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インダストリー4.0とエッジコンピューティングの到来により、製造業のリーダーは、製造プロセスにおけるデータモビリティと分析の改善へと移行しています。より多くのコンピュータが通信可能になるにつれて、複雑な自動化ワークロードを管理するために、よりスマートで信頼性の高いコンピュータへの需要が高まっています。また、より多くの製造企業が工場フロアにスマートマシンを導入しているため、最も過酷な条件下でも対応できる堅牢な産業用コンピュータの必要性が高まっています。見過ごされがちな設計上の課題の1つは、過酷な産業環境で24時間365日の稼働を最も効率的に信頼性をもって達成するために、広範囲の温度に対応する能力です。その結果、堅牢な産業展開においてコンピュータの有害な熱を放散するために使用される、パッシブクーリングまたはアクティブクーリングを特徴とする2つの主要な設計原理があります。
パッシブクーリングとは？産業用コンピュータにはどのように適用されるのか？
パッシブクーリングとは、建築設計やヒートシンクを通じて、高レベルの自然空冷と熱放散を実現する方法です。例えば、ほとんどの産業用コンピュータの外装シャーシは、重要なコンポーネントから熱を移動させるための堅牢なヒートシンクとして機能します。この設計コンセプトは、ファン付きコンピュータには不向きな産業環境でのアプリケーションに多くの利点をもたらします。例えば、以下のようなものがあります。
- 静音動作：コンピュータのノイズのほとんどはファンによって発生します。ファンを取り除けば、熱限界を維持するために対流がヒートシンクに冷たい空気を送り込むため、完全に静音で動作します。これにより、会議室、病院、その他の騒音に敏感な場所で動作できるコンピュータが実現します。
- 熱伝導率：ファンレスコンピュータは、シャーシの金属フィンなどの建築的工夫を利用して、プロセッサやストレージドライブなどのコンピューティングコンポーネントからの熱を放散します。これにより、表面積を増やし、熱放散を最大化し、極端な高温下でもコンピュータを安全な温度範囲に保つことができます。
- ダウンタイムの短縮：堅牢な組み込みコンピュータは、より大きなシステムのフレームワークの奥深くに埋め込まれているため、重要なコンポーネントを交換することは理想的ではありません。ファンに機械的な問題や故障が発生した場合、熱限界を超えるリスクがあるため、直ちに対処する必要があります。これは、コンピュータの安定性と健全性にとって非常に有害であり、コンポーネントを永久に損傷させ、重要な動作のダウンタイムを引き起こす可能性さえあります。
- 長寿命：可動部品の数を減らすことで、コンピュータは破片、衝撃、振動による機械的な故障の影響を受けにくくなります。そうでなければシステムシャットダウンにつながる可能性のある汚染からの保護が強化されることで、収益と生産性の損失を防ぎます。
ヒートシンクは、重要なコンポーネントから外装シャーシに熱を移動させ、自然空冷によって放散するために使用されます。
Premioの堅牢な産業用ファンレスコンピュータ製品群は、工場自動化ラインから輸送用モバイル監視まで、さまざまな環境で導入されています。当社のエンジニアチームは、ソリューションインテグレーターに世界クラスの産業用コンピューティングソリューションを提供するため、これらの機能豊富なコンピュータをパッシブクーリング技術（ファンレス）を中心に開発してきました。幅広い動作温度に耐えることができる頑丈なアルミニウム製で、企業が自動化機器の生産性と信頼性を確保するために必要な、複雑で高度に専門化された要件に対応するバランスの取れたコンピュータを実現しています。
アクティブクーリングとパッシブクーリングの違い
アクティブクーリングは、自然対流に依存するパッシブクーリングとは対照的に、冷却温度を達成するためにエネルギーを使用します。アクティブクーリングは、内部ファンを使用して強制的に空気を送り込んだり、熱電クーラー（TEC）を使用してコンピュータコンポーネントを冷却し、熱レベルを管理します。ファン付きコンピュータを使用する主な利点は、性能と計算能力を最大化できることです。たとえば、データセンターは、拡張可能なデータストレージと高性能な計算のために複数のラックマウントコンピュータとサーバーを提供します。これらのデータセンターのコンピュータとサーバーは、機械学習と人工知能の基盤を提供する最も複雑な計算アルゴリズムのために予約されています。最高レベルの計算能力を提供するために、これらのコンピュータとサーバーは、制御された環境で強力なボールベアリングファンによって積極的に冷却されます。コンピュータがアクティブまたはパッシブな方法で冷却されるかどうかにかかわらず、動作温度を維持するためにコンピュータのコンポーネントから熱を放散する手段を提供することが重要です。過熱には、システム全体の故障や修復不可能なコンポーネントの損傷など、深刻な結果が伴います。
エンジニアリングの観点からすると、ファン付きコンピュータは実装が容易ですが、設計上の欠点がいくつかあり、通常、産業用アプリケーションには適していません。
- 騒音公害：内部ファンには可動部品が含まれており、これが緩んでコンピュータのフレームと振動する可能性があります。これにより、通気孔が塞がれて熱が発生し、ファンが過剰に動作する可能性があります。その結果、ファンからの騒音は、ファンが長時間動作し続けるにつれて徐々に大きくなります。
- 粒子汚染：ファンレス設計とは異なり、ファン付きコンピュータはスムーズな空気の流れのために換気が必要であり、粒子汚染のリスクにさらされます。ファンが内向きに空気を吹き込むとき、冷たい空気だけでなく、空気中の潜在的なほこりや破片も取り込みます。時間の経過とともに破片が蓄積すると、通気孔が詰まり、電気部品が損傷する可能性があり、コンピュータが最終的にフリーズし、停止し、シャットダウンします。
時間の経過とともに、ほこりや汚れが蓄積してファンの詰まりを引き起こし、コンピュータを過熱やシステム全体の故障のリスクにさらす可能性があります。
なぜパッシブクーリングは産業用アプリケーションにとって重要なのか？
可動部品やファンは故障の原因となることが多いため、産業用組み込みコンピュータにはパッシブクーリングまたはファンレス設計が好まれることがよくあります。パッシブクーリング設計の主な利点は、可動ファンを排除できることですが、最終的にはほこりや粒子状物質の侵入レベルを制御できることであり、これは不要なハードウェア故障を防ぎます。「ファンレス設計」のコンセプトは、破片、ほこり、その他の有害な汚染に頻繁にさらされる産業用および堅牢なアプリケーションの間で非常に人気が高まっています。産業用コンピュータの主な目標は、可動部品の数を最小限に抑えることであり、これにより、特に振動や衝撃が発生しやすい環境でのコンピュータの信頼性と寿命が向上します。
では、ファンレスにするべきか？
冷却システムを通じて熱を除去することは、どのように実現されるかに関わらず、コンピュータに固有の部分です。熱は製造プロセスの自然な副産物であるため、最も効率的で効果的な方法で温度レベルを管理する必要が常にあります。これは、温度が極端な間で変動する産業用アプリケーションでは特に重要です。信頼性と寿命が製造の成功に不可欠な分野では、ファンレスコンピュータは、従来のファン付きシステムと比較して明らかに好まれています。コンポーネント汚染のリスクを最小限に抑えながら高レベルの自然対流を実現する能力は、アナログ機械式ファンを使用するコンピュータの中でも際立っています。
Premioは、産業用コンピュータ、堅牢なエッジコンピュータ、車両コンピュータ、マシンビジョンコンピュータとして使用できるファンレス組み込みコンピュータの幅広いポートフォリオを提供しています。Premioのファンレス組み込みコンピュータの全ポートフォリオを見る。