Tutkitaan Industrial PC:n tehoa automaatiosta

Teollisuustietokoneen rooli modernissa automaatiojärjestelmissä

Teollisuustietokoneet eli lyhyesti IPC:t muodostavat ydinlaskentayksikön nykyaikaisissa teollisuusautomaatiojärjestelmissä. Nämä koneet yhdistävät kestävät laitekomponentit ja tehokkaan suorituskyvyn monimutkaisten ohjaustehtävien hoitamiseksi, joiden ansiosta tehtaat toimivat jatkuvasti ja tehokkaasti. Ne eroavat tavallisista PLC-ohjausjärjestelmistä siinä, että ne pakkaavat useita eri toimintoja yhteen laitteeseen: reaaliaikaisen prosessiohjauksen, tietojen keruun monista eri lähteistä sekä HMI-näyttöjen hallinnan, joita operaattorit tarvitsevat tilanteen ymmärtämiseksi. Uusimmat IPC:t voivat valvoa tuotantolinjoja jatkuvasti vuorokauden ympäri, koska ne liittyvät suoraan tehtaan lattiamoduulien antureihin ja toimilaitteisiin. Jotkin mallit voivat hallita yli 5 000 syöttö/lähtöliitännäistä samanaikaisesti ja silti vastata käskyihin alle millisekunnin tarkkuudella. Tällainen nopeus ratkaisee kaiken, kun tehtaan lattiamoduulilla alkaa tapahtua nopeasti asioita.

Merkeittävä teollisuusmuutos on käynnissä, sillä 62 % valmistajista käyttää nyt PC-pohjaisia ohjausarkkitehtuureja standalon PLC-ohjelmien sijaan, kertoo vuoden 2024 teollisen automaation raportti. Tämä siirtymä mahdollistaa koneenäköalgoritmien ja PLC-logiikan ajamisen samalla teollisuuskoneella, jolloin järjestelmämonimutkaisuus vähenee 40 % verrattuna perinteisiin ratkaisuihin.

Yksi suurista eurooppalaisista automerkkien valmistajista pani äskettäin teollisuuskoneet koordinoimaan tuotantolinjaa, jossa on 12 robottihitsausasemaa ja 8 laaduntarkkailukameraa koko assemblaageprosessin aikana. He huomasivat erinomaisen tuloksen: tietokonejärjestelmä vähensi näiden asemien välisiä viiveitä lähes kolme neljäsosaa, itse asiassa noin 83 %. Tärkeämpää oli kuitenkin sen ansiosta mahdollisuus tehdä muutoksia lennossa, kun osat erosivat hieman teknisistä määrityksistä. Tämän tapauksen tarkastelu osoittaa, miksi teollisuustietokoneet ovat yhä tärkeämpiä yhdistämään tuotantotason toimintoja yrityksen IT-järjestelmiin. Nämä hybridiratkaisut eivät ole enää pelkästään teoreettisia, vaan ne luovat pohjaa sille, mitä kutsutaan nimellä Teollisuus 4.0, maailmanlaajuisesti valmistavilla teollisuuslaitoksilla.

Teollisuuskoneiden kestävä rakenne ja ympäristökestävyys

Keskeiset kestävät ominaisuudet: IP65/NEMA4-suojakotelo, laaja lämpötilasieto, tärinänkesto

Teollisuuskoneet on rakennettu kestämään raskaita olosuhteita. Niissä on tiiviit kotelot, joiden suojaluokka on vähintään IP65 tai NEMA4, mikä tarkoittaa, että ne pitävät pölyn, veden ja muut hiukkaset ulkona. Tämä on erityisen tärkeää esimerkiksi lihatehtäissä tai autokorjaamoissa, joissa työskentelyyliöissä lentää ympäriinsä pölyä ja likaa koko päivän. Näissä koneissa olevat kiinnitysjärjestelmät kestävät myös melko rajuja rasituksia. Ne pysyvät ehjänä, vaikka ne kokeisivat tärinää 5–50G voimien alaisena, joten ne toimivat luotettavasti suoraan isojen koneiden viereen, jotka tärisevät lattiaa. Tavalliset työpöytäkoneet eivät yksinkertaisesti sovellu tällaisiin olosuhteisiin. Useimmissa niissä on muovikoteloita, joissa on ilmaventtiileitä, jotka tosin mahdollistavat ilmanvaihdon, mutta myös avaa tien pölylle ja likalle. Teollisuuskoneissa tuuletinfanit jätetään kokonaan pois ja niissä käytetään sen sijaan alumiinirakenteita. Tällä ratkaisulla poistetaan yleisiä vikaantumiskohtia, joita tavallisten tietokoneiden laitteistoissa on.

Luotettava käyttö ääriolosuhteissa: -20°C – 60°C ja senkin

Järjestelmät hyödyntävät teollisuuden lujuusosia, jotka kestävät huomattavasti kuumempia ja kylmempia olosuhteita kuin mitä on tavanomaista tavallisessa varustuksessa. Kondensaattorit toimivat moitteettomasti sekä jäähdytetyissä varastoissa, joiden lämpötila on miinus 20 astetta Celsius-asteina että terästehtaan ohjaamossa, jossa lämpötila ylittää 60 astetta. Tällainen lämpötilasieto tarkoittaa, että näitä laitteita voidaan käyttää liikkuvilla öljyalustoilla ja valgieissa, joissa lämpötilat vaihtelevat jatkuvasti. Myös kylmäketjulogiikassa kestävät kannettavat tietokoneet toimivat moitteettomasti, vaikka siirrettäisiin äärimmäisen kylmästä varastosta, jonka lämpötila on miinus 30 astetta, lämpimiin ympäristöihin, joiden lämpötila on jopa 40 astetta, kun rahtialukset ylittävät valtameret.

Tiedot: 87 % teollisuustietokoneista toimii luotettavasti kovissa teollisuusolosuhteissa (ARC Advisory Group)

Teollisuustietokoneet ovat osoittaneet kovuutensa äskettäisten tutkimusten mukaan. ARC Advisory Group -yhtiön tutkimuksessa havaittiin, että noin 87 prosenttia näistä koneista toimii edelleen hyvin, vaikka niitä kohtaisi tärinää, kosteuden kertymistä ja pölyn hiukkasia. Tällainen luotettava suorituskyky tarkoittaa vähemmän keskeytyksiä tehdasvarusteille, mikä on erityisen tärkeää jatkuvalle tuotannolle, sillä jokainen menetetty tunti maksaa yli viisikymmentä tuhatta dollaria. Lukujen tarkastelu osoittaa selkeästi, miksi teollisuustietokoneet erottuvat niin paljon tavallisiin työpöytäkoneisiin nähden. Vaikka standardi PC:t kestävät tyypillisesti noin kolmekymmentä tuhatta tuntia ennen kuin niiden huolto on tarpeen kovissa olosuhteissa, teollisuusmallit toimivat usein yli sadantuhannen tunnin ajan yhdellään ilman vikoja.

Teollisuustietokone vs. kaupallinen tietokone: Luotettavuus ja pitkän ajan arvo automaatiosta

Kestävyys ja 24/7 toiminnallinen luotettavuus teollisissa ympäristöissä

Teollisuuskoneet ovat yksinkertaisesti parempia kuin tavalliset työpöytäkoneet, koska ne on rakennettu kestämään erilaisia äärimmäisiä olosuhteita. Puhumme ympäristöistä, joissa on pölyä, kosteutta, ääriolosuhteita lämpötilassa, joka vaihtelee -20 °C:sta aina 60 °C:een, sekä jatkuvaa tärinää, joka rikkoo normaalin kaluston. Useimmat kaupallisen luokan PC:t eivät kestä pitkään tehtaalla olevilla tuotantolinjoilla, vaan ne lopettavat toimintansa jo muutamassa kuukaudessa. Teollisuusmalleilla taas on luotettava käynti huolimatta kaikista näistä rasituksista. Näissä laitteissa on varavirtalähteet, kiintolevyjen sijaan SSD-levyt ja erityiset jäähdytysjärjestelmät, jotka eivät perustu tuulittimiin. Tällä on suuri merkitys esimerkiksi autotehtaissa tai kemiallisissa prosessointilaitoksissa, joissa odottamattomat pysäytyst voivat maksaa yli seitsemänsadan neljäkymmentä tuhatta dollaria joka tunti, kuten vuoden 2023 tutkimus Ponemon Institutelta kertoo.

Kustannusanalyysi: Korkeampi alkukustannus vs. pitkä käyttöikä ja alhaisempi kokonaiskustannus

Teollisuuskoneisiin liittyy tietty kalliimpi alkuperäinen hinta, ja ne maksavat yleensä kaksi kolme kertaa enemmän kuin tavalliset tietokoneet. Katsotaan kuitenkin laajempaa kuvaa, koska nämä koneet kestävät jopa viidestä kymmeneen vuoteen tai vielä pidempään, mikä todella vähentää toistuvia kustannuksia. Useimmat valmistajat pitävät varaosia varastossaan noin kymmenen vuoden ajan, eli kaikkia komponentteja ei tarvitse vaihtaa joka kolmannen neljännen vuoden välein kuten tavallisten tietokoneiden kohdalla. Monet tehtaanjohtajat ovat huomanneet kokonaiskustannusten laskevan noin 40 % seitsemän vuoden aikana, koska laitteistojen vaihtamista ei tarvita jatkuvasti, eikä tuotannon keskeytyksiä esiinny vaihdosten yhteydessä, eikä ohjelmistojen validointiprosessia tarvitse toistaa uudelleen. Yrityksille, jotka pyrkivät ottamaan käyttöön teollisuus 4.0 -tekniikoita, luotettavat ohjausjärjestelmät, joita ei tarvitse korvata lyhyessä ajassa, ovat erittäin tärkeitä. Pitkä käyttöikä tarkoittaa vähemmän häiriöitä ja parempaa sijoituksen tuottoa pitkällä aikavälillä.

Teollisuustietokoneen integrointi automaatio-ohjelmistojen ja teollisuusverkkojen kanssa

Sulava integrointi automaatio-ohjelmistoihin: SCADA, HMI ja liiketason ohjaus

Teollisuustietokoneet muodostavat nykyaikaisten tehtaiden perustan yhdistämällä useita keskeisiä komponentteja. Ne yhdistävät SCADA-järjestelmät, jotka valvovat koko tehdasta, HMI-järjestelmät, joiden kautta operaattorit voivat helposti vuorovaikuttaa koneiden kanssa, sekä liiketason ohjelmistot, jotka pitävät kaikki laitteet toimimaan tarkasti yhdessä. Näillä tietokoneilla on tehokkaat moniydinprosessorit, jotka pystyvät käsittelemään kriittisiä tehtäviä, kuten robottien liikkeiden ohjelmoinnin, samalla kun ne lähettävät tietoa suurempiin liiketoimintajärjestelmiin. Tämä kaksoiskyky tarkoittaa, että tehdasmanagerit voivat optimoida toimintoja tehokkaasti ilman pelkoa viiveistä tai tietojenkäsittelyn hidastumisesta.

Yhteys teollisuusverkkoihin: EtherCAT, Ethernet/IP, Modbus TCP/IP

Eri protokollien kanssa työskentelymahdollisuus tarkoittaa, että suurin osa teollisuuskoneista pystyy viestimään noin 94 %:n kenttälaitteista läpi reaaliaikaisten verkkojen nykyään. Otetaan esimerkiksi EtherCAT, joka hallitsee liiketahdissa syklejä jopa 250 mikrosekuntiin saakka, mikä on melko vaikuttavaa. Samaan aikaan Modbus TCP/IP toimii edelleen hyvin vanhemmalla laitteistolla, jotka ovat peräisin vuosien takaa. Viime vuonna julkaistun teollisuuskertomuksen mukaan tehtaat, jotka siirtyivät käyttämään Ethernet/IP:tä teollisuustietokoneidensa kanssa, kokeilivat noin kolmannen vähemmän viestintäongelmia kuin ne, jotka olivat kiinni vanhoissa yhdyskäytäväratkaisuissa. Miksi? Näissä uudemmissa järjestelyissä tiedot reititetään paljon ennustettavammalla tavalla, mikä saa kaiken toimimaan sulavammin tehdasalueella.

Tietotekniikan ja operaatiotekniikan yhdistäminen älykkäämpää, datanohjattua valmistusta varten

Yhdistämällä IT- ja OT-verkot teollisuustietokoneet mahdollistavat turvattujen kahdenvälisten tietovirtaisten välineiden käytön tehdasvälineiden ja pilvipalveluiden välillä. Tämä integraatio tukee ennustavan huoltotekniikan algoritmeja, jotka analysoivat värähtelyjä ja lämpökuviointeja, jolloin ennattamattomia pysäyksiä voidaan vähentää jopa 52 % älykkäissä valmistusjärjestelmissä.

Reunakomputointi teollisuustietokoneilla reaaliaikaisen datan käsittelyyn

Teollisuustietokoneet, joissa on reunakomputointitekniikka, pystyvät käsittelemään näköjärjestelmien dataa paikan päällä nopeammin kuin perinteiset pilvipohjaiset järjestelmät. Testit farmaseuttisissa tarkastuksissa osoittavat, että käsittelynopeus on noin 2,5 kertaa nopeampaa. Nämä koneet hyödyntävät tehokkaita GPU:ita tunnistamaan pieniä virheitä tableteissa jo 8 millisekunnissa. Samalla ne saavat aikaan datapakettien koon pienentämisen, jotka lähetetään takaisin AI:n koulutusta varten. Tämä järjestelmä antaa valmistajille välitöntä palautetta tuotelaadusta ja samalla tarjoaa arvokasta tietoa valmistusprosessien kehittämiseen pitkäaikaisesti.

Teollisuus PC -sovellukset teollisuudessa 4.0, valmistuksessa ja robotiikassa

Robotin ohjaus, koneiden ohjaus ja anturidatakeruu automaatiosta

Teollisuustietokoneet (IPCs) toimivat robottijärjestelmien laskennallisena runkona, joka hoitaa reaaliaikaisia liikkeenohjausalgoritmeja ja käsittelee anturidataa kuvantamisjärjestelmistä, lidarista ja vääntömomentin antureista. Tämä mahdollistaa robotti käsivarret, jotka suorittavat alle millimetrin tarkkuudella tehtäviä autoteollisuuden hitsauslinjoilla ja pakkaustiloissa, säilyttäen kiertonopeudet alle 0,5 sekunnin.

Älykäs valmistus ja teollisuus 4.0: Teollisuustietokoneiden rooli digitaalisessa muutoksessa

IPC-järjestelmät yhdistävät IT-maailman ja käyttöteknologian älykkäissä tehtaissa, mikä mahdollistaa tuotannon optimoinnin perustuen todellisiin tietoihin. Viimeaikainen katsaus Industry 4.0:n hyväksymiseen osoittaa, että noin kolmella kahdeksasta älykkäässä tehtaassa käytetään jo reuna-analytiikkaan IPC-järjestelmiä. Nämä järjestelmät hyödyntävät kaikenlaista koneistojen tietoa, kuten laitteiden värähtelyä ja lämpökuvia, ja muuttavat ne varoituksiksi mahdollisista huoltotarpeista ennen kuin jotain rikkoutuu täysin. Tulokset puhuvat puolestaan – monien tehtaiden mukaan odottamattomia pysäyksiä voidaan vähentää lähes puolella, kun tällainen järjestelmä otetaan käyttöön. Tämä on valtava uutinen valmistajille, jotka toimivat nopeilla tuotantolinjoilla, joissa jokainen minuutti ratkaisee.

Tapauskoe: Puolijohdetehdas käyttää IPC-järjestelmiä tarkkaan prosessinhallintaan

Johtava puolijohdevalmistaja otti käyttöön teollisuustietokoneita (IPC) 300 mm:n kiekonvalmistuslinjallaan, saavuttaen 99,998 %:n prosessivakauden käsittelemällä reaaliaikaisesti yli 15 000 mittauspistettä per työkalu. Teollisuustietokoneverkko koordinoi robottien materiaalikäsittelyä, plasmasyövytysjärjestelmiä ja mittausvälineitä ylläpitäen samalla luokan 1 puhdastilaluokituksen ilman puhaltimellisen jäähdytyksen kautta.

Laajennettavuus ja tulevaisuuden varmistaminen automaatiojärjestelmissä PC-pohjaisilla arkkitehtuureilla

Nykyiset teollisuustietokoneet (IPC) tukevat modulaarista laajennettavuutta PCIe/VPX-liitännöin, joiden avulla valmistajat voivat päivittää koneenäköjärjestelmiä tai lisätä 5G-langattomia moduuleja ilman koko ohjausjärjestelmän vaihtamista. Tämä laajennettavuus yhdistettynä IEC 62443 -kyberturvallisuusstandardin mukaisuuteen mahdollistaa PC-pohjaisen automaation hyödyntämisen tulevaisuuden sovelluksissa, kuten digitaalisten kaksosten simuloinnissa ja tekoälypohjaisessa laaduntarkkailussa.

UKK

Mikä on teollisuustietokone (IPC)?

Teollisuustietokoneet ovat kovakuntoisia laskentalaitteita, jotka on suunniteltu tehtävien ohjaukseen ja valvontaan automoiduissa teollisuusympäristöissä. Ne integroivat prosessiohjauksen, tietojen keruun ja HMI-toiminnot.

Miksi teollisuustietokoneita suositaan perinteisten PLC-ohjainten sijaan?

Teollisuustietokoneet tarjoavat laajan valikoiman ominaisuuksia yhdessä laitteessa, mikä mahdollistaa koneenäköalgoritmien ja PLC-loogiikan samanaikaisen käytön valmistavissa laitoksissa ja vähentää huomattavasti järjestelmän monimutkaisuutta perinteisiin ratkaisuihin nähden.

Kuinka teollisuustietokoneet säilyttävät luotettavuutensa kovissa ympäristöolosuhteissa?

Teollisuustietokoneet on rakennettu kestävään muotoiluun ja niissä on tehokkaita laitteistokomponentteja, jotka kestävät ääriolosuhteita, kuten korkeita ja matalia lämpötiloja, tärinää, kosteutta ja pölyä, takaamalla luotettavuuden vaativissa teollisuusympäristöissä.

Mikä rooli teollisuustietokoneilla on teollisuus 4.0 -konseptissa?

Teollisuustietokoneet toimivat älykkaiden tehtaiden perustana, mahdollistaen saumattoman integraation IT- ja OT-järjestelmien välillä. Ne tukevat reuna-analytiikkaa, ennakoivaa huoltoa, reaaliaikaista tietojenkäsittelyä ja teollisuuden 4.0:een liittyvää digitaalista muutosta.

Voiko teollisuustietokoneita integroida olemassa olevien teollisuusjärjestelmien kanssa?

Kyllä, teollisuustietokoneet voivat integroitua saumattomasti SCADA-, HMI- ja liiketehonohjausjärjestelmiin ja ne voivat liittyä erilaisiin teollisuusverkkoihin, kuten EtherCAT, Ethernet/IP ja Modbus TCP/IP, jotta saavutetaan optimaalinen viestintä kenttälaitteiden kanssa.