Tööstusliku arvuti võimsuse avamine automatiseerimisel

Tööstusliku arvuti roll tänapäevaste automatiseerimissüsteemide funktsionaalsuses

Tööstusarvutid ehk lühidalt IPC-d moodustavad tuumiks tänapäevaste tööstusautomaatikaseadmete arvutuskomponendid. Need masinad ühendavad vastupidava kõrghooldusega komponentide ja tugeva töötlemisvõimsuse, et toime tulla keeruliste juhtimisülesannetega, mis hoiavad tehaseid sujuvalt töö käigus. Neid eristab tavapärased PLC-d seega, et nad pakuvad ühes kastis mitmesuguseid võimalusi: reaalajas protsessijuhtimine, andmete kogumine erinevatest allikatest ning HMI-ekraanidega töötamine, mida operaatoreid on vaja näha, mis toimub. Uusimate põlvkondade IPC-de abil saab jälgida tootmisjooni pidevalt päevast päeva, kuna need ühendatakse otse tundurite ja aktuatoritega tööplandi põrandal. Mõned mudelid suudavad hallata korraga üle 5000 sisend/väljundpunkti ja samas reageerida käsklustele alla millisekundi aja jooksul. Selline kiirus muudab kõik, kui tehasepõrandal asjad hakkavad kiiresti juhtuma.

Tööstusharu märkimisväärses sektoris toimub nihk, kuna 62% tootjatest kasutab nüüdseks PC-põhiseid juhtimisarhitektuure autonoomsete PLC-de asemel, näitab 2024. aasta tööstusautomaatikakiri. See üleminek võimaldab masinseires algoritme ja PLC loogikat käivitada samal tööstusarvutil, vähendades süsteemi keerukust 40% võrreldes traditsiooniliste seadmetega.

Üks suur Euroopa autotootja pani hiljuti tööstusarvutid tööle oma tootmisliiniga 12 robotkeevitusjaama ja 8 kvaliteedikontrolli kaamera kooskõlastamisel kogu montaažiprotsessi jooksul. Tulemuseks oli imeline – arvutisüsteem vähendas nende jaamade vahelisi viivitusi peaaegu kolmandiku võrra, tegelikult umbes 83%. Olulisem on, et see võimalas neil teha muudatusi lennu pealt, kui osad erinesid veidi spetsifikatsioonidest. Selle juhtumi vaatamine näitab, miks tööstusarvutid on muutumas nii oluliseks seoseks tootmisoperatsioonide ja ettevõtte IT-süsteemide vahel. Need hübriidseadmed ei ole enam ainult teoreetilised – need loovad aluse sellele, mida me kutsume Industry 4.0-ks üle maailma asuvates tootmisettevõtetes.

Tugev Disain ja Tööstusarvutite Keskkonnamälestus

Olulisemad tugevad omadused: IP65/NEMA4 tihendus, lai temperatuuri taluvus, vibratsioonikindlus

Tööstusarvutid on ehitatud vastupidavalt, et taluda keerukaid töötingimusi. Neile on iseloomulikud korpused, mille kaitsetase on IP65 või NEMA4, mis tähendab, et need hoiavad tolmust, veest ja muudest osakestest kaitstud. See on eriti oluline kohtades nagu lihakombinaadid või autoremonditegemised, kus kogu päev liigub palju prügi. Neis masinates olevad kinnitussüsteemid suudavad taluda ka suurt mehaanilist koormust. Need jäävad terved ka siis, kui nad läbibid 5 kuni 50G jõu vahemikus toimuvaid vibratsioone, seega töötavad need usaldusväärselt suurte masinate kõrval, mis tekitavad kogu aeg kõikuvaid põrandaid. Tavalised töölauaarvutid aga sellistesse kohtadesse ei sobi. Enamusel neist on plastmassist korpused ja õhujuhtimiseks mõeldud avad, mis võimaldavad õhu voolata, kuid samuti tekitavad probleeme. Tööstusversioonid loobuvad üldsest kütteventilaatoritest ja eelistavad pigem monoliitseid alumiiniumi raame. Selline disainivalik kõrvaldab tavapärased rikkepunktid, mis on tüüpilised tavapäraste arvutite seadmetele.

Usaldusväärne töö äärmeliste tingimustes: -20°C kuni 60°C ja kõrgemal

Need süsteemid kasutavad tööstuslikult tugevaid komponente, mis suudavad vastu pidada palju kuumematele ja külmematele tingimustele kui on tavapärane tavapärase varustuse puhul. Kondensaatorid töötavad hästi nii külmale vajunud ladus, kus on miinus 20 kraadi Celsiusega, kui ka terasitöökonna juhtimisruumis, kus temperatuur ületab 60 kraadi. Selline kuumuskindlus tähendab, et neid seadmeid saab kasutada liikuvates naftaplatvormides ja valamistehastes, kus temperatuur järjest hüppab. Ka külmaketti logistikas jäävad vastupidavad mobiilid arvutid töötama sujuvalt, isegi kui nad liiguvad miinus 30 kraadi külmas hoiulatest kuni 40 kraadi soojas keskkonnas, kui kaubarõigid ületavad ookeane.

Andmed: 87% tööstusarvutitest töötavad usaldusväärselt keerukates tööstuslikes tingimustes (ARC Advisory Group)

Tööstuslikud arvutid on vastupidavuse poolest tõestanud oma väärtust hiljutiste uuringute andmetel. ARC Advisory Groupi poolt leiti, et umbes 87 protsenti neist masinadest töötavad hästi isegi siis, kui neid mõjutavad vibratsioonid, niiskuse kogunemine ja tolm. Selline usaldusväärne toimimine tähendab vähem seiskumisi tööstusmasinatel, mis on eriti oluline pidevalt töötavates tehastes, kus iga kaotatud tund maksab kuni 50 000 dollarit. Arvude vaatamine aitab mõista, miks tööstusarvutid eristuvad nii palju tavapärastest töölaudadest. Kui tavapärased arvutid kestavad tavaliselt umbes 30 000 tundi enne remondivajadust ebasoodsates tingimustes, siis tööstusmudelid töötavad sageli üle 100 000 tundi järjest ilma katkestuseta.

Tööstusarvuti vs kaubanduslik arvuti: usaldusväärsus ja pikaajaline väärtus automatiseerimisel

Kestvus ja ööpäevane usaldusväärsus tööstuskeskkondades

Tööstuslikud arvutid on lihtsalt paremad kui tavapärased töölauaarvutid, sest nad on ehitatud piisavalt tugevaks, et vastu pidada kõikvõimalikele keerukatele tingimustele. Me räägime keskkondadest, mis on täis tolmust, niiskust, äärmiseid temperatuure vahemikus -20°C kuni 60°C ja lisaks pidevat vibratsiooni, mis tavalise varustuse kallale minna ajab. Enamik kaubandusliku klassi arvuteid ei kesta kaua, kui need asetada tehaste tootmisliinidele, sageli jääb nad lihtsalt mõne kuu jooksul välja. Tööstuslikud mudelid aga jäävad siiski usaldusväärselt tööle, kahetahuliste rünnakute keskel. Need masinad on varustatud varuvooluallikatega, kõvakettude asemel SSD-mäluseadmetega ning erialaste jahutussüsteemidega, mis ei kasuta ventilaatoreid. See on väga oluline näiteks autotöodete tehastes või keemiatööstuse ettevõtmistes, kus ootamatud seiskumised võivad ettevõtetele maksma 740 000 dollarit iga tund vastavalt Ponemon Institute'i 2023. aasta uuringule.

Kuluanalyys: Kõrgem algkulu vs. Pikk eluea ja madalam TCO

Tööstusarvutid maksavad muidugi kallimat hinda, tavaliselt kaks kuni kolm korda rohkem kui tavapärased arvutid. Kuid kui vaadata suuremat pilti, siis need masinad kestavad kusagil viis kuni kümme aastat või rohkem, mis vähendab oluliselt igapäevaseid kulusid. Enamik tootjaid hoiavad varuosasid ladustamisel umbes kümme aastat, seega pole vaja iga kolme või nelja aasta tagant kõike asendada, nagu tavapäraste arvutisüsteemide puhul. Paljud tehasejuhid on märkinud, et nende kogukulud on viimase seitsme aasta jooksul langenud umbes 40%, kuna nad ei pea pidevalt vahetama riistvara, tegelema tootmisviivitustega asendamise ajal ega kogu tarkvaravalidatsiooni protsessi uuesti läbi tegema. Ettevõtete jaoks, kes plaanivad rakendada tööstus 4.0 tehnoloogiaid, on oluline, et nende juhtimissüsteemid ei peaks vajuma asendamist üsna pikaks ajaks. Pikk eluiga tähendab vähem sekkumisi ja paremat investeeringutasuvust pikemas perspektiivis.

Tööstusliku arvuti integreerimine automatiseerimisvaraga ja tööstusvõrkudega

Sujuv integreerimine automatiseerimisvaraga: SCADA, HMI ja liikumisjuhtimine

Tööstuslikud arvutid moodustavad tänapäevaste automatiseeritud tehaste aluse, kombineerides mitmeid olulisi komponente. Need ühendavad SCADA süsteemid, mis jälgivad kogu tehaseid, HMI seadmed, mis võimaldavad operaatoreil hõlpsasti seadmetega suhelda, ja liikumisjuhtimise tarkvara, mis hoiab kõik varustused täpselt koos töötamas. Neil arvutitel on võimsad mitmetuumalised protsessorid, mis on võimelised toime tulema oluliste ülesannetega, näiteks robotite liikumiste planeerimisel samal ajal, kui nad saadavad infot suurematel ärisüsteemidesse. See kahekordne võime tähendab, et tehase juhid saavad optimeerida operatsioone läbivalt, ilma et tuleks muretseda viibete või andmetöötlemise aeglustumise pärast.

Ühendamine tööstusvõrkudega: EtherCAT, Ethernet/IP, Modbus TCP/IP

Erinevate protokollidega töötamise võime tähendab, et enamik tööstusarvuteid suhtub tänapäeval reaalajas võrkude kaudu suhtlema umbes 94% väljaseadmetega. Võtame näiteks EtherCATi, mis suudab hallata liikumisjuhtimise tsükleid kuni 250 mikrosekundi täpsusega, mis on üsna muljetavaldav. Samal ajal toimib Modbus TCP/IP endiselt hästi vanema varaga, mis on aastaid tagasi valmistatud. Viimase aasta tööstusaruandest selgub, et tehased, mis vahetasid oma tööstusarvutitega üle Ethernet/IP, kogesid umbes kolmandiku võrra vähem sidetegevuse probleeme võrreldes nendega, kes olid kinni jäänud vanadesse väravasüsteemidesse. Miks? Need uuemad süsteemid suunavad andmeid palju ennustatavamas viisis, mis muudab kõik tootmisel tööd hõlpsaks.

Targa, andmetele toetuvate tootmisse suunatud IT ja OT vahelise lüngaga

IT ja OT võrkude sulandamisel võimaldavad tööstusarvutid turvalist kahepoolset andmeliiget tehase seadmete ja pilvplatvormide vahel. See integreerimine toetab ennustava hoolduse algoritme, mis analüüsivad vibratsiooniandmeid ja soojusmustrit, vähendades planeerimata seismise aega kuni 52% nutikate tootmislahenduste rakendamisel.

Rändarvutus tööstusarvutitega reaalajas andmete töötlemiseks

Rändarvutusega varustatud tööstusarvutid suudavad visioonisüsteemi andmeid töötlemiseks kohapeal, töötades need umbes 2,5 korda kiiremini kui traditsioonilised pilveteenused, nagu näitab farmaceutiliste inspekcioonide testide tulemus. Need masinad kasutavad väikeste vigade tuvastamiseks tabletidest kuni 8 millisekundi jooksul toimivaid GPU-sid. Samal ajal õnnestub neil vähendada tagasi saadetavate andmepakkumite suurust AI koolitamiseks. See seadistus annab tootjatele kohe tagasisidet toote kvaliteedi kohta, samas kui edasi antakse väärtuslikku infot tootmisprotsesside parandamiseks ajajoonel.

Tööstuslikud arvutirakendused tööstuses 4.0, tootmises ja robotitehnoloogias

Robotite juhtimine, masinjuhendamine ja andmete kogumine sensoritelt automatiseerimisel

Tööstusarvutid (IPCs) toimivad arvutusliku alusena robotisüsteemide jaoks, mis tegelevad reaalajas liikumisjuhtimise algoritmide ning visioonisüsteemidest, lidarist ja võnkeanduritest saadud andmete töötlemisega. See võimaldab robotkätele teostada alla millimeetri täpsusega töid autotööstuse keevitusliinidel ja pakenditehastes, säilitades samas tsükliaja alla 0,5 sekundi jooksul.

Nutikas tootmine ja tööstus 4.0: Tööstusarvutite roll digitaalses teisendamises

IPC süsteemid ühendavad IT-maailma ja nutikate tehaste operatiivtehnoloogiaga, võimaldades optimeerida tootmise tegelikku toimimist reaalse andme põhjal. Hiljutine Industry 4.0 rakendamise ülevaade näitab, et umbes kolm neljast nutikast tehastast kasutavad tänapäeval äärekogunemiseks IPC-sid. Need süsteemid võtavad arvesse kõiki sorts masinapõhiseid andmeid, näiteks seadmete vibratsioone ja soojuspilte, ja teevad neist hoiatused võimalike hooldusprobleemide kohta enne kui midagi täielikult läbi katkeb. Tulemused on kõneomased – paljud tehased teatavad, et ootamatud seiskumised on pooleks vähendatud, kui rakendatakse sellist süsteemi, mis on suur uudis tootjatele, kes tegelevad kiiretempoliste tootmisliinidega, kus iga minut loeb.

Juhtumiuuring: Pooljuhtivuse valmistamise tehaste kasutamine IPC-sid täpse protsessijuhtimise jaoks

Juhtiv pooljuhtide tootja rakendas IPC-sid oma 300mm plaadiloomise tootmisjoone üle, saavutades 99,998% protsessi stabiilsuse, analüüsides reaalajas üle 15 000 andmepunkti iga tööriista kohta. IPC võrgkond koordineerib robotite materjalide käsitlejaid, plasmaka etšimissüsteeme ja mõõtemõõteseadmeid, säilitades samas klassi 1 puhtusruumide vastavust tänu filtreeritud ventilatsioonivaba jahutusele.

Laiendatavus ja tulevikku suunatud automatiseerimissüsteemid arhitektuuriga, mis põhineb PC-l

Kaasaegsed IPC-d toetavad modulaarset laienemist PCIe/VPX liideste kaudu, mis võimaldab tootjatel järk-järgult täiendada masinavisiooni võimeid või lisada 5G traadita mooduleid, ilma et tuleks vahetada välja kogu kontrollisüsteemid. Selline laienemisvõime, kombineerituna IEC 62443 siberkaitse vastavusega, seab PC-põhise automatiseerimise toetama järgmise põlvkonna rakendusi, nagu digitaalne kaksiksimulatsioon ja AI-põhine kvaliteedikontroll.

KKK

Mis on tööstuslikud arvutid?

Tööstusarvutid on vastupidavad arvutiseadmed, mis on disainitud automaatsete tööstuskeskkondade juhtimise ja jälgimise ülesannete jaoks. Need integreerivad protsessijuhtimise, andmekogumise ja HMI funktsionaalsused.

Miks eelistatakse tööstusarvuteid traditsiooniliste PLC-de suhtes?

Tööstusarvutid pakuvad laia valiku võimalusi ühes seadmes, mis võimaldab tootmisettevõtetele käivitada masinvisiooni algoritme ja PLC loogikat samaaegselt, oluliselt vähendades süsteemi keerukust võrreldes traditsiooniliste seadmetega.

Kuidas hoiavad tööstusarvutid vastupidavust keerukates keskkondades?

Tööstusarvutid on ehitatud vastupidavalt ja varustatud võimsate riistvarakomponentidega, mis võimaldavad neil taluda äärmelisi temperatuure, vibratsioone, niiskust ja tolmust, tagades nõudlikus tööstuskeskkonnas usaldusväärsust.

Milline roll on tööstusarvutitel tööstuses 4.0?

Tööstusarvutid toimivad nutikate tehaste selgrool, võimaldades sujuvat IT ja OT süsteemide integreerimist. Need toetavad äärearvutust, ennustava hoolduse, reaalajas andmetöötlemist ning hõlmatavad vajalikku digitaalset arengut tööstuses 4.0.

Kas tööstusarvutitega saab integreerida olemasolevaid tööstussüsteeme?

Jah, tööstusarvutid saavad sujuvalt integreeruda SCADA, HMI ja liikumisjuhtimise süsteemidega ning ühenduda erinevate tööstusvõrkudega nagu EtherCAT, Ethernet/IP ja Modbus TCP/IP, et tagada optimaalne suhtlus väljaseadmetega.