(shù)據(jù)中心停機(jī)、網(wǎng)絡(luò)擁堵，甚至來自附近設(shè)備的干擾問題。用戶體驗(yàn)還如何影響在可靠性方面的決策呢？

觸屏交互性 –觸摸屏在智能手機(jī)上被成功應(yīng)用，自此，觸摸屏被融入到幾乎每個行業(yè)的設(shè)備中。電容式觸摸開關(guān)被用在從汽車娛樂系統(tǒng)到醫(yī)療設(shè)備在內(nèi)的各種設(shè)備上，它重新定義了控制設(shè)備的意義。

然而，要使用戶體驗(yàn)被認(rèn)為是可靠的，觸摸屏必須反應(yīng)靈敏，能夠承受持續(xù)的物理壓力并且顯示清晰可辨的內(nèi)容。聚苯乙烯磺酸鹽或聚3,4-乙烯二氧噻吩（也稱為PEDOT）是一種突破性的有機(jī)聚合物，是家用電器等設(shè)備上觸摸式人機(jī)界面（HMI）的理想材料。雖然不像傳統(tǒng)的氧化銦錫 （ITO） 觸摸開關(guān)那樣能提供超清晰顯示，但 PEDOT 提供了多項(xiàng)性能優(yōu)勢，可直接支持可靠性，可用于耐高溫產(chǎn)品（如廚房灶具）以及應(yīng)用于彎曲和非傳統(tǒng)表面，這時它提供更高的耐用性。

非接觸式連接 –新興的非接觸式連接設(shè)備，例如 Molex 的 MX60 系列解決方案，與傳統(tǒng)的機(jī)械連接器相比，在提高長久可靠性的同時，為用戶體驗(yàn)帶來了諸多好處。

非接觸式連接器利用小型化射頻 （RF） 接收器和收發(fā)器在近距離進(jìn)行無線數(shù)據(jù)交換，并可通過 DisplayPort、千兆以太網(wǎng)和 USB SuperSpeed 等協(xié)議進(jìn)行通信。

有了這種非接觸式連接設(shè)備，當(dāng)兩臺顯示器并排放置時，我們無需物理電纜即可立即將一臺顯示器的屏幕內(nèi)容轉(zhuǎn)移到另一臺上，從而簡化了用戶設(shè)置，并消除了因接觸式連接器的錯位或誤用而損壞連接點(diǎn)的風(fēng)險。

此外，使用非接觸式連接可以取消調(diào)試端口，從而改善相關(guān)工程師或技術(shù)人員的體驗(yàn)，同時消除了接觸式連接器上常見的水和灰塵侵入問題。

功耗是對可靠性的考驗(yàn)

從汽車到數(shù)據(jù)中心，隨著用戶需要更快、功能更豐富、功能更強(qiáng)大的系統(tǒng)和設(shè)備，功耗呈上升趨勢。受訪者反映了這一轉(zhuǎn)變，25%的受訪者將功耗因素放在首位。

但功耗因素給可靠性帶來了考驗(yàn)，對設(shè)計提出了更高的要求，尤其是在熱管理方面；同時為了滿足使用場合對更高功耗的要求，電網(wǎng)本身的可靠性也受到考驗(yàn)。工程師如何在不影響可靠性的情況下設(shè)計更高功耗的產(chǎn)品呢？

高可靠性連接器 –盡管質(zhì)量對于提供可靠的性能始終很重要，但在高功率應(yīng)用場合中，這種重要性被放大，在這些應(yīng)用場合中，低質(zhì)量的連接器會對系統(tǒng)及其周圍環(huán)境造成損壞。例如，電動汽車電池的充電質(zhì)量差會導(dǎo)致汽車壽命和行駛距離縮短，甚至導(dǎo)致熱失控。類似的風(fēng)險也存在于家庭儲能系統(tǒng)，其中來自可再生能源的低質(zhì)量電力傳輸可能會降低電池系統(tǒng)在最需要的時候啟動的可能性。

對于電力而言，熱量是可靠性的最大威脅之一。在評估用于大功率應(yīng)用場合的連接器時，重要的是不僅要考慮電流，還要考慮特殊的設(shè)計特性，例如大面積的接觸表面和低接觸電阻，以盡量減少產(chǎn)生的熱量。

可靠性應(yīng)經(jīng)得起實(shí)際應(yīng)用考驗(yàn)

物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的日益普及和各行各業(yè)系統(tǒng)的日益復(fù)雜，正在將復(fù)雜的電子設(shè)備置于范圍更廣泛的環(huán)境條件和應(yīng)用中。這一點(diǎn)并沒有被產(chǎn)品設(shè)計師忽視。23%的工程師認(rèn)為產(chǎn)品應(yīng)該適應(yīng)環(huán)境和使用條件，這是他們的主要設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)之一。使用預(yù)測分析工程技術(shù)是在不犧牲可靠性其它方面的情況下確保耐用性的一種方法，但該技術(shù)還能做些什么呢？讓我們看看汽車領(lǐng)域的情況。

汽車領(lǐng)域?qū)ξ覀兊膯l(fā)–很少有應(yīng)用場合比汽車行業(yè)更能將電子系統(tǒng)暴露在范圍更廣泛的惡劣條件下。汽車或卡車中使用的部件必須能夠耐受水和灰塵的侵入、極端溫度和持續(xù)振動。從某種意義上說，行車環(huán)境可以被看作是對部件可靠性的巨大現(xiàn)實(shí)考驗(yàn)環(huán)境，而那些經(jīng)受住了惡劣道路環(huán)境考驗(yàn)的車輛幾乎可以承受任何考驗(yàn)。

傳統(tǒng)上可能被歸類為汽車上使用的連接器也是工業(yè)機(jī)器人、戶外照明、農(nóng)用設(shè)備和船舶的理想選擇。洗衣機(jī)會暴露在液體、熱、冷和振動中。無人機(jī)可能會在大風(fēng)和潮濕的空氣中飛行。太陽能發(fā)電場會暴露在夏季炎熱和冬季嚴(yán)寒天氣中。事實(shí)證明，汽車及其內(nèi)部部件可以適應(yīng)這一切惡劣環(huán)境。

在考慮連接器在環(huán)境條件和日常使用中的可靠性時，請考慮采用：

具有 IP67、IP68 和 IP69k 等高防護(hù)等級的堅固外殼，這種外殼可防止液體和碎片雜質(zhì)的進(jìn)入 。

對配時的鎖定和對準(zhǔn)機(jī)制，如連接器固位裝置（CPA）、端子固位架 （TPA）、主鎖加固裝置 （PLR）、獨(dú)立輔助鎖 （ISL） 和慣性鎖，可最大限度地減少連接器的連接意外脫開。

工作溫度范圍大的連接器，以適應(yīng)冰凍和高溫條件。

Molex實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品性能指標(biāo)和可靠性的關(guān)鍵

隨著工程師在可靠性方面面臨越來越復(fù)雜的挑戰(zhàn)，供應(yīng)商發(fā)揮著越來越重要的作用。超過 90% 的受訪者認(rèn)為，如果沒有值得信賴和經(jīng)過考驗(yàn)的供應(yīng)商，就無法打造可靠的產(chǎn)品。但96%這一壓倒性多數(shù)的受訪者曾因可靠性問題而更換了零部件供應(yīng)商，28%的受訪者表示經(jīng)常更換供應(yīng)商。那么，供應(yīng)商能否滿足客戶不斷增長的需求呢？

Molex 能夠迎接挑戰(zhàn)，我們的歷史證明了這一點(diǎn)。80 多年來，我們擁有提供創(chuàng)新型、高質(zhì)量互連解決方案的經(jīng)驗(yàn)，這得益于我們?nèi)蚨鄬W(xué)科的工程團(tuán)隊的努力、尖端技術(shù)和奉行的客戶至上原則。與客戶合作是我們一切工作的核心，專注于在不犧牲可靠性的情況下應(yīng)對設(shè)計工程師面臨的復(fù)雜權(quán)衡問題。每當(dāng)客戶與 Molex 合作時，他們都會將自己品牌聲譽(yù)交到我們手中掌控。我們確保他們能夠提供可靠的產(chǎn)品。