Industrie-PCs benötigen Prozessoren, die ein gutes Gleichgewicht zwischen Einzelthread-Leistung und Multicore-Fähigkeiten bieten. Bei anspruchsvollen Automatisierungsaufgaben wie Predictive-Maintenance-Systemen und PLC-Synchronisation setzen die meisten Anlagen auf Multicore-Optionen wie Intel Core i7 oder AMD Ryzen 9 Modelle, die Taktraten von über 3,5 GHz beibehalten können. Anwendungen, bei denen es stark auf die zeitliche Abstimmung ankommt, insbesondere robotic motion control, erfordern Prozessoren, die Interrupts innerhalb von etwa 5 Mikrosekunden verarbeiten können. Diese schnelle Reaktionszeit macht die Systeme zuverlässig genug für präzise Fertigungsprozesse, bei denen bereits kleine Verzögerungen Probleme verursachen können.
Grafikprozessoren, die in der Lage sind, vier Teraflops oder mehr zu verarbeiten, steuern heutzutage etwa 72 Prozent der Maschinenvisionsanlagen in modernen Smart Factories. Diese Systeme können Fehler in Echtzeit mit Geschwindigkeiten von bis zu 120 Bildern pro Sekunde erkennen. Bei leichteren KI-Aufgaben schneiden spezialisierte visuelle Verarbeitungseinheiten jedoch hinsichtlich des Energieverbrauchs besser ab. Eine aktuelle Umfrage bei Herstellern von Erstausrüstungen bestätigt dies und zeigt, dass VPUs den Strombedarf für einfachere Modelle um etwa 40 % im Vergleich zu herkömmlichen GPUs senken. Denken Sie an Anwendungen wie die optische Sortierung, bei denen die Rechenanforderungen nicht so hoch sind, aber Zuverlässigkeit eine große Rolle spielt.
| CompoNent | Grundlage für KI-Arbeitslasten | Industrieller Anwendungsfall |
|---|---|---|
| RAM | 32GB DDR5 ECC | Puffer für Echtzeitanalysen zur Qualitätsprüfung |
| Aufbewahrung | 1TB NVMe PCIe Gen4 | Edge-basierte digitale Zwillinge-Datensätze |
| Erweiterungssteckplätze | 3x PCIe x16 | Add-on-FPGA-Beschleuniger |
Diese Konfiguration gewährleistet eine zuverlässige Verarbeitung von Hochdurchsatz-Sensordaten und unterstützt die Echtzeit-Entscheidungsfindung am Netzrand.
Laut MarketsandMarkets aus dem Jahr 2024 wird der weltweite Markt für mit künstlicher Intelligenz optimierte Industrie-PCs voraussichtlich stark wachsen und bis zum Jahr 2030 mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von rund 19,8 Prozent zunehmen. Dieses Wachstum wird maßgeblich dadurch befeuert, dass Unternehmen anfangen, Generative-KI-Technologien direkt in ihre SCADA-Systeme zu integrieren. Hersteller entwickeln zukünftig Maschinen der nächsten Generation mit fortschrittlichen Flüssigkeitskühlungsfunktionen, die leistungsstarke Chipsätze mit einem thermischen Design-Punkt von 350 Watt bewältigen können. Gleichzeitig behalten diese neuen Modelle weiterhin Schutzgehäuse der Schutzart IP66 bei, wodurch sie ideal für anspruchsvolle industrielle Umgebungen wie Gießereien mit hohen Temperaturen oder Stahlwerke unter täglicher Beanspruchung durch raue Bedingungen sind.
Industrie-PCs müssen weiterlaufen, auch wenn die Bedingungen extrem sind. Wir sprechen von Temperaturen, die von minus 40 Grad Celsius bis hin zu sengenden 85 Grad Celsius schwanken können, zusätzlich zu ständigen Vibrationen, die manchmal über 5 Grms liegen, ganz zu schweigen von Orten, an denen unzählige winzige Partikel in der Luft schweben. Schauen Sie sich beispielsweise Metallwerkstätten an. Untersuchungen an Materialien zeigen etwas ziemlich Beunruhigendes: Etwa zwei Drittel der Systeme ohne geeignete Abdichtung fallen bereits nach 18 Monaten aus, da Staub eindringt und Probleme mit der elektrischen Leitfähigkeit verursacht. Deshalb investieren intelligente Unternehmen tatsächlich Zeit und Mühe in die Prüfung ihrer Produkte nach militärischen Standards wie MIL-STD-810G für Schock- und Vibrationsbelastungen sowie ISO 15999, die festlegt, wie gut sie verschiedenen Arten von Partikeln standhalten. Diese Tests stellen sicher, dass diese Computer lange genug halten, um in rauen Umgebungen wie Kohlebergwerken, Ölplattformen auf hoher See oder anderswo dort zu funktionieren, wo herkömmliche Geräte viel zu früh versagen würden.
Thermische Managementsysteme ohne Lüfter eliminieren störende bewegliche Teile, die im Laufe der Zeit verstopfen können. Laut dem Industrial Computing Report aus dem Jahr 2023 reduziert diese Bauweise Ausfälle um etwa 42 % in staubigen Umgebungen wie Zementwerken, in denen herkömmliche Kühllösungen versagen. Auch die Dichtungsstandards sind entscheidend. Systeme mit IP65-Bewertung oder NEMA-4-Konformität widerstehen Wasserstrahlen und aggressiven Chemikalien hervorragend, weshalb sie besonders gut in Lebensmittelverarbeitungsbetrieben sowie auf Frachtschiffen funktionieren. Und nun zur Haltbarkeit: Moderne Gehäuse aus einer Kombination von Aluminium und Polycarbonat halten deutlich länger als die meisten Alternativen. Wir sprechen hier von einer Betriebsdauer von über 100.000 Stunden ohne Unterbrechung, selbst bei ständiger Belastung durch salzhaltige Luft – damit sind sie praktisch unzerstörbar unter extremen industriellen Bedingungen.
Die entscheidende Größe für die langfristige Zuverlässigkeit eines Systems liegt in der Lebensdauer der Komponenten und darin, ob sie bei Bedarf leicht gewartet werden können. Bei der Auswahl von Industrie-PCs sollten Modelle bevorzugt werden, die eine Verfügbarkeit der Komponenten von mindestens 10 Jahren versprechen sowie modulare Designmerkmale wie Hot-Swap-Speicheroptionen und austauschbare GPU-Module bieten. Dies trägt dazu bei, Produktionslinien reibungslos laufen zu lassen, ohne unerwartete Ausfallzeiten. Heutzutage sind MTBF-Werte von über 300.000 Stunden mittlerweile Standard bei seriösen Edge-AI-Anwendungen in Fertigungsanlagen. Lebensmittelverarbeiter profitieren besonders von frontseitig zugänglichen Wartungselementen in modularen Systemen, da diese die Wartungszeit während der täglichen Reinigungszyklen erheblich verkürzen, die herkömmliche Geräte in solch rauen Umgebungen sonst schnell verschleißen lassen.
Die Verbindung von Operational Technology (OT) mit Informationstechnologie (IT) wird für moderne Industrie-PCs zunehmend unverzichtbar, die alle Arten von Ein- und Ausgabeverbindungen verarbeiten müssen. Die meisten Hersteller möchten heutzutage, dass ihre Geräte mit den Protokollen Profinet, EtherCAT und MQTT kompatibel sind, um alte Maschinen mit neuen, cloud-basierten Analysewerkzeugen verbinden zu können. Die führenden Industrie-PCs auf dem Markt verfügen über 8 bis 16 programmierbare GPIO-Schnittstellen sowie zwei Gigabit-Ethernet-Controller. Diese Spezifikationen ermöglichen einen reibungslosen Datenfluss zwischen SPS-Systemen und ERP-Systemen ohne Unterbrechungen. Laut einer Anfang 2024 veröffentlichten Studie zum Thema industrielle Vernetzung haben Unternehmen, die integrierte I/O-Architekturen einsetzen, ihre Reaktionszeiten zwischen Maschinen und ERP-Systemen im Vergleich zu Unternehmen mit getrennten Systemen um etwa 40 Prozent reduziert. Eine solche Verbesserung macht sich im täglichen Betrieb deutlich bemerkbar.
Industrie-PCs mit hoher Leistung überzeugen besonders durch ihre hybriden Netzwerkfähigkeiten. Diese Maschinen sind mit integrierten 5G-Modems, WLAN 6E-Technologie sowie Ethernet-Anschlüssen mit Time-Sensitive Networking (TSN) ausgestattet, wodurch sie gleichzeitig sowohl mit lokalen Sensoren in den Anlagen als auch mit zentralen KI-Verarbeitungseinheiten verbunden sein können. Bei Fernüberwachungsszenarien nutzen diese Systeme LoRaWAN im 2,4-GHz-Band, um Reaktionszeiten von unter 100 Millisekunden auch über Entfernungen von etwa 15 Kilometern hinweg sicherzustellen. Eine solche Reichweite ist entscheidend für Anwendungen wie die Überwachung von Öl- und Gasleitungen oder die Steuerung von Versorgungsnetzen, bei denen schnelle Reaktionen am wichtigsten sind. Laut praktischen Tests in verschiedenen Branchen reduziert sich durch diese hybriden Netzwerke verbundene Ausrüstung unerwartete Ausfallzeiten um rund 29 %. Dies liegt daran, dass Betreiber nun vorausschauende Wartungsmaßnahmen über verschiedene Netzwerksegmente hinweg durchführen können, bevor Probleme tatsächlich auftreten.
Für die meisten Unternehmen, die auf den Industry-4.0-Zug aufspringen, ist Skalierbarkeit von großer Bedeutung – etwa sieben von zehn legen tatsächlich Wert auf diesen Aspekt bei der Auswahl ihrer Ausrüstung. Daher entscheiden sich viele für Industrie-PCs mit PCIe/PCI-Erweiterungssteckplätzen und Möglichkeiten zur Hutschienenmontage. Das modulare Design ist besonders hilfreich, da Unternehmen so Komponenten wie GPU-Beschleuniger aktualisieren oder OPC-UA-Server einrichten können, ohne ihre gesamte bestehende Hardware auseinandernehmen zu müssen. Wir haben dies bereits erfolgreich in Automobilfertigungsanlagen gesehen, in denen eigene spezielle Integrationsmethoden für diese Bauteile entwickelt wurden. Und vergessen wir nicht die Geräte mit wechselbaren Speicherfächern und einfachem Zugang zu Erweiterungsmodulen. Laut einigen Branchenberichten reduzieren diese Funktionen die Nachrüstzeit um rund zwei Drittel, was bei der Planung zukünftiger Verbesserungen sinnvoll ist, um den Betrieb reibungslos aufrechtzuerhalten, ohne größere Unterbrechungen.
Die Auswahl von Industrie-PCs für die intelligente Fertigung erfordert eine gründliche Validierung der Software-Ökosysteme und der Einhaltung gesetzlicher Vorschriften. Diese Faktoren gewährleisten langfristige Interoperabilität und rechtlich konforme Nutzung auf internationalen Märkten.
Bei der Auswahl eines Betriebssystems kommt es wirklich darauf an, welche Art von Anwendungen ausgeführt werden müssen und welche Entwicklungstools verwendet werden. Windows IoT funktioniert hervorragend mit älterer Fertigungssoftware, auf die viele Fabriken noch immer angewiesen sind. Linux-Optionen wie Ubuntu Core hingegen bieten Entwicklern mehr Freiheit, um eigene Automatisierungscodes zu schreiben. Wenn es jedoch um besonders schnelle Anwendungen geht, bei denen die Reaktionszeit unter einer Millisekunde liegen muss – beispielsweise Roboter, die Bauteile bewegen oder Maschinen in Echtzeit steuern –, dann sind Echtzeitbetriebssysteme (RTOS) unschlagbar. Sie bewältigen diese zeitlichen Anforderungen besser als jedes andere Betriebssystem.
Die Verwendung von Docker zur Containerisierung zusammen mit Kubernetes zur Orchestrierung ermöglicht es, versionskontrollierte Aktualisierungen ohne Ausfallzeiten in Live-Systemen umzusetzen. Plattformen am Netzwerkrand wie Microsofts Azure IoT Edge oder Amazons AWS Greengrass erleichtern die sichere Bereitstellung von Machine-Learning-Modellen in verteilten Netzwerkumgebungen. Die gesamte Architektur reduziert den Validierungsaufwand um etwa 30–35 % im Vergleich zu traditionellen monolithischen Architekturen, da Dienste voneinander getrennt sind und das Zurücksetzen von Änderungen wesentlich einfacher wird. Diese Trennung hilft Teams, Funktionen schneller zu testen, bevor sie in die Produktion überführt werden.
Bei der weltweiten Bereitstellung von Systemen müssen Unternehmen strenge Zertifizierungsregeln befolgen. Das CE-Zeichen zeigt an, dass Geräte in Europa ordnungsgemäß mit anderen elektronischen Geräten zusammenarbeiten. In Nordamerika benötigen Produkte die UL- und FCC-Zulassung, um die Sicherheitsanforderungen zu erfüllen und elektromagnetische Störungen zu kontrollieren. Für Orte, an denen Explosionen auftreten könnten, belegen die ATEX- und IECEx-Zertifikate, dass Geräte keine gefährlichen Reaktionen auslösen. Die Prüfungen enden jedoch nicht mit der Zertifizierung. Hersteller müssen immer dann neue Tests durchführen, wenn sie Änderungen an der Hardware vornehmen, um ihre Zertifizierung gemäß den neuesten Leitlinien von Aqua Cloud aus dem vergangenen Jahr aufrechtzuerhalten. Heutzutage bestehen rund 7 von 10 Fertigungsanlagen auf einer unabhängigen Verifizierung, bevor sie etwas in die Produktion aufnehmen. Deshalb sind Vorschriften wie FDA 21 CFR Teil 11 für Branchen, die mit sensiblen Materialien arbeiten, besonders wichtig – insbesondere in der pharmazeutischen Herstellung, wo bereits kleine Fehler später zu erheblichen Problemen führen können.
Intel Core i7 und AMD Ryzen 9 Prozessoren werden aufgrund ihres ausgewogenen Verhältnisses zwischen Einzelthread-Leistung und Mehrkern-Fähigkeiten, die für Automatisierungsanwendungen geeignet sind, empfohlen.
GPUs mit einer Leistung von vier Teraflops oder mehr sind entscheidend für den Betrieb von Maschinenvisionsanlagen und ermöglichen die Echtzeiterkennung von Fehlern bei hohen Bildraten.
Robuste Industrie-PCs sind in rauen Umgebungen wie Metallwerkstätten und Kohlebergwerken erforderlich, in denen extreme Temperaturen, Vibrationen und Staub vorherrschen.
Moderne robuste PCs sollten lüfterlose Kühlung, IP65/NEMA-4-Zertifizierung und widerstandsfähige Gehäuse besitzen, um anspruchsvolle industrielle Bedingungen zu überstehen.
Eine nahtlose Konnektivität gewährleistet eine reibungslose Integration zwischen Operational Technology- und Informationstechnologie-Systemen, was für moderne industrielle Abläufe entscheidend ist.
Es sollte geprüft werden, ob das Betriebssystem mit den vorgesehenen Anwendungen kompatibel ist, sei es Windows IoT, Linux oder ein Echtzeit-Betriebssystem.
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