Як вибрати промисловий комп'ютер для розумного виробництва?

Оцінка обчислювальної потужності та потреб у штучному інтелекті

Відповідність продуктивності ЦП промисловим навантаженням

Промислові комп'ютери потребують процесорів, які забезпечують гарний баланс між потужністю в однопотокових операціях та можливостями багатоядерної обробки. Коли йде мова про важкі завдання автоматизації, такі як системи передбачуваного обслуговування та синхронізація програмованих логічних контролерів (PLC), більшість підприємств обирають багатоядерні рішення, наприклад, Intel Core i7 або моделі AMD Ryzen 9, здатні підтримувати тактову частоту понад 3,5 ГГц. У застосунках, де важливий час реакції — зокрема, у керуванні рухом роботів, — потрібні процесори, здатні обробляти переривання протягом приблизно 5 мікросекунд. Саме такий швидкий час відгуку робить ці системи достатньо надійними для точних виробничих операцій, де навіть невеликі затримки можуть спричинити проблеми.

Роль GPU та VPU в Edge AI та машинному зорі

Графічні процесори, здатні обробляти чотири терафлопи або більше, зараз живлять близько 72 відсотків систем машинного зору в сучасних розумних фабриках. Ці системи можуть виявляти дефекти в режимі реального часу зі швидкістю до 120 кадрів на секунду. Однак, коли мова йде про менш навантажені завдання штучного інтелекту, спеціалізовані візуальні процесорні одиниці (VPUs) насправді краще себе показують з точки зору енергоспоживання. Останнє дослідження виробників оригінального обладнання це підтверджує: VPUs скорочують потребу в електроживленні приблизно на 40% порівняно з традиційними GPU для простіших моделей. Подумайте про застосування, як-от оптичне сортування, де обчислювальні вимоги не такі високі, але важливою є надійність.

Оцінка вимог до оперативної пам'яті, сховища та обробки в реальному часі

Ця конфігурація забезпечує надійну обробку даних із сенсорів з високою пропускною здатністю та підтримує прийняття рішень у реальному часі на периферії.

Майбутні тенденції: зростаючий попит на промислові комп’ютери з підтримкою штучного інтелекту

Згідно з даними MarketsandMarkets за 2024 рік, світовий ринок промислових комп’ютерів, оптимізованих за допомогою штучного інтелекту, очікується швидке зростання — приблизно на 19,8 відсотка щорічно до 2030 року. Цей розвиток зумовлений інтеграцією компаніями технологій генеративного штучного інтелекту безпосередньо в системи SCADA. У майбутньому виробники проектують машини нового покоління з передовими можливостями рідинного охолодження, здатні обробляти потужні чіпси з тепловим дизайнерським показником 350 Вт. Проте ці нові моделі зберігають захисні корпуси класу IP66, що робить їх ідеальними для важких промислових умов, таких як литейні цехи з високими температурами чи сталеливарні заводи, які щодня піддаються впливу агресивних умов.

Забезпечення екологічної довговічності та тривалої надійності

Стійкість до жорстких умов: температура, вібрація та пил

Промислові комп'ютери мають продовжувати працювати навіть за дуже важких умов. Ми говоримо про температури, які можуть коливатися від -40 градусів Цельсія до спекотних 85 градусів Цельсія, постійні вібрації, що іноді перевищують 5 Grms, не кажучи вже про місця, де просто багато дрібних частинок, що перебувають у повітрі. Розгляньмо, що відбувається саме в металообробних цехах. Випробування матеріалів показали досить тривожну річ: близько дві третини систем без належного ущільнення виходять з ладу всього за 18 місяців, оскільки пил потрапляє всередину й викликає проблеми з провідністю. Саме тому розумні компанії серйозно підходять до тестування своєї продукції за військовими стандартами, такими як MIL-STD-810G для перевірки стійкості до ударів та вібрацій, а також ISO 15999, що регламентує стійкість до впливу різних видів частинок. Ці випробування забезпечують достатню довговічність комп'ютерів для ефективної роботи в складних умовах, наприклад, у вугільних шахтах, на нафтових вишках у морі чи будь-де, де звичайне обладнання просто не витримало б.

Потужні характеристики конструкції: охолодження без вентиляторів та класи захисту IP65/NEMA-4

Системи теплового управління без використання вентиляторів позбавляють непотрібних рухомих частин, які з часом схильні до забруднення. Згідно з Промисловим звітом про обчислювальні технології за 2023 рік, така конструкція зменшує кількість відмов приблизно на 42% у запилених місцях, таких як цементні заводи, де традиційні системи охолодження просто не витримують навантаження. Має значення також герметичність. Системи з класом захисту IP65 або відповідні стандартам NEMA-4 добре протистоять водяному струменю та агресивним хімікатам, саме тому їх ефективно використовують на підприємствах харчової промисловості та на суднах, що перевозять вантажі. І поговорімо про довговічність. Сучасні корпуси, виготовлені із суміші алюмінію та полікарбонату, служать набагато довше, ніж більшість альтернатив. Ми говоримо про пристрої, які можуть працювати безперервно понад 100 000 годин, навіть постійно перебуваючи у середовищі з соляним повітрям, що робить їх практично незнищенними для важких промислових умов.

Вибір за терміном експлуатації та ефективністю обслуговування

Ключовим фактором надійності системи на довгострокову перспективу є термін служби компонентів та можливість їх легкого обслуговування за потреби. Обираючи промислові комп'ютери, звертайте увагу на моделі, які гарантують доступність компонентів принаймні протягом 10 років, а також мають модульну конструкцію, наприклад, опції гарячого замінення накопичувачів і замінні модулі GPU. Це допомагає підтримувати безперебійну роботу виробничих ліній без неочікуваних простоїв. У наш час показники середнього часу між відмовами (MTBF), що перевищують 300 000 годин, стали практично стандартними для серйозних реалізацій edge AI у виробничих приміщеннях. Виробники харчових продуктів особливо виграють від фронтальних панелей обслуговування, вбудованих у модульні системи, оскільки це значно скорочує час технічного обслуговування під час щоденних циклів очищення, які швидко зношують традиційне обладнання в таких важких умовах.

Максимізація підключення та безшовна інтеграція систем

Підтримка різноманітних інтерфейсів введення/виведення для конвергенції OT та IT

Поєднання технологій автоматизації (OT) з інформаційними технологіями (IT) стає необхідним для сучасних промислових комп'ютерів, які мають обробляти різноманітні підключення введення/виведення. Більшість виробників сьогодні хочуть, щоб їхнє обладнання було сумісним із протоколами Profinet, EtherCAT та MQTT, щоб мати змогу підключати старі верстати до нових хмарних інструментів аналізу. Найкращі промислові комп'ютери на ринку оснащені від 8 до 16 програмованих портів GPIO, а також двома контролерами Gigabit Ethernet. Ці характеристики забезпечують безперебійний потік даних між ПЛК та ERP-системами. Згідно з дослідженням, опублікованим на початку 2024 року щодо промислового мережевого зв'язку, компанії, які використовують інтегровані архітектури введення-виведення, змогли скоротити час відгуку між верстатами та ERP-системами приблизно на 40 відсотків у порівнянні з тими, хто залишився на окремих системах. Таке покращення реально впливає на повсякденні операції.

Підтримка гібридних мереж: провідні, бездротові, LoRa та мобільні

Промислові комп'ютери з високим рівнем продуктивності справді вирізняються своїми можливостями гібридного мережевого з'єднання. Ці пристрої оснащені вбудованими модемами 5G, технологією WiFi 6E, а також портами Ethernet із підтримкою Time-Sensitive Networking (TSN), що дозволяє їм одночасно підключатися як до локальних сенсорів, розташованих у різних частинах об'єктів, так і до центральних одиниць обробки штучного інтелекту. У сценаріях віддаленого моніторингу ці системи використовують LoRaWAN у діапазоні 2,4 ГГц, забезпечуючи час відгуку менше 100 мілісекунд навіть на відстанях близько 15 кілометрів. Такий радіус дії має вирішальне значення для контролю за нафтопроводами та газопроводами або управління комунальними мережами, де найважливішим є швидкий відгук. Згідно з реальними тестуваннями в різних галузях, обладнання, підключене через такі гібридні мережі, скорочує непередбачені простої приблизно на 29%. Це відбувається тому, що оператори тепер можуть виконувати прогнозоване технічне обслуговування на різних сегментах мережі ще до виникнення проблем.

Майбутнє-відповідність завдяки модульному розширенню та масштабованому дизайну

Для більшості компаній, які переходять на концепцію Індустрії 4.0, масштабованість має велике значення — приблизно сім із десяти справді звертають увагу на цей аспект під час вибору обладнання. Саме тому багато хто обирають промислові комп'ютери з розширювальними слотами PCIe/PCI та можливістю монтажу на DIN-рейку. Модульна конструкція справді допомагає, оскільки дозволяє підприємствам оновлювати такі компоненти, як GPU-прискорювачі, або налаштовувати сервери OPC UA, не розбираючи все наявне обладнання. Ми бачили, що це добре працює на автозаводах, де розроблено власні спеціальні способи інтеграції цих компонентів. І не варто забувати про пристрої з відділеннями для гарячої заміни накопичувачів і легким доступом до модулів розширення. Згідно з деякими галузевими звітами, ці функції скорочують час на модернізацію приблизно на дві третини, що є логічним підходом при плануванні майбутніх покращень із мінімальними перебоями в роботі.

Перевірка сумісності програмного забезпечення та галузевих сертифікацій

Вибір промислових комп'ютерів для розумного виробництва вимагає ретельної перевірки екосистем програмного забезпечення та відповідності нормативним вимогам. Ці фактори забезпечують довгострокову взаємодію та правомірну експлуатацію на міжнародних ринках.

Вибір операційної системи: Windows, Linux або система реального часу

При виборі операційної системи має значення, які саме програми потрібно запускати, і які інструменти розробки використовуються. Windows IoT чудово працює зі старим програмним забезпеченням для виробництва, на яке досі покладаються багато фабрик. З іншого боку, варіанти на основі Linux, такі як Ubuntu Core, дають розробникам більше свободи у написанні власного коду автоматизації. Якщо ж мова йде про надшвидкі додатки, де час відгуку має бути меншим за мілісекунду — наприклад, роботи, що переміщують деталі або керують обладнанням у реальному часі, — тоді операційні системи реального часу (RTOS) не мають собі рівних. Вони краще за будь-які інші ОС виконують ці часові вимоги.

Підтримка контейнеризації та платформ оркестрації на периферії

Використання Docker для контейнеризації разом із Kubernetes для оркестрації дозволяє реалізовувати оновлення, керовані версіями, без простою в роботі активних систем. Платформи на периферії, такі як Microsoft Azure IoT Edge або AWS Greengrass від Amazon, спрощують безпечне розгортання моделей машинного навчання в розподілених мережевих конфігураціях. Така архітектура скорочує обсяг необхідної роботи з валідації приблизно на 30–35% порівняно з традиційними монолітними архітектурами, оскільки сервіси відокремлені один від одного, а повернення до попередніх версій стає значно простішим. Це розділення допомагає командам швидше тестувати нові функції перед їх впровадженням в експлуатацію.

Дотримання стандартів відповідності: CE, UL, FCC, ATEX, FDA

Під час впровадження систем у всьому світі компанії мають дотримуватися суворих правил сертифікації. Значок СЕ свідчить про те, що обладнання належним чином працює з іншою електронікою по всій Європі. У Північній Америці продукти повинні мати схвалення UL та FCC, щоб відповідати вимогам безпеки та контролювати електромагнітні перешкоди. Для місць, де можуть статися вибухи, сертифікати ATEX та IECEx підтверджують, що пристрої не спричинять небезпечних реакцій. Випробування не припиняються після отримання сертифікації. Виробникам потрібно проводити нові випробування щоразу, коли вони вносять зміни до апаратного забезпечення, лише для того, щоб зберегти дійсність своєї сертифікації відповідно до останніх рекомендацій Aqua Cloud минулого року. Нині близько 7 із 10 виробничих установок наполягають на незалежній перевірці перед прийняттям будь-чого до виробництва. Саме тому так важливі норми, як FDA 21 CFR Part 11, для галузей, що працюють із чутливими матеріалами, особливо у фармацевтичному виробництві, де навіть невеликі помилки можуть призвести до серйозних проблем у майбутньому.