オートメーションコンピュータとインダストリー4.0ワークロード統合のためのオートメーションPC
産業オートメーションとは、製品やその部品を製造するために、産業現場でプロセス、ロボット、機械を制御するためにオートメーションコンピュータを使用することです。産業オートメーションの目的は、生産性、柔軟性、および製造プロセスの品質を向上させることです。産業オートメーションは自動車製造で最もよく見られ、多くのタスクは機械とプロセスを制御するオートメーションPCの使用によって自動化されています。この記事の目的は、オートメーションコンピュータとPCとは何かを説明し、オートメーションコンピュータとPCを購入するための最良の供給源を提供することです。
オートメーションコンピュータとは何ですか？
オートメーションコンピュータは、一般的なデスクトップコンピュータでは生き残れない揮発性の産業環境で産業オートメーションのワークロードを処理するように頑丈に設計された産業用コンピュータです。オートメーションPCは、エントリーレベルのオートメーションワークロードと、要求の厳しい複雑なオートメーションワークロードの両方を処理できます。ワークロードに適したオートメーションコンピューティングソリューションを選択する必要があります。適切なオートメーションPCの選択についてサポートが必要な場合は、お問い合わせください。弊社のオートメーションコンピュータ専門家が、お客様の特定の要件を満たすソリューションの選択をサポートします。
オートメーションコンピュータは、最高の熱放散を特徴とし、ヒートシンクを使用して、内部の発熱コンポーネントから産業用PCシステムの外部エンクロージャーに熱を伝達し、システム周辺の空気に熱を放散します。
オートメーションコンピューティングソリューションのファンレス設計に加えて、オートメーションPCは、すべてのケーブルがシステムから排除されたケーブルレス設計を採用しています。システムからすべてのケーブルを排除することで、より信頼性が高く頑丈なコンピューティングソリューションが実現され、頻繁な衝撃や振動にさらされても、ケーブルが接続から緩むことなく使用できます。低品質のオートメーションPCは、ハードドライブやソリッドステートドライブなどをシステムに接続するためにまだケーブルを使用していますが、当社はプレミアムで頑丈なオートメーションコンピュータを開発するために、そのようなケーブルの使用を排除しました。
さらに、組み込みオートメーションPCは、広範な温度範囲のコンポーネントを使用して構成されているため、頑丈に設計されており、極端な温度を経験する揮発性の環境での展開にも耐えることができます。オートメーションコンピュータは広範な温度範囲を持ち、温度が-40℃まで下がる環境や、85℃まで上がる環境での展開に対応できます。そのため、夏のサハラ砂漠や凍える冬の南極にオートメーションPCを展開する場合でも、オートメーションコンピューティングデバイスは信頼性高く最適に動作することができます。
オートメーションPCは何に使われますか？
オートメーションPCは、産業環境における工場のプロセス、機械、機器の制御に頻繁に使用されます。オートメーションコンピュータは産業オートメーションの不可欠な部分を形成し、企業や組織が生産量、生産性、および効率を向上させることを可能にします。
組み込みオートメーションコンピュータはIoTゲートウェイとして使用でき、センサー、デバイス、および工場の機械間の接続と通信を可能にします。IoTゲートウェイはデバイス間の通信、およびデバイスとクラウド間の通信を可能にします。簡単に言えば、IoTゲートウェイは異なるデータソースと宛先間の通信を促進します。IoTゲートウェイとして、オートメーションPCは情報をローカルで収集、処理、分析し、リモート監視のために後処理された情報のみをクラウドに送信できます。
さらに、IoTゲートウェイとして機能するオートメーションコンピュータは、以下のタスクを実行できます。
- 新規およびレガシーテクノロジーとの通信の促進
- データの処理、フィルタリング、および分析
- デバイス間通信の促進
- デバイスとクラウド間の通信の促進
- リモート監視と制御の有効化
- データのホスティング
- データ可視化の有効化
- システムの診断とトラブルシューティング
そうは言っても、IoTゲートウェイとしてオートメーションコンピュータを展開する主な利点は、ネットワークのエッジでデータをローカルで処理する能力です。エッジでデータを収集、処理、分析することで、リアルタイムのデータ分析と意思決定が可能になります。
低電力のオートメーションコンピュータは、周囲の世界で何が起こっているかを解釈するセンサーからデータを収集するのに最適です。たとえば、温度、光、音、振動、流量、動き、その他多くの種類の感覚情報などの情報を収集します。
PremioのファンレスオートメーションコンピュータBCO-1000シリーズと堅牢なオートメーションコンピュータRCO-1000シリーズは、基本的なエントリーレベルのタスクを実行するのに理想的です。オートメーションPCのBCO-1000シリーズは、手頃な価格でありながら適度なパフォーマンスを提供し、デバイスを相互に、またクラウドに接続するためのIoTゲートウェイとして展開するのに最適です。BCO-1000シリーズとRCO-1000シリーズの決定的な特徴は、そのコンパクトさとファンレス設計であり、一般的なフルサイズデスクトップでは収まらないスペースの限られた環境に展開できることです。
また、オートメーションPCのもう1つの便利な機能は、デュアルGigE RJ45 LANポートを装備しており、自動化規模のために2つの異なるネットワークに接続できることです。さらに、両方のLANポートをボンディングすると、2 Gbpsでアップストリームとダウンストリームのデータを転送するように設定できます。
BCO-1000およびRCO 1000シリーズには、実績のあるIntel® Celeron® Quad Core J1900プロセッサが搭載されており、適度なパフォーマンスとエネルギー効率を提供します。Intel® J1900は、2.0 GHzで動作する4つのコアと、10ワットのTDP評価を備えており、エントリーレベルの産業用オートメーションファンレスコンピューティングに最適なソリューションの1つとなっています。
とはいえ、マシンビジョンや推論分析などの高度な産業オートメーションタスクにより強力なオプションをお探しの場合、CPU/GPU処理における高性能アクセラレーションと、SATAおよび現在は高速NVMeにおける大容量ストレージへのアクセスによりAIエッジ推論コンピューティング性能を提供する、より強力なコンピューティングソリューションを検討する必要があります。
AI推論分析を楽々実行できるパワフルな産業用コンピュータが必要な場合は、AIエッジ推論コンピュータのRCO 6120、VCO 6131E、およびVCO 6133Eシリーズを検討してください。推論コンピュータは、超高速パフォーマンスを実現する非常に強力なIntel第9世代Coreプロセッサと、推論分析を実行するための追加の計算能力を提供するGPUを搭載できるように構成でき、人間の目には見えない製品の欠陥を検出するプロセスを高速化します。
例えば、RCO 6120シリーズ、VCO 6131Eシリーズ、およびVCO 6133Eシリーズの推論コンピュータは、IntelのCore i7-9700Eプロセッサ（ベース周波数2.60 GHz、ブースト周波数4.40 GHzの8コア、TDP 65ワット）を搭載し、すべて産業用ファンレス筐体に収められています。
AI推論PCは、工場自動化ラインで非常に低いレイテンシーで、組織に強力な処理、高速ストレージ、および高速接続を提供するように設計および構築されています。さらに、NvidiaのRTX 2060 GPUなどのGPU（グラフィックス処理ユニット）を搭載して、エッジで機械学習アルゴリズムを高速かつ正確に実行するためのパフォーマンスアクセラレーションを設定できます。
オートメーションに関して、GPUを搭載したシステムを構成することは、オートメーションコンピュータにリアルタイムで推論分析とオブジェクト識別を実行するために必要な計算能力を提供します。多数のIoTセンサーがオンラインになり、オートメーションコンピュータにデータインサイトをプッシュするにつれて、最新のデジタル高速転送I/Oポートを提供することも重要です。例えば、マシンビジョンカメラを使用する多くのオートメーションセットアップでは、PoE+ GigE（IEEE 802.3at）ポート（電力+データ）とUSB 3.1 Gen 2ポートの両方を活用して、10Gbpsの驚異的な転送速度を実現しています。
さらに、堅牢な産業用オートメーションコンピュータは、最も揮発性の高い工場環境でも複雑なデータ集約型アプリケーションを処理できるため、自動製品ライン検査に理想的なオプションです。
以前は、製品とコンポーネントは手動で検査する必要がありました。その方法は、製造された何百、何千もの製品の中からいくつかの製品を選択し、そのうちのいくつかをチェックして、目に見える欠陥がないことを確認することでした。しかし、マシンビジョンコンピューティングの進歩により、オートメーションコンピュータは生産ライン上のすべての製品またはコンポーネントを検査するために展開できます。これにより、欠陥のある製品やコンポーネントが工場から出荷される数が劇的に減少し、そのような検査を実行するために必要な人員が削減されます。
推論分析とマシンビジョンは、データ処理と分析をネットワークのエッジに移動することで可能になりました。データ処理と分析をネットワークのエッジに移動することで、クラウドでのデータの送信、処理、分析に関連するレイテンシが削減されます。これは、データが処理、分析され、元のデバイスに送り返されるためにデータセンターまで何千マイルも移動する必要がないためです。製品の欠陥の処理と分析をクラウドのみに依存すると、データが分析されて元のデバイスに送り返されるまでの時間のために、検出漏れが発生します。
したがって、IoTゲートウェイとして機能するオートメーションPCが必要な場合でも、マシンビジョンを実行する場合でも、Premioが提供する幅広い種類のオートメーションコンピュータを検討してください。Premioは、手のひらに収まる小型でコンパクトなパッケージでエントリーレベルのオートメーションアプリケーションに理想的な小型オートメーションコンピュータから、マシンビジョンや推論分析などのより複雑なオートメーションワークロードのためにGPUを搭載したより強力なオートメーションコンピューティングソリューションまでを提供しています。
産業4.0アプリケーションにおけるオートメーションコンピュータの役割は何ですか？
1. デバイスの接続
オートメーションコンピュータは、様々なセンサー、カメラ、工場機械、IoTデバイスを相互に、またクラウドに接続し、制御するために使用されます。オートメーションPCは、その堅牢な設計と製造品質のおかげで、過酷な産業環境でも耐えることができ、一般的な民生用PCでは生き残れない環境でも信頼性が高く効果的に稼働し、総所有コスト（TCO）を効果的に削減します。
2. 予知保全の実現
組織はしばしば予知保全を可能にするためにオートメーションコンピュータを使用します。予知保全は、工場が部品や製品を製造するために機械や設備が適切に稼働することに依存しているため、工場の生産性を最適化します。工場の設備や機械が故障したり停止したりすると、工場の通常の操業が中断され、工場に多大な費用がかかります。そのため、オートメーションコンピュータは、故障や停止が発生する時期を予測するために情報を収集、処理、分析し、工場作業員に適切な時期にメンテナンスを実行するよう警告して、生産中に機械が不幸な時期に停止したり故障したりするのを防ぎます。
3. リモートアクセスと制御
オートメーションコンピュータは、工場内のデバイス、センサー、機械に接続されていることがよくあります。これにより、工場作業員は、工場フロアに物理的にいることなく、工場設備や機械をリモートで制御および監視できます。たとえば、多くのスマートオートメーション施設では、かつて人間が行っていた製造作業の多くを管理するために、現在ロボットを導入および使用しています。
オートメーションコンピュータはワークロードをどのように統合しますか？
オートメーションPCを展開する主な利点の1つは、ワークロードを統合できることです。オートメーションコンピューティングソリューションは、新旧の技術の両方に接続できるため、展開する企業や組織は、エッジコンピュータを展開して複数のワークロードを同時に処理することで、必要なハードウェアの量を削減できます。
例えば、エッジコンピュータは、様々なセンサー、カメラ、産業機械から情報を収集し、個々のデバイスを別々に管理するために複数のハードウェアを展開する必要なく、それを処理するために使用できます。
最終的に、オートメーションPCは、個別の専用ハードウェアの役割を担うことで、複数のコンピュータ化された操作をより少ないプラットフォームに統合するために使用できます。これにより、操作が簡素化され、管理する必要のあるインフラストラクチャのサイズが縮小されます。
オートメーションコンピュータシステムは、USB 3.1 Gen 2（10 Gbps）ポートを介した新技術のサポート、およびシリアルCOMポートを介したレガシー技術のサポートを提供する、様々な異なるポートで構成できます。さらに、ドーターボードを使用してUSB、COM、およびRJ45/M12ロック式イーサネットポートを追加できます。
そうは言っても、産業用IoT（IIoT）デバイスの数が増え続けるにつれて、そのようなデバイスによって提供されるデータ量も増加します。既存のインフラストラクチャではデータ量の増加に対応できないため、クラウドとデータセンター上のIIoTデバイス数の増加によって課される負担を軽減するために、ネットワークのエッジにオートメーションコンピュータを展開する必要があります。
全体として、エッジにおけるオートメーションコンピュータの展開は、組織や企業に、IIoTをスケーリングするための費用対効果の高い方法を提供し、同時に、リアルタイムのデータ分析と意思決定を必要とするタスクを実行するために、データセンターまたはクラウドインフラストラクチャとの直接通信をその独自のIT（情報技術（IT）から運用技術（OT））インフラストラクチャ内で削減します。
大規模データセンターでのクラウドコンピューティングからエッジコンピューターへの移行により、リアルタイム監視と意思決定を活用する産業オートメーションアプリケーションが可能になります。たとえば、多くの産業オートメーション施設では、特定のタスクでロボットを活用して生産性と効率を向上させるためにオートメーションコンピューターを展開しており、これにより人間は他の重要なタスクに集中できます。
一般的な産業オートメーションプロトコルにはどのようなものがありますか？
産業プロトコルは、産業制御システムを構成するシステム、インターフェース、およびその他のデバイスを接続するリアルタイム通信プロトコルです。以前は、このようなプロトコルはRS-232/485を介したシリアルポートを使用して、9.6Kbpsから38.4 Kbpsの低速で通信するように設計されていました。しかし、最近では、TCP/IPやUDP/IPなどのプロトコルを使用してイーサネットネットワークを介した通信を可能にするように、そのようなシステムが進歩しました。
主要なプロトコルの1つはフィールドバスプロトコルであり、これはセンサーなどのプロセス接続デバイスをオートメーションコンピュータやPLC（プログラマブルロジックコントローラ）などの基本的な制御デバイス、およびHMI（ヒューマンマシンインターフェース）などのシステムを監視する制御デバイスに接続するために一般的に展開される幅広いプロトコルを表します。
たとえば、温度センサーは、事前に設定されたしきい値を超える温度を検出した場合にアラームをトリガーするために使用でき、オペレーターが対応できるようにします。このように、フィールドバスプロトコルは、産業環境で多くのデバイスを接続する際に伴ういくつかの固有の課題に対処するために開発されました。現在、産業製造環境では、センサーとデバイスを相互に接続するためにいくつかのフィールドバスプロトコルが使用されています。
PROFIBUSプロトコルは、現在産業現場で最も広く採用されているフィールドバスプロトコルです。現在使用されているPROFIBUSプロトコルには、PROFIBUS DPとPROFIBUS DAの2つの主要なバリアントがあります。PROFIBUS DP（分散型ペリフェラル）は、生産オートメーションアプリケーションで使用されるコントローラとセンサー/アクチュエータ間の通信を可能にするため、より一般的に使用されているプロトコルです。
PROFIBUS PA（プロセスオートメーション）は主に測定機器の監視に使用されます。とはいえ、PROFIBUS PAとPROFIBUS DAは同じプロトコルを共有しているため、相互に交換可能です。PROFIBUSプロトコルの主な利点は、接続された様々なデバイス間で診断メッセージを送信できることであり、工場オペレータが各デバイスのステータスを監視できるようになります。
EtherCAT、EtherNet/IP、PROFINETプロトコルは、リンク/ネットワーク層で標準的なイーサネットケーブルを使用しますが、産業オートメーションとプロセス制御を改善するためにアプリケーション層に変更を加えています。これらのプロトコルの2つの大きな利点は、速度の向上と、より多くのデバイスを接続できることです。これらのプロトコルは同じイーサネット物理層を使用するため、PROFIBUSプロトコルが可能な12Mbpsと比較して、最大1Gbpsの速度でデータを送信できます。
EtherCATは最大65,536台のデバイスをサポートできますが、EtherNet/IPとPROFINETは無制限の数のデバイスをサポートできます。さらに、これらのプロトコルは高いデータ伝送速度を可能にするため、非常に低いサイクルタイム（100マイクロ秒未満）を提供し、すべてのデバイス間の非常に正確な時間同期を可能にします。これは、コントローラーとデバイス間の同期を必要とするリアルタイムアプリケーションに不可欠です。
次に説明するプロトコルは、主にモーションコントロールシステム向けに設計されたCANopenプロトコルです。CANopenの主な用途は、モーターおよびロボットコントローラーです。CANopenは、主に自動車アプリケーションで使用されるCANBusプロトコルに基づいています。このプロトコルの最も大きな利点は、CANBusで使用されている既存のハードウェアとケーブルを活用できることです。しかし、CANopenは最大127台のデバイスしか接続できず、データ転送速度は最大1 Mbpsです。
堅牢化されたオートメーションコンピューターの利点とは？
堅牢なオートメーションPCを展開することの利点について説明しましょう。
1. 広い温度範囲
オートメーションコンピューターは、広い温度範囲をサポートするコンポーネントで設計、製造されており、様々な過酷な環境でオートメーションコンピューティングソリューションを動作させることができます。例えば、PremioのオートメーションPCは、採用されている幅広い温度対応コンポーネントと、このようなシステムで使用されているパッシブ冷却技術のおかげで、-40℃に達する極寒の環境や、85℃に達する酷暑の環境でも動作できます。
2. 衝撃と振動への耐性
オートメーションコンピューターは、頻繁な衝撃や振動に耐えるように設計・製造された産業グレードのコンピューターです。これらのシステムは、オートメーションコンピューターメーカーがシステムからケーブルの使用を排除したことで、衝撃や振動にさらされたときに故障する可能性のある部品の数が減ったため、衝撃や振動に耐えることができます。オートメーションPCは、MIL-STD-810Gに従い、5GRMsの振動と50Gの衝撃に耐えることができます。
3. 塵埃・破片からの保護
オートメーションコンピューターは、塵埃や破片から保護します。これらのコンピューターシステムはファンレス設計を採用しており、システム内を空気を循環させるためのファンが不要になるため、オートメーションPCメーカーは、塵埃、破片、水に耐性のある密閉型システムを製造できます。これにより、オートメーションコンピューターは、塵埃や破片に頻繁にさらされる不安定な環境でも確実に動作できます。また、Premioは、塵埃や水に対する保護等級（IP）を備えた、極端な展開向けの堅牢型コンピューターを多数提供しています。例えば、WCOシリーズのオートメーションコンピューターは、IP 65/67等級を備えています。
4. コンパクト設計
オートメーションコンピューティングソリューションは、フットプリントが小さい堅牢なPCであり、フルサイズのデスクトップコンピューターを設置するには広すぎない、スペースの制約がある環境に展開できます。このようなシステムのコンパクトさは、小型オートメーションPCのファンレス設計によって可能になりました。ファンが繊細な内部コンポーネントを冷却する必要がないため、コンピューターの小型化が可能です。代わりに、ファンレスオートメーションコンピューターは、ヒートシンクを介して冷却されます。ヒートシンクは、内部の発熱コンポーネントからPCの外側エンクロージャーに熱を伝達し、そこからシステム周辺の空気中に熱を放散します。
5. 産業用I/Oポート
オートメーションコンピューターには、デジタルI/Oおよび汎用I/Oポートが装備されており、USBポートやレガシーシリアルポートなどの共通インターフェースを持たない電気デバイスやセンサーにオートメーションPCを接続できます。このようなデバイスには、センサー、アラーム、モーションディテクター、生産ラインコントローラーなどがあります。このようなデバイスをオートメーションコンピューターのDIOポートに接続することで、オートメーションPCはソフトウェアを介してデバイスの動作を制御またはトリガーできます。例えば、DIO入力ポートに接続されたアラームセンサーと、DIOの対応する出力ポートに接続されたアラームアラートがある場合、ソフトウェアが入力ポートを介してアラームの状態変化を検出すると、出力ポートをプログラムしてアラームを鳴らすことができます。一般的なオートメーションコンピューティングソリューションは、8つの入力と8つの出力DIO絶縁で構成でき、システムがさまざまなトリガーイベントに反応できます。
6. 産業グレードコンポーネント
さらに、オートメーションPCは産業グレードのコンポーネントを使用して構築されているため、通常のデスクトップコンピューターと同じコンポーネントを共有していても、商用グレードのデスクトップコンピューターでは動作できない不安定な環境でも確実に動作するようにテストおよび検証されています。さらに、自律型コンピューターにはSSD（ソリッドステートドライブ）が装備されていることが多く、データはNANDチップに保存されるため、システムの堅牢性が向上します。データが回転するプラッターに保存される通常のハードドライブ（HDD）と比較して、シリコンチップにデータを保存することで、コンピューターの信頼性が向上します。これは、シリコンチップがハードドライブの回転するプラッターと比較して、衝撃や振動に耐える能力が優れているためです。
7. 広い電源範囲
オートメーションPCは、9〜50VDCの広い入力電圧に対応するように設計されており、さまざまな電源入力シナリオとの互換性を提供します。さらに、オートメーションコンピューターは、過電圧保護、サージ保護、逆極性保護などの多数の電源保護機能を備えて設計されています。
過電圧保護は、システムが安全レベルを超える電圧を検出した場合にシステムを保護します。サージ保護は、電力を地面に迂回させることで、電力サージからシステムを保護します。逆極性保護は、電源の極性が逆になった場合に内部の敏感なコンポーネントを保護します。
8. 有線および無線接続
オートメーションコンピューターには、さまざまな有線および無線接続オプションが装備されています。すべてのオートメーションPCにはRJ45 LANポートが装備されており、1GbEから10GbEまでの超高速データ転送速度が可能です。さらに、これらのコンピューティングソリューションには、単一のイーサネットケーブルを介してデータと電力を供給できるPoE+（IEEE 802.3at）対応の追加のRJ45/M12イーサネットポートを装備できます。
無線接続に関しては、オートメーションPCには無線LAN接続用の最新のWi-Fi 6が装備されています。Wi-Fi接続が利用できない場合でも、オートメーションPCは4G、LTE、5Gなどのセルラー接続を介してインターネットに接続し、重要なデータをオフロードできます。これにより、高速通信が可能になり、データテレメトリー、リモートモニタリング、IoTアプリケーションが実現します。
さらに、オートメーションコンピューティングソリューションにはBluetooth接続が装備されており、オートメーションコンピューターは低電力のBluetoothデバイスに接続できます。ただし、BluetoothはWi-Fiが提供する範囲と速度を提供しませんが、信頼性の高い1対1接続と多対多接続を提供します。
オートメーションコンピューターとPCはどこで購入できますか？
Premioは30年以上にわたり、米国でオートメーションコンピューターとPCを設計・製造してきました。Premioは、エントリーレベルのオートメーションワークロード向けの低電力で効率的なオートメーションPCから、高度で複雑なワークロード向けの高性能オートメーションコンピューターまで提供しています。Premioが提供する幅広いオートメーションコンピューターとPCをご覧ください。Premioは、頻繁な衝撃、振動、塵埃、破片、極端な温度にさらされる不安定な環境での展開に耐えるプレミアムなオートメーションコンピューティングソリューションを設計・構築しています。特定のワークロードに適したオートメーションコンピューターの選択については、お問い合わせください。当社のオートメーションコンピューター専門家が、適切なオートメーションコンピューティングソリューションの選択を喜んでお手伝いいたします。
よくある質問（FAQ）
1. オートメーションは良いことですか、悪いことですか？
オートメーションの主な利点は、生産性とプロセス効率が向上することです。ロボットは24時間365日信頼性高くタスクを実行できるため、工場はより少ないコストでより多くの製品を生産できます。さらに、オートメーションは、オートメーションコンピューターがすべての製品を検査できるため、欠陥のある製品や部品が工場から出荷されないようにし、より優れた製品を生産ラインから送り出すことができます。また、オートメーションは、工場が危険な作業を自動化できるため、従業員がそれらの作業を行う必要がなくなり、従業員を保護できるため良いことです。
2. 産業用コンピューターはオートメーションでどのように使用されますか？
産業用コンピューターは、工場の生産性とパフォーマンスを向上させ、予測保守を可能にし、機器の利用率を向上させ、制御システムにリモートアクセスし、工場機械と出力をリモート監視するために使用されます。産業用コンピューターは過酷な環境でテストされているため、工場現場のオートメーションインフラに最適です。
3. オートメーションコンピューターを導入する利点は何ですか？
オートメーションコンピューターの利点は、静音動作、衝撃および振動耐性、塵埃および破片耐性、高い信頼性と耐久性、スペースに制約のある展開を可能にする小さなフットプリント、低消費電力、およびさまざまな環境での動作です。