Akıllı üretim için nasıl endüstriyel bilgisayar seçilir?

İşlem Gücünü ve Yapay Zeka Hesaplama İhtiyaçlarını Değerlendirme

CPU Performansını Endüstriyel İş Yüklerine Uydurma

Endüstriyel bilgisayarlar, tek iş parçacığı performansı ile çok çekirdekli yetenekler arasında iyi bir denge sağlayan işlemcilere ihtiyaç duyar. Tahmine dayalı bakım sistemleri ve PLC senkronizasyonu gibi yoğun otomasyon iş yüklerinde çoğu tesis, saat hızını 3,5 GHz'in üzerinde tutabilen Intel Core i7 veya AMD Ryzen 9 modelleri gibi çok çekirdekli seçenekleri tercih eder. Zamanlama açısından büyük önem taşıyan uygulamalarda, özellikle robotik hareket kontrolü gibi durumlarda, yaklaşık 5 mikrosaniye içinde kesmeleri (interrupt) yönetebilen işlemciler gereklidir. Küçük gecikmelerin dahi sorunlara yol açabileceği hassas üretim işlemlerinde bu tür hızlı yanıt süreleri, sistemlerin güvenilir olmasını sağlar.

Edge AI ve Makine Görüşünde GPU ve VPU'nun Rolü

Günümüzde modern akıllı fabrikalardaki makine görüsü kurulumlarının yaklaşık %72'sini dört teraflop veya daha fazla işlem yapabilen grafik işlem birimleri (GPU) destekliyor. Bu sistemler, saniyede 120 kareye varan hızlarda gerçek zamanlı olarak hataları tespit edebiliyor. Ancak daha hafif AI görevlerinde, özel amaçlı görsel işlem birimleri (VPU), enerji tüketimi açısından aslında daha iyi performans gösteriyor. Orijinal ekipman üreticilerinden yapılan bir ankete göre, basit modeller için geleneksel GPU'lara kıyasla VPU'lar güç gereksinimlerini yaklaşık %40 oranında azaltıyor. Optik sıralama gibi yoğun bilişsel gereksinimleri olmayan ancak güvenilirliğin büyük önem taşıdığı uygulamaları düşünün.

RAM, Depolama ve Gerçek Zamanlı İşleme Gereksinimlerinin Değerlendirilmesi

Bu yapı, yüksek verimli sensör verilerinin güvenilir bir şekilde işlenmesini sağlar ve kenar bilişte (edge) gerçek zamanlı karar verme süreçlerini destekler.

Gelecek Trendleri: Yapay Zekâ Destekli Endüstriyel Bilgisayarlar İçin Artan Talep

MarketsandMarkets'in 2024 yılı verilerine göre, yapay zekâ ile optimize edilmiş endüstriyel bilgisayarların dünya çapındaki pazarı 2030 yılına kadar yaklaşık %19,8'lik bir bileşik yıllık büyüme oranıyla oldukça hızlı bir şekilde genişlemesi bekleniyor. Bu büyümenin temel nedeni, şirketlerin üretici yapay zekâ teknolojilerini SCADA sistemlerine doğrudan entegre etmeye başlamasıdır. İlerikiye dönük olarak, üreticiler artık güçlü 350 watt termal tasarım noktası yongalarını kaldırabilecek gelişmiş sıvı soğutma özelliklerine sahip nesil sonraki makineler tasarlamaktadır. Yine bu yeni modeller IP66 dereceli koruyucu muhafazalarını korumaya devam ederler, bu da onları sıcaklıkların yüksek olduğu dökümhaneler ya da her gün sert koşullara maruz kalan çelikhaneler gibi zorlu endüstriyel ortamlar için ideal hale getirir.

Çevresel Dayanıklılığın ve Uzun Vadeli Güvenilirliğin Sağlanması

Zorlu Koşullara Karşı Direnç: Sıcaklık, Titreşim ve Toz

Endüstriyel bilgisayarlar, dışarıda işler gerçekten zorlaştığında bile çalışmaya devam etmelidir. Söylediğimiz şey, -40 derece Celsius'tan başlayıp 85 derece Celsius'a kadar çıkabilen sıcaklıklardan, bazen 5 Grms değerini aşan sürekli titreşimlere ve ayrıca etrafta bol miktarda dolaşan küçük parçacıkların bulunduğu ortamlara kadar uzanır. Özellikle metal atölyelerinde neler olup bittiğine bir bakın. Malzemeler üzerinde yapılan testler oldukça endişe verici bir şey ortaya koymuştur: uygun şekilde sızdırmazlığı yapılmamış sistemlerin yaklaşık üçte ikisi, tozun içeri girmesi ve iletkenlikle ilgili sorunlara neden olması sonucu yalnızca 18 ay sonra arızalanmaktadır. Bu yüzden akıllı şirketler, şok ve titreşimlere karşı MIL-STD-810G standardına ve farklı türdeki partiküllere maruz kalma durumunu değerlendiren ISO 15999'a göre ürünlerini test etmeye gerçek çaba harcarlar. Bu testler, bu bilgisayarların kömür madenciliği operasyonları, açık denizdeki petrol platformları veya normal ekipmanın çok erken başarısız olacağı herhangi bir yer gibi zorlu ortamlarda yeterince uzun süre çalışmasını sağlar.

Dayanıklı Tasarım Özellikleri: Fanlı Soğutma Olmaksızın ve IP65/NEMA-4 Derecelendirmeleri

Fan içermeyen termal yönetim sistemleri, zamanla tıkanmaya eğilimli olan hareketli parçaları ortadan kaldırır. 2023 Endüstriyel Bilişim Raporu'na göre, bu tasarım geleneksel soğutma çözümlerinin dayanamadığı çimento fabrikaları gibi tozlu ortamlarda arızaları yaklaşık %42 oranında azaltır. Sızdırmazlık özellikleri de önemlidir. IP65 derecesine sahip ya da NEMA-4 standartlarını karşılayan sistemler, su jetlerine ve sert kimyasallara karşı yüksek direnç gösterir; bu nedenle gıda işleme tesislerinde ve yük taşıyan gemilerde oldukça iyi çalışır. Dayanıklılıktan bahsedelim. Alüminyum ve polikarbonattan oluşan bu modern muhafazalar, çoğu alternatife kıyasla çok daha uzun ömürlüdür. Tuzlu hava ile sürekli temas halinde bile 100.000 saatten fazla kesintisiz çalışma süresi sunabilirler; bu da onları zorlu endüstriyel koşullar için neredeyse mermi geçirmez hale getirir.

İşletim Ömrü ve Bakım Verimliliği İçin Seçim

Uzun vadeli sistem güvenilirliği açısından en önemli nokta, bileşenlerin ne kadar uzun ömürlü olduğudur ve gerektiğinde kolayca servis edilip edilemeyeceği. Endüstriyel bilgisayar seçerken, en az 10 yıl boyunca bileşen temini vaat eden ve sıcak tak-çıkart depolama seçenekleri ile değiştirilebilir GPU modülleri gibi modüler tasarım özelliklerine sahip modelleri tercih etmelisiniz. Bu durum, üretim hatlarının beklenmedik kesintilere uğramadan sorunsuz şekilde çalışmaya devam etmesini sağlar. Günümüzde, üretim tesislerinde ciddi edge AI uygulamaları için 300.000 saatin üzerinde MTBF değerleri artık neredeyse standart hale gelmiştir. Özellikle gıda işleme sektörü, modüler sistemlere entegre edilmiş ön erişimli servis panellerinden büyük ölçüde yararlanır çünkü bu paneller, geleneksel ekipmanları sert ortamlarda hızla yıpratan günlük temizlik döngüleri sırasında bakım süresini önemli ölçüde kısaltır.

Bağlantıyı Maksimize Etme ve Sorunsuz Sistem Entegrasyonu

OT ve BT Birleşimi için Çeşitli G/Ç Arayüzlerini Destekleme

Operasyonel teknolojiyi (OT) bilgi teknolojisiyle (IT) birleştirmek, çeşitli giriş/çıkış bağlantılarını yönetmesi gereken modern endüstriyel bilgisayarlar için giderek daha önemli hale geliyor. Günümüzde çoğu üretici, eski makineleri yeni bulut tabanlı analiz araçlarına bağlayabilmek için ekipmanlarının Profinet, EtherCAT ve MQTT protokolleriyle uyumlu olmasını istiyor. Pazardaki en iyi endüstriyel bilgisayarlar genellikle 8 ile 16 arasında programlanabilir GPIO portuna ve iki Gigabit Ethernet kontrolörüne sahiptir. Bu özellikler, PLC'ler ile ERP sistemleri arasında kesintisiz veri akışını sağlar. 2024 yılının başlarında yayımlanan bir endüstriyel ağ iletişimi araştırmasına göre, entegre girişi-çıkışı mimarisi kullanan şirketlerin makine-ERP yanıt süreleri, ayrı sistemlerle çalışanlara kıyasla yaklaşık %40 oranında düşmüş. Bu tür iyileştirmeler, günlük operasyonlarda gerçek bir fark yaratıyor.

Hibrit Ağları Etkinleştirme: Kablo Bağlantı, Kablosuz, LoRa ve Hücresel

Yüksek performanslı endüstriyel bilgisayarlar, hibrit ağ yeteneklerinde gerçekten öne çıkar. Bu makineler, entegre 5G modülleri, WiFi 6E teknolojisi ve Zaman Duyarlı Ağ (TSN) destekli Ethernet portları ile donatılmıştır ve bu da onlara tesis boyunca dağılmış yerel sensörlere bağlanırken aynı anda merkezi yapay zeka işlem birimlerine de ulaşma imkanı tanır. Uzaktan izleme durumlarından bahsederken, bu sistemler yaklaşık 15 kilometrelik mesafelerde bile tepki sürelerini 100 milisaniyenin altına düşürmek için 2,4 GHz bandında LoRaWAN teknolojisinden yararlanır. Petrol ve doğalgaz boru hatlarının izlenmesi ya da hızlı tepkinin en önemli olduğu kamu hizmeti şebekelerinin yönetilmesi gibi uygulamalarda bu kadar geniş bir menzil hayati öneme sahiptir. Çeşitli sektörlerde yapılan gerçek dünya testlerine göre, bu hibrit ağlar üzerinden bağlı ekipmanlar beklenmedik durma süresini yaklaşık %29 oranında azaltır. Bunun nedeni, operatörlerin sorunlar meydana gelmeden önce farklı ağ segmentlerinde tahmine dayalı bakım çalıştırabiliyor olmasıdır.

Modüler Genişleme ve Ölçeklenebilir Tasarım ile Geleceğe Hazırlık

Endüstri 4.0 trendine atılan çoğu şirket için ölçeklenebilirlik çok önemlidir ve ekipman seçiminde bu konuya yaklaşık onun yedisi önem vermektedir. Bu yüzden birçok şirket PCIe/PCI genişleme yuvalarına ve DIN ray montaj seçeneklerine sahip endüstriyel bilgisayarlara yönelmektedir. Modüler tasarım, işletmelerin mevcut donanımlarının tamamını sökmeden GPU hızlandırıcıları gibi bileşenleri yükseltmelerini veya OPC UA sunucuları kurmalarını sağladığı için gerçekten yardımcı olur. Otomobil üretim tesislerinde bu bileşenlerin entegrasyonu için kendi özel yöntemlerini geliştirdiklerini gördük. Ayrıca sıcak tak-çıkar depolama bölmesi ve genişleme modüllerine kolay erişim imkanı sunan cihazları da unutmamak gerekir. Sektör raporlarına göre bu özellikler, retrofit süresini yaklaşık üçte iki oranında kısaltır ve operasyonlar büyük kesintilere uğramadan sorunsuz şekilde devam ederken gelecekteki iyileştirmeler için planlama yaparken mantıklı bir avantaj sağlar.

Yazılım Uyumluluğunu ve Sektör Sertifikalarını Doğrulama

Akıllı üretim için endüstriyel bilgisayar seçimi, yazılım ekosistemlerinin ve düzenleyici uyumun dikkatlice doğrulanmasını gerektirir. Bu faktörler, uluslararası pazarlarda uzun vadeli birlikte çalışabilirliği ve yasal işlemeyi sağlar.

Doğru İşletim Sisteminin Seçilmesi: Windows, Linux veya Gerçek Zamanlı İşletim Sistemi

Bir işletim sistemi seçerken, hangi tür uygulamaların çalıştırılması gerektiği ve hangi geliştirme araçlarının kullanıldığı gerçekten önemlidir. Windows IoT, birçok fabrikanın hâlâ güvendiği eski üretim yazılımlarıyla oldukça iyi çalışır. Buna karşılık, Ubuntu Core gibi Linux seçenekleri geliştiricilere kendi otomasyon kodlarını yazma konusunda daha fazla özgürlük sağlar. Şimdi, tepki süresinin bir milisaniyenin altında olması gereken çok hızlı uygulamalardan bahsediyorsak — gerçek zamanlı parça taşıyan robotlar ya da makineleri kontrol etmek gibi — o zaman Gerçek Zamanlı İşletim Sistemleri (RTOS), bunu hiçbir diğer işletim sisteminden daha iyi yapamaz. Bu tür zamanlama gereksinimlerini mevcut diğer tüm işletim sistemlerinden daha iyi karşılar.

Konteynerleştirme ve Edge Orkestrasyon Platformları Desteği

Docker'ı konteynerleştirme için ve Kubernetes'i orkestrasyon için kullanmak, canlı sistemlerde herhangi bir kesinti olmadan sürüm kontrollü güncellemelerin uygulanmasını mümkün kılar. Microsoft'un Azure IoT Edge'i veya Amazon'un AWS Greengrass gibi kenar platformları, makine öğrenimi modellerinin yaygın ağ yapıları boyunca güvenli bir şekilde dağıtılmasını kolaylaştırır. Hizmetlerin birbirinden ayrılması ve değişikliklerin geri alınmasının çok daha basit hale gelmesi nedeniyle, bu yapı geleneksel monolitik mimarilere kıyasla doğrulama iş yükünü yaklaşık %30-35 oranında azaltır. Bu ayrım, ekiplerin üretim ortamına göndermeden önce şeyleri daha hızlı test etmelerine yardımcı olur.

Uyumluluk Standartlarını Karşılamak: CE, UL, FCC, ATEX ve FDA

Dünya çapında sistemler uygulanırken şirketlerin katı sertifikasyon kurallarına uymaları gerekir. CE işareti, ekipmanın Avrupa genelinde diğer elektronik cihazlarla uyumlu çalıştığını gösterir. Kuzey Amerika'da ise ürünlerin güvenlik gereksinimlerini karşılaması ve elektromanyetik gürültüyü kontrol etmesi için UL ve FCC onayı gereklidir. Patlama riski olan ortamlarda ise ATEX ve IECEx sertifikaları, cihazların tehlikeli reaksiyonlara neden olmayacağını kanıtlar. Sertifikalandıktan sonra testlerin sona erdiği de söylenemez. Üreticiler, geçen yıl Aqua Cloud'un yayınladığı en güncel yönergeler doğrultusunda sertifikalarını geçerli tutabilmek için donanım değişikliği yaptıklarında her seferinde yeni testler yapmak zorundadır. Günümüzde yaklaşık her 10 üretim kurulumundan 7'si bir ürünü üretime almadan önce bağımsız doğrulama talep eder. Bu yüzden hassas maddelerle uğraşan endüstriler için, özellikle küçük hataların ileride büyük sorunlara yol açabileceği ilaç üretiminde FDA 21 CFR Bölüm 11 gibi düzenlemeler o kadar önemlidir.