Cách chọn máy tính công nghiệp cho sản xuất thông minh?

Đánh Giá Năng Lực Xử Lý Và Nhu Cầu Tính Toán AI

Phối Hợp Hiệu Suất CPU Với Các Công Việc Công Nghiệp

Máy tính công nghiệp cần các bộ xử lý có sự cân bằng tốt giữa hiệu năng luồng đơn và khả năng đa lõi. Khi nói đến các khối lượng công việc tự động hóa nặng như hệ thống bảo trì dự đoán và đồng bộ hóa PLC, hầu hết các cơ sở đều chọn các tùy chọn đa lõi như Intel Core i7 hoặc các mẫu AMD Ryzen 9 có thể duy trì tốc độ xung nhịp trên 3,5 GHz. Các ứng dụng mà thời gian phản hồi rất quan trọng, đặc biệt là những thứ như điều khiển chuyển động robot, đòi hỏi các bộ xử lý có khả năng xử lý ngắt trong khoảng 5 micro giây. Thời gian phản hồi nhanh như vậy chính là yếu tố giúp các hệ thống này đủ đáng tin cậy cho các thao tác sản xuất chính xác, nơi mà thậm chí những độ trễ nhỏ cũng có thể gây ra vấn đề.

Vai trò của GPU và VPU trong Trí tuệ nhân tạo biên và Thị giác máy

Các đơn vị xử lý đồ họa có khả năng xử lý bốn teraflop hoặc nhiều hơn đang vận hành khoảng 72 phần trăm các hệ thống thị giác máy trong các nhà máy thông minh hiện đại ngày nay. Các hệ thống này có thể phát hiện lỗi theo thời gian thực với tốc độ lên đến 120 khung hình mỗi giây. Tuy nhiên, đối với các tác vụ AI nhẹ hơn, các đơn vị xử lý hình ảnh chuyên dụng thực sự hoạt động hiệu quả hơn về mức tiêu thụ năng lượng. Một khảo sát gần đây từ các nhà sản xuất thiết bị gốc đã chứng minh điều này, cho thấy VPUs giảm nhu cầu năng lượng khoảng 40% so với GPU truyền thống khi dùng cho các mô hình đơn giản hơn. Hãy nghĩ đến các ứng dụng như phân loại quang học, nơi yêu cầu tính toán không quá lớn nhưng độ tin cậy lại rất quan trọng.

Đánh giá yêu cầu về RAM, lưu trữ và xử lý thời gian thực

Cấu hình này đảm bảo xử lý dữ liệu cảm biến băng thông cao một cách đáng tin cậy và hỗ trợ ra quyết định thời gian thực tại điểm biên.

Xu hướng tương lai: Nhu cầu ngày càng tăng đối với Máy tính công nghiệp được tích hợp AI

Theo MarketsandMarkets từ năm 2024, thị trường toàn cầu về máy tính công nghiệp được tối ưu hóa bằng trí tuệ nhân tạo dự kiến sẽ mở rộng khá nhanh, tăng trưởng khoảng 19,8 phần trăm mỗi năm cho đến khi đạt mốc năm 2030. Sự tăng trưởng này chủ yếu được thúc đẩy bởi việc các công ty đang bắt đầu tích hợp các công nghệ trí tuệ nhân tạo tạo sinh (generative AI) trực tiếp vào hệ thống SCADA của họ. Trong tương lai, các nhà sản xuất hiện đang thiết kế những thế hệ máy móc mới với khả năng làm mát bằng chất lỏng tiên tiến, có thể xử lý các bộ chipset có điểm thiết kế nhiệt mạnh lên tới 350 watt. Tuy nhiên, các mẫu máy mới này vẫn duy trì lớp vỏ bảo vệ đạt tiêu chuẩn IP66, khiến chúng phù hợp lý tưởng cho các môi trường công nghiệp khắc nghiệt như trong các xưởng đúc nơi nhiệt độ cao hoặc bên trong các nhà máy thép thường xuyên chịu điều kiện làm việc nghiêm ngặt hàng ngày.

Đảm Bảo Độ Bền Môi Trường Và Độ Tin Cậy Dài Hạn

Chịu Được Điều Kiện Khắc Nghiệt: Nhiệt Độ, Chấn Động Và Bụi

Máy tính công nghiệp cần phải tiếp tục hoạt động ngay cả khi điều kiện môi trường trở nên cực kỳ khắc nghiệt. Chúng ta đang nói đến nhiệt độ có thể dao động từ âm 40 độ C cho đến nóng bỏng 85 độ C, cộng với rung động liên tục đôi khi vượt quá 5 Grms, chưa kể đến những nơi mà trong không khí tồn tại rất nhiều hạt bụi nhỏ li ti. Hãy nhìn vào thực tế tại các xưởng cơ khí cụ thể. Các thử nghiệm vật liệu đã chỉ ra một điều khá đáng lo ngại: khoảng hai phần ba hệ thống không được bịt kín đúng cách thường bị hỏng sau chỉ 18 tháng vì bụi lọt vào gây ra các vấn đề về dẫn điện. Chính vì vậy, các công ty thông minh luôn nỗ lực kiểm tra sản phẩm của mình theo các tiêu chuẩn quân sự như MIL-STD-810G để xử lý va đập và rung động, cùng với ISO 15999 quy định mức độ chịu đựng khi tiếp xúc với các loại hạt bụi khác nhau. Những bài kiểm tra này đảm bảo rằng máy tính có thể hoạt động lâu dài và ổn định trong các môi trường khắc nghiệt như khai thác than, giàn khoan dầu ngoài biển, hay bất cứ nơi đâu mà thiết bị thông thường sẽ nhanh chóng ngừng hoạt động.

Các Tính Năng Thiết Kế Chắc Chắn: Làm Mát Không Cần Quạt và Tiêu Chuẩn IP65/NEMA-4

Các hệ thống quản lý nhiệt không dùng quạt loại bỏ những bộ phận chuyển động gây phiền toái, vốn có xu hướng bị tắc nghẽn theo thời gian. Theo Báo cáo Máy tính Công nghiệp năm 2023, thiết kế này giảm khoảng 42% sự cố tại các khu vực nhiều bụi như nhà máy xi măng, nơi các giải pháp làm mát truyền thống không thể hoạt động hiệu quả. Các thông số về độ kín cũng rất quan trọng. Những hệ thống đạt tiêu chuẩn IP65 hoặc đáp ứng tiêu chuẩn NEMA-4 có khả năng chống lại tia nước áp lực cao và hóa chất khắc nghiệt, do đó chúng hoạt động rất tốt trong các cơ sở chế biến thực phẩm và trên các tàu vận chuyển hàng hóa. Và hãy nói về độ bền. Những vỏ bọc hiện đại này, được làm từ hỗn hợp nhôm và polycarbonate, có tuổi thọ dài hơn nhiều so với hầu hết các lựa chọn thay thế. Chúng có thể hoạt động liên tục hơn 100.000 giờ ngay cả khi thường xuyên tiếp xúc với không khí mặn, khiến chúng gần như bất khả xâm phạm trong các điều kiện công nghiệp khắc nghiệt.

Lựa Chọn Dựa Trên Tuổi Thọ Vận Hành và Hiệu Quả Bảo Trì

Yếu tố then chốt đối với độ tin cậy hệ thống trong dài hạn nằm ở tuổi thọ của các linh kiện và khả năng bảo trì, sửa chữa dễ dàng khi cần thiết. Khi lựa chọn máy tính công nghiệp, hãy tìm những mẫu có cam kết cung cấp linh kiện ít nhất 10 năm cùng các tính năng thiết kế mô-đun như tùy chọn lưu trữ thay thế nóng (hot swap) và các module GPU có thể thay thế được. Điều này giúp duy trì hoạt động ổn định cho dây chuyền sản xuất mà không bị gián đoạn bất ngờ. Ngày nay, các xếp hạng MTBF vượt quá 300.000 giờ đã trở thành tiêu chuẩn phổ biến đối với các triển khai AI tại biên (edge AI) nghiêm túc trong các cơ sở sản xuất. Các nhà chế biến thực phẩm đặc biệt hưởng lợi từ các bảng dịch vụ truy cập phía trước được tích hợp trong các hệ thống mô-đun, vì chúng giảm đáng kể thời gian bảo trì trong các chu kỳ vệ sinh hàng ngày – vốn thường làm hao mòn thiết bị thông thường rất nhanh trong môi trường khắc nghiệt như vậy.

Tối đa hóa Kết nối và Tích hợp Hệ thống Trơn tru

Hỗ trợ Đa dạng Giao diện I/O nhằm Hội tụ OT và IT

Việc kết nối công nghệ vận hành (OT) với công nghệ thông tin (IT) đang trở nên thiết yếu đối với các máy tính công nghiệp hiện đại, vốn cần xử lý mọi loại kết nối đầu vào/đầu ra. Phần lớn các nhà sản xuất ngày nay đều muốn thiết bị của họ tương thích với các giao thức Profinet, EtherCAT và MQTT để có thể kết nối các máy cũ với các công cụ phân tích dựa trên nền tảng đám mây mới. Các máy tính công nghiệp hàng đầu trên thị trường hiện nay được trang bị từ 8 đến 16 cổng GPIO lập trình được cùng hai bộ điều khiển Ethernet Gigabit. Những thông số kỹ thuật này cho phép luồng dữ liệu truyền giữa các PLC và hệ thống ERP diễn ra trơn tru, không gặp sự cố. Theo một nghiên cứu công bố vào đầu năm 2024 về mạng công nghiệp, các công ty sử dụng kiến trúc I/O tích hợp đã giảm được thời gian phản hồi từ máy tới hệ thống ERP khoảng 40 phần trăm so với những doanh nghiệp vẫn dùng hệ thống riêng biệt. Mức cải thiện như vậy tạo ra sự khác biệt rõ rệt trong hoạt động hàng ngày.

Habilitating Hybrid Networks: Wired, Wireless, LoRa, and Cellular

Máy tính công nghiệp hiệu suất cao thực sự nổi bật khi nói đến khả năng mạng lai của chúng. Những thiết bị này được trang bị sẵn modem 5G tích hợp, công nghệ WiFi 6E, cùng các cổng Ethernet hỗ trợ Mạng Thời gian Nhạy cảm (TSN), có nghĩa là chúng có thể kết nối đồng thời với cả các cảm biến cục bộ rải rác trong các cơ sở và đồng thời kết nối ngược trở lại các đơn vị xử lý trí tuệ nhân tạo (AI) trung tâm. Khi nói đến các tình huống giám sát từ xa, các hệ thống này tận dụng LoRaWAN trên dải tần 2,4 GHz để duy trì thời gian phản hồi dưới 100 mili giây ngay cả ở khoảng cách khoảng 15 kilômét. Phạm vi như vậy là cực kỳ quan trọng đối với các ứng dụng như giám sát đường ống dẫn dầu và khí đốt hoặc quản lý lưới điện, nơi mà phản ứng nhanh là yếu tố then chốt. Theo các bài kiểm tra thực tế trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, thiết bị được kết nối thông qua các mạng lai này giúp giảm khoảng 29% thời gian ngừng hoạt động bất ngờ. Điều đó xảy ra vì các kỹ thuật viên hiện có thể thực hiện bảo trì dự đoán trên các phân đoạn mạng khác nhau trước khi sự cố thực sự xảy ra.

Tương Lai Hóa với Mở Rộng Module và Thiết Kế Khả Mở Rộng

Đối với hầu hết các công ty tham gia vào làn sóng Công nghiệp 4.0, khả năng mở rộng rất quan trọng—khoảng bảy trong số mười công ty thực sự quan tâm đến khía cạnh này khi lựa chọn thiết bị của họ. Vì lý do đó, nhiều công ty chọn máy tính công nghiệp có các khe cắm mở rộng PCIe/PCI cùng tùy chọn lắp đặt trên thanh ray DIN. Thiết kế mô-đun thực sự hữu ích vì điều đó có nghĩa là doanh nghiệp có thể nâng cấp các thành phần như bộ tăng tốc GPU hoặc thiết lập máy chủ OPC UA mà không cần tháo dỡ toàn bộ phần cứng hiện có. Chúng tôi đã thấy điều này hoạt động hiệu quả tại các nhà máy sản xuất ô tô, nơi họ đã phát triển những cách thức riêng biệt để tích hợp các thành phần này. Và cũng đừng quên những thiết bị có khoang lưu trữ thay thế nóng và dễ dàng truy cập đến các mô-đun mở rộng. Những tính năng này giúp giảm thời gian cải tạo khoảng hai phần ba theo một số báo cáo ngành, điều này hoàn toàn hợp lý khi lên kế hoạch cho các cải tiến trong tương lai đồng thời duy trì hoạt động ổn định mà không gây gián đoạn lớn.

Xác minh Tính tương thích Phần mềm và Chứng chỉ Ngành

Việc lựa chọn máy tính công nghiệp cho sản xuất thông minh đòi hỏi phải kiểm tra kỹ lưỡng hệ sinh thái phần mềm và sự tuân thủ quy định. Những yếu tố này đảm bảo khả năng tương tác lâu dài và hoạt động hợp pháp trên các thị trường quốc tế.

Lựa chọn Hệ điều hành Phù hợp: Windows, Linux hoặc Hệ điều hành Thời gian Thực

Khi chọn hệ điều hành, điều quan trọng là cần xác định loại ứng dụng nào cần chạy và công cụ phát triển nào đang được sử dụng. Windows IoT hoạt động rất tốt với các phần mềm sản xuất cũ mà nhiều nhà máy vẫn đang phụ thuộc. Ngược lại, các lựa chọn dựa trên Linux như Ubuntu Core mang đến cho các nhà phát triển sự linh hoạt hơn trong việc viết mã tự động hóa riêng. Còn nếu đang nói đến những ứng dụng tốc độ cao, nơi thời gian phản hồi cần dưới một mili giây, ví dụ như robot di chuyển chi tiết hay điều khiển máy móc theo thời gian thực, thì các hệ điều hành thời gian thực (RTOS) là không thể vượt qua. RTOS xử lý các yêu cầu về thời gian chính xác này tốt hơn bất kỳ hệ điều hành nào khác hiện có.

Hỗ trợ Container hóa và Nền tảng Điều phối tại Biên

Sử dụng Docker để đóng gói ứng dụng vào container cùng với Kubernetes để điều phối giúp thực hiện các bản cập nhật được kiểm soát phiên bản mà không gây gián đoạn trên các hệ thống đang hoạt động. Các nền tảng biên như Azure IoT Edge của Microsoft hoặc AWS Greengrass của Amazon giúp việc triển khai các mô hình học máy một cách an toàn trở nên dễ dàng hơn trong các cấu hình mạng phân tán. Toàn bộ thiết lập này giảm khoảng 30-35% khối lượng công việc xác thực cần thiết so với các kiến trúc đơn khối truyền thống, vì các dịch vụ được tách biệt lẫn nhau và việc hoàn tác các thay đổi trở nên đơn giản hơn nhiều. Sự tách biệt này giúp các nhóm thử nghiệm nhanh hơn trước khi đưa vào sản xuất.

Đáp Ứng Các Tiêu Chuẩn Tuân Thủ: CE, UL, FCC, ATEX và FDA

Khi triển khai các hệ thống trên toàn thế giới, các công ty phải tuân thủ các quy định chứng nhận nghiêm ngặt. Dấu CE cho thấy thiết bị hoạt động đúng với các thiết bị điện tử khác trên khắp châu Âu. Tại Bắc Mỹ, sản phẩm cần được phê duyệt UL và FCC để đáp ứng các yêu cầu an toàn và kiểm soát nhiễu điện từ. Ở những nơi có nguy cơ xảy ra cháy nổ, các chứng chỉ ATEX và IECEx chứng minh thiết bị sẽ không gây ra phản ứng nguy hiểm. Việc kiểm tra cũng không dừng lại sau khi đã được cấp chứng nhận. Các nhà sản xuất phải thực hiện các bài kiểm tra mới mỗi khi thay đổi phần cứng để duy trì hiệu lực chứng nhận theo hướng dẫn mới nhất của Aqua Cloud từ năm ngoái. Ngày nay, khoảng 7 trong số 10 dây chuyền sản xuất yêu cầu xác minh độc lập trước khi chấp nhận bất kỳ thiết bị nào vào sản xuất. Đó là lý do tại sao các quy định như FDA 21 CFR Phần 11 lại quan trọng đến vậy đối với các ngành xử lý vật liệu nhạy cảm, đặc biệt trong sản xuất dược phẩm, nơi mà những sai sót nhỏ cũng có thể dẫn đến các vấn đề lớn về sau.