为什么工业电子产品那么贵？

shuszhao

工业电子产品贵在哪？因为小编也曾做过这方面的工程师，所以在看到这个话题后，脑袋里一下就冒出了好几个答案。虽然这些答案都没错，但在查阅资料后发现还是很不全面。下面小编就带大家了解下可能的答案。


元器件篇

这个问题小编认为可以从元器件和整机两个角度来谈。由于元器件是整机的基础，我们首先来看元器件。
据“消费类电子和工业级电子可靠性差异”一文所述，电子产品根据工作温度分为商业级（消费类电子）、工业级和军用级三大类。消费类电子和工业级电子的主要差异是：

[li]工业温度范围不同：消费级的温度范围时0℃~70℃；工业级的温度范围是-40℃~85℃；军用级的温度范围是-55℃~150℃。[/li][li]可靠性要求不同：工业级的可靠性要求（例如温湿度环境、电磁环境、机械振动环境等）比消费类的要求高。目前没有标准定义两者的具体可靠性试验条件，但可根据不同的使用温度及要求使用年限来计算可靠性试验的条件……[/li]

由此可见，工业电子产品也就主要贵在这两个方面。
EDN电子技术设计的社区上有几个网友的观点，小编对此表示认同。例如，kaokaohe指出，不同级别的电子产品是按不同的标准进行生产的，这样一来它们的各项指标也就都不一样，例如耐压范围、供电电压范围、能在温湿度范围比较大的环境下工作，能够在很严寒的环境下正常工作，为了追求产品全年不停止地运行，免去维护的烦扰。
当然，有些产品用低一等级的也是可以的，但是随之而来的可能就会增加维护成本。也有些产品可能运气好也是可以的。其实产品的使用寿命都是跟产品后期使用的频率、工作环境、有没有正常使用有关。好比一个手机，你买回来，又是贴膜又是带壳，有点灰了经常擦拭，不装恶意软件，不摔不磕碰，完美如初，手机可以用得更久。当然，还有一个重要的原因肯定是，手机本身硬件当时制作的时候没有出现缺陷。
“追忆流年寻梦少年”则指出，产品按各类温度范围、可靠性、特殊性能要求（如耐辐射、振动等）分成了很多等级，工业级产品不是最贵的，但温度范围宽于商业级，而且很多时候有防水、防潮、防尘等的特殊要求，为了满足这些要求，需要增加一些额外的防护设计和验证，相对于家用、商业产品也就贵一些了。
一般而言，等级越高，满足的各种要求越多，产品需要验证的项目越多，价格就越贵。
当然还有市场规模，即产品批量的问题，市场规模大，批量大的产品，价格会低，但工业电子产品批量往往都不太大，能称得上批量的，种类也不多，也导致工业电子产品价格高，升级换代速度慢。
“大漠孤雁”则举例说，之前他们公司有一款产品，是民用的，后来需要安装在飞机上，那么，温度、压力、气压、湿度、电源范围、震动等因素都需要考虑选择工业级的产品，同时，可靠性要求也比民用高，可能需要考虑一些冗余设计，比如双电源热备份等。在器件选择、产品设计阶段就要考虑这些因素。成本、可靠性要求高决定了工业级产品贵。
luck_gfb则指出，工业品使用寿命也会要求高一些，产品损坏造成的损失也会大一些，民品也会有质保期，但民品坏了就是直接替换一个就好了，很少有索赔的。
gxzwm_150828704对此补充说，工业产品使用环境不可想象，必须在任何环境下都可正常稳定长期工作，所以贵是有道理的，再一个是工业产品产量肯定不能跟消费级的比，量少也会影响价格，还有就是订制化，每个客户需求不同，可能都会些不同需要单独调整，最后是服务费用，工业产品只能是生产厂服务或指定机构，这个费用占比很大。


整机篇

看完上述种种原因，我们再用一个例子从整机的角度来进一步分析分析。


工业级UPS与商业级UPS对比

据EDN姐妹网站Electronic Products上的“Industrial vs. commercial-grade UPS systems”一文所述，工业UPS应用是世界上最苛刻的一类环境。这种系统必须要能承受巨大的温湿度范围，并且所放位置通常还比较狭窄、难以触及且气流不足。
除此之外，还必须考虑环境空气中是否包含腐蚀性元素，而不导致变压器、电路板和连接器的性能发生老化。工业UPS元器件和电路要么涂有惰性密封剂，以便保护其不受恶劣环境的影响，要么配备有专用的空气过滤器。当然，这两种情况都会导致成本增加。
工业UPS需要在较高的环境温度下运行，这就要求元器件也能在相应的环境下运行，并能承受关键设备负载的要求。因此，大多数工业UPS系统都配备了冗余风扇。
相比之下，商业级（IT用）UPS系统则通常放置在温湿度受控的环境中，从而让UPS系统以及关键系统的服务器、路由器和数据驱动器达到最佳性能。


运维

工业级UPS系统通常由现场技术人员提供服务。这推动了元器件级别的维修，并且对更换和维修关键元器件时的隔离，还需要提供文档说明。这就需要时间，并且与机房环境相比，在工业环境中进行维修时还更易暴露在旁路电源下。

                               
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工业级UPS系统通常由合格的技术人员提供服务，这就将维修推动到了元器件级别。

工业级UPS系统通常也工作在非冗余模式：专用配电系统只有一个电源模块，唯一的备用电源是旁路电源。由于需要使用UPS的工业应用仅占总负载的一部分，电源模块也在向更小的方向发展。仪表/过程控制或PLC是关键项目，为了避免其内存或状态丢失，就必须对其提供保护（被控下游元件所采用的电源则不需要这么高的保护程度）。
在计算机机房中，大多数UPS系统都会采用冗余配置，从而确保在其中一路发生故障时不至于让关键负载断电。任何人都不希望看到UPS系统长时间工作在旁路状态，这样风险很大。
技术人员在对这些复杂系统提供服务时，通常以模块化的方式进行维护。他们需要将机器的各个部分隔离开来，然后根据现场维护备件清单进行替换。通常，这可以减少停机时间，并使系统更快地恢复服务，从而降低数据中心的运营风险。


使用寿命

工业UPS设备所采用的元器件需要有一定的设计余量，从而使其在典型的工业环境中工作时，其平均故障间隔时间（MTBF）能超过100,000小时。
即使采用保守的设计方法，冷却风扇和直流电容器等元器件也会随着时间而老化。工业UPS用户（例如发电厂）通常要求UPS系统的寿命能达到二三十年。石化行业则要求UPS的使用寿命为10到15年。
在商用UPS市场，UPS系统往往会在5年后淘汰。如今，随着数据技术的发展，数据中心的寿命通常不到5年。因此，商用UPS供应商倾向于将其设计得更便宜、更小和更高效。


电池后备时间

根据应用的不同，IT用UPS电池的后备时间不同。例如，如果工厂有备用发电机，那么只需要使备用时间长到足以使发电机电力稳定即可。
通常，IT用UPS应用采用阀控铅酸电池作为备用，要求其能提供10到30分钟的电能。并且其所采用的充电器只需要能在8到10个小时内将电池充电到95%的容量即可。
相比之下，工业应用所需的电池支持时间长达60分钟到8个小时或者更长，充电器容量通常也必须大得多。


保护与控制

工业UPS系统采用钢制成，其厚度可达2mm，为了进一步保护UPS外壳，可能还会在其表面上涂一层厚厚的工业漆。大多数工业UPS系统的等级为NEMA 12，以便使电源和控制元器件免受潮湿和污染的影响。相比之下，商用UPS系统通常采用较薄规格的钢或塑料外壳，等级为NEMA 1。
数据中心交流配电系统的设计可保护UPS不受电源和旁路输入馈线上传入的EMI/RFI的影响。结合使用专用的输入馈电线和隔离变压器，不仅可以降低EMI/RFI，而且可以减少市电线路上的故障电流。
在某些工业应用中，UPS交流输入功率是由开关柜或电动机控制中心提供，并且通常与电气噪声负载（例如变速驱动器）共享总线连接。对于此类应用，可能需要使用输入隔离变压器。


总结

综上所述，我们看到工业级和商用级（消费类）电子产品之间存在种种性能上的差别，它们最终都会以成本的方式体现。
此外，与商用电子相比，工业电子需要过数量多得多和性能高得多的标准认证，这不仅反映到元器件和整机物料的选取，还反映到更严格的测试与测量上面。举个例子，以小编当初在智能电表行业工作的经验，智能电表研发需要过各种性能标准和功能标准，为此，生产厂商必须配备大量的测试设备，甚至这样都还满足不了测试所需，部分试验还需要去电科院完成。这也就涉及大量的人力和物力以及时间成本。
最后，由于工业市场的规模比不上民用市场，因此分摊到单个产品上的单位开发成本也就更高。

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