EN
Siis, kui standardne riistvara lihtsalt ei suuda ellu jääda
Sisene igasugusele tööstusettevõtte tootmisplatsile, välistele jälgimisaladele või transpordiühenduspunktidele ja keskkonnatingimused räägivad selgelt iseendale. Temperatuurid kõiguvad öösel külmumiseni ja päevasel ajal äärmiselt kõrgeks. Õhus on tolmu ja osakestega täidetud. Raske masinaria vibratsioon läheb põrandate ja paigalduspindade kaudu edasi. Niiskus – mõnikord lihtsalt õhuniiskus, mõnikord otsene pritsumine – ohustab iga avatud komponenti.
Standardsetele kaubanduslikele arvutitele ei ole selliseid tingimusi ette nähtud. Nende jahutusventilaatorid imavad sisse tolmu sisaldavat õhku. Nende kõvakettadel on liikuvad osad, mis vibratsiooni mõjul lähevad katki. Nende korpusel puuduvad niiskuse tõkestamiseks vajalikud tihendid. Vastupidavad süsteemiarvutid kõrvaldavad need nõrgad kohad disainilahendustega, milles eelistatakse ellujäämist kulutõhususele. Erinevus ilmneb keskmises rikevahelises ajas, hoolduskülastuste sageduses ja kogukuludes seadme eluiga pikkuses.
Sissepääsu kaitseklasside mõistmine
IP-klassifikatsioonisüsteem, mille määrab standard EN 60529, pakub standardiseeritud viisi, kuidas hinnata, kui hästi kaitsev korpuse konstruktsioon kaitseb tahkeid ja vedelaid aineid. Esimene number näitab kaitset tahkete objektide eest – tolmu, mustuse ja juhusliku kokkupuute eest. Teine number käsitleb vedelike sissepääsu – tilgutavast veest kuni kõrgsurvelisteni veepihustusteni. IP65 klassifikatsioon tähendab, et seade on täielikult tolmutihendatud ja kaitstud madalsurve veepihustuste eest. IP66 pakub kaitset tugevamate veepihustuste eest. IP67 võimaldab ajutist süvendamist.
Need klassifikatsioonid on olulised, sest need vastavad otse reaalmaailma tingimustele. Näiteks peab teeranda liikluskaabiinis paigaldatud süsteemne arvuti pidevalt taluma mööduvate autode tekitatud tolmu ja vahel saama vihma või tänavapuhastusega kaasnevaid veepihustusi. IP65 pakub sellisele kasutusolukorrale piisavat kaitset. Samasugune seade, mis on paigaldatud toidutööstuses pesupunkti lähedale, vajab IP66 või kõrgemat klassifikatsiooni. Klassifikatsioonisüsteemi mõistmine aitab valida sobiva riistvara keskkonna nõudmistele vastavalt, mitte lihtsalt oletada ja lootma.
Temperatuuriäärmused ja passiivne jahutus
Ventilaatorita disain on üks olulisemaid arenguid vastupidavates süstemeeritud arvutites. Külmventilaatori eemaldamine kõrvaldab ühe levinuima rikepunkti – ventilaatorid kuluvad, põllud kinni, tiivad koguvad tolmu, kuni nad lõpetavad pöörlemise. Kuid ventilaatorita töö nõuab teistsugust soojusjuhtimist. Protseessor teeb soojust, mida tuleb laguneda ise seadme kesta kaudu, kasutades korpust suure soojussummutina.
See lähenemine toimib hästi keskmiste ümbruskonna temperatuuridega keskkonnas. Probleemid tekivad äärmuslikus kliimas. Püsivasse süsteemi paigaldatud arvuti, mis asub kõrbes asuvas päikesepaneelide paigalduses, võib jõuda sisemistesse temperatuuridesse, mis on palju kõrgemad kui passiivne jahutus suudab taluda. Samasugune seade külmhoones seisab vastupidisest probleemist – kondensatsioon teeb endast märka sisemistes komponentides, kui soe ja niiskes õhk puutub kokku külmade pindadega. Õige soojusprojekteerimine arvestab mõlemat olukorda, kasutades materjale, millel on sobiv soojusjuhtivus, ning katteid, mis takistavad niiskuse kogunemist.
| Keskkonnategur | Tavalise riistvara risk | Püsiva süsteemi paigaldatud arvuti lahendus |
|---|---|---|
| Temperatuuri äärmuslikud väärtused | Komponendi tõrge, soojuslik seiskumine | Laias temperatuurivahemikus töötavad komponendid, passiivne jahutus |
| Tolm ja partiklid | Ventilaatori ummistumine, ülekuumenemine, kontaktide tõrge | Hermeetilised korpused, liikumatud osad |
| Vibratsioon ja šokk | Mehaaniline tõrge, ühenduste löösumine | Tahke oleku salvestusseade, tugevdatud paigaldus |
| Niiskus ja niiskus | Lühisühendused, korrosioon, kondensatsioon | IP-klassifikatsiooniga tihendid, kaitsekihiga katmine |
| Elektromagnetiline häire | Andmete moonutumine, sidevead | Ekraanitud korpused, filtreeritud sisend/väljund |
Vibratsioonikindlus ja tahke oleku salvestusseadmed
Mehaanilised kõvakettad ei sobi äärmistes keskkondades. Luge-ja kirjutuspead liiguvad vaid nanomeetrite kaugusel pöörlevatest ketastest. Vibratsioon põhjustab peade kokkupuuteid. Säilitus- või paigaldusajal tekkiv löök võib ketast kasutuskõlbmatuks muuta. Väga vastupidavad süsteemid kasutavad ainult tahke oleku salvestusseadmeid – liikuvaid osi pole, pead ei saa kokku põrkuda ja ketast ei saa sirgelt kriimustada.
Usaldusväärsuse erinevus ilmneb väljatöötlusandmetes. Seadmete, mis vahetasid traditsioonilised arvutid välja püsivasse salvestusse ehitatud süsteemidega, teatasid vähem salvestusse seotud rikeid. Parandus ei olnud väike — see oli nii suur, et muutis kogu organisatsioonide ostuotsuseid. Salvestusest kaugemale kasutab kogu süsteem ka mehaanilise keerukuse vähenemisest tulenevaid eeliseid. Vähem liikuvaid osi tähendab vähem asju, mis võivad laguneda, mis omakorda tähendab vähemat hooldust ja vähem äkki tehtavaid asendusi.
Paigaldus- ja ühendusprobleem
Ekstreemsed keskkonnatingimused ei koorma mitte ainult sisemisi komponente, vaid ka füüsilisi ühendusi. Tavalised Etherneti pordid plastikust klambriga lagunevad korduva kaabli tõmbamise käigus. USB-pordid löövad aeglaselt lahti vibratsiooni mõjul. Toiteühendused löövad lahti, põhjustades ajutisi seiskumisi, mida on äärmiselt raske diagnoosida.
Säilitatavad süsteemiarvutid lahendavad neid nõrgaid kohasid tugevdatud ühendustega, lukustusmehhanismidega ja tööstusliku klassiga sisend-väljundiga. M12-ühendused, mida algselt arendati tööstuslike sensorite ja aktuaatorite jaoks, tagavad turvalised, vibratsioonikindlad ühendused Etherneti ja toite jaoks. Need ühendused keeratakse paika asemel, et toetuda hõõrdeklambrile. Nad säilitavad ühenduse terviklikkuse ka pideva vibratsiooni korral. Erinevus tundub vähetähtne, kuni oled veetnud tunde probleemide lahendamisega, mille põhjustab vahelduv ühendus, mis katkeb ainult siis, kui lähedal asuv masin töötab täisvõimsusel.
Tegelik rakendus: rannikuseirejaam
Riigiasutuse poolt käitatav rannikukeskkonna seirejaam oli ideaalne näide säilitatavate süsteemiarvutite kasutamiseks. Jaam asus kai peal, kus seda piinasid soolapihustus, tugevad tuuled, temperatuurikõikumised – alates peaaegu külmunud talvisest õhust kuni niiskete suvepärastupideni – ning pidev vibratsioon, mille lainete tegevus edastas kai konstruktsiooni kaudu.
Algselt kasutati standardseid tööstuslikke arvuteid, millel olid ventilaatorid ja mehaanilised kettad. Katkestuste sagedus oli kõrge – umbes kolmandik seadmetest vajas esimese aasta jooksul remonti. Asutus asendas need ventilaatoriteta süsteemarvutitega, millel olid IP66-klassi kaitsekorpused, laia temperatuurivahemiku komponendid ja tahke oleku salvestusseadmed. Parandus oli oluline. Hooldusperioodid pikenesid kuudelt aastatele. Arvutid lihtsalt jätkasid tööd, kogudes andmeid sensoritelt ja edastades need edasi peakontorisse ilma kaebusteta. Esialgse hindvahe tagasimaksmine toimus kiiresti vähendatud hoolduskülastuste ja ärgituslikkude asendustega.
Kui püsivus ei tähenda purunematu olemist
Ausas hindamine tunnistab piiranguid. Pikaelu ja püsivad süsteemiarvutid taluvad tingimusi, mis standardseid seadmeid hävitaksid, kuid nad ei ole üleloomulikult vastupidavad. Ekstreemsed temperatuurid väljaspool nende määratud vahemikku põhjustavad lõpuks rike. Pikaaegne kokkupuude korrodeerivate keemiliste ainetega võib halvendada tihendusi ja katekihte. Füüsilised löögid, mis ületavad määratud tolerantsi, võivad kahjustada korpuseid ja sisemisi komponente.
Oluline on sobitada riistvara tehnilised andmed tegelikule kasutuskeskkonnale – mitte ideaalsele keskkonnale, mitte keskkonnale, mida keegi sooviks olemas olevat, vaid reaalsele keskkonnale. See tähendab temperatuurivahemike mõistmist hooajaliselt, tolmu ja niiskuse taseme hindamist, vibratsiooni mõõtmist (kui võimalik) ning seadmete valikut nii, et nende klassifikatsioonid tagaksid ohutusmarginaali. Üleliialdatud spetsifikatsioonid maksavad rohkem alguses, kuid vähendavad rikeid. Alaliialdatud spetsifikatsioonid säästavad esialgu raha, kuid põhjustavad aeglaselt kõrgemaid kogukulusid. Õige tasakaalustatus sõltub konkreetsest rakendusest ja selle taluvusest katkestuste suhtes.