堅牢な組み込みシステム
この記事では、堅牢な組み込みシステムについて知っておくべきことすべてと、堅牢な組み込みコンピューターシステムを購入するための優れた情報源を提供します。
堅牢な組み込みシステムとは？
堅牢な組み込みシステムは、頻繁な衝撃、振動、粉塵、破片、極端な温度、水にさらされる不安定な環境での展開に耐えるように設計および構築された産業用コンピューターシステムです。 内部コンポーネントから外部ハウジングまですべてが、最も過酷な展開に対応できるように頑丈さを念頭に置いて設計されています。 さらに、当社のシステムは、展開される環境に関係なく、24時間年中無休の信頼性の高い動作を保証するためにテストおよび検証されています。
堅牢な組み込みシステムは、以下のような環境的課題にさらされる可能性のある不安定な環境で動作できます。
- 衝撃
- 振動
- 極度の熱
- 極度の寒さ
- 埃や破片
- 水しぶき
- 電磁干渉
- 信頼性の低い電源
以下のセクションでは、堅牢なコンピューターシステムが不安定な環境で生き残ることを可能にする機能のいくつかを探ってみましょう。
堅牢な組み込みシステムの機能と利点は何ですか？
堅牢な組み込みコンピューターシステムの利点と機能の一部を以下に示します。
1. 頑丈な外部エンクロージャと放熱
堅牢な組み込みシステムは、堅牢性を念頭に置いて設計および構築されています。 堅牢な組み込みコンピューターシステムの主な設計機能はファンレス設計であり、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PCの外部エンクロージャに熱を移動させることで、産業用コンピューターシステムをパッシブに冷却できます。外部エンクロージャは、熱をシステムの周囲の空中に放散します。 熱放散フィンは、エンクロージャの表面積を増やし、熱をより効率的に空中に放散できるように、外部エンクロージャに追加されます。 さらに、外部エンクロージャは非常に堅牢です。実際、最も堅牢な組み込みシステムは、広範囲の温度に対する耐性のために、熱設計においてアルミニウムと銅の両方を使用しています。この合金は、熱を効率的に放散できる堅牢なコンピューティングソリューションを作成し、堅牢な組み込みシステムを極端な環境に展開できるようにします。
2. 防塵および防破片性
堅牢な組み込みシステムは、システムにほこりが侵入する可能性のある通気口や開口部がないため、ほこりや破片に耐性があります。これは、ヒートシンクを使用することによるシステムのファンレスパッシブ冷却によって可能です。ヒートシンクの使用により、コンピューターメーカーは、ほこりや汚れに強い完全に密閉されたシステムを作成できます。これにより、堅牢なコンピューティングシステムは、ほこり、汚れ、破片に頻繁にさらされる環境で、信頼性高く最適に動作し続けることができます。
3. 衝撃および振動耐性
堅牢な組み込みコンピューターは、頻繁な衝撃や振動にさらされる環境での展開に耐えることができます。これは、そのような露出に耐えるように設計および構築されているためです。たとえば、すべてのケーブルはシステムから排除されており、システムは衝撃や振動に耐性があります。これは、ケーブルの排除により、ケーブルが緩んでシステムが動作不能になる可能性が排除されるためです。これは、頻繁に移動するアプリケーションで発生します。可動部品が少ないほど、故障する部品が少なくなり、より信頼性の高く耐久性のあるコンピューティングソリューションが作成されます。 Premioの堅牢な組み込みPCは、MIL-STD-810Gに準拠して、最大5GRMsの振動と5Gの衝撃に耐えることがテストおよび検証されています。
4. 極端な温度での動作
堅牢な組み込みシステムを展開するもう1つの利点は、極端な温度を経験する環境で動作できることです。たとえば、一部のソリューションは-40℃から85℃までの広範な温度範囲を持ち、極寒の環境や灼熱の環境に展開できます。 組み込みシステムは、広範な温度範囲のコンポーネントと内部で使用されるパッシブ冷却技術を使用して構成されているため、そのような環境で生き残ることができます。これらを組み合わせることで、極端な環境での展開に耐えることができるソリューションが作成されます。したがって、温度が50℃に達する夏のサハラ砂漠にシステムを展開する場合でも、温度が-20℃に達する凍えるような冬の南極に展開する場合でも、コンピューティングソリューションは信頼性高く最適に動作します。
5. 広範囲な電力範囲
堅牢な組み込みシステムは、9～50VDCの幅広い電力範囲を備えており、さまざまな電力入力シナリオに対応できるため、自動車、鉄道車両、船舶、緊急車両に設置できます。 また、堅牢な組み込みコンピューティングソリューションには、システムのデリケートなコンポーネントを保護するためのさまざまな電力保護機能が備わっています。電力保護機能には、過電圧保護、サージ保護、逆極性保護が含まれます。 過電圧保護は、電圧がシステムの安全レベルを超えていることを検出した場合に、システムへの電力を遮断します。電源サージ保護は、電源サージからシステムを保護します。逆極性保護は、入力電源の極性が逆になった場合にシステムを保護します。
6. 有線および無線接続
堅牢な組み込みコンピューターシステムには、さまざまな接続オプションが搭載されています。最低でも、堅牢な組み込みシステムには2つのRJ45イーサネットポートが搭載されており、毎秒1GbEから10GbEのデータを転送できる超高速有線接続が可能です。さらに、堅牢なコンピューターには、有線接続が不可能な環境や利用できない環境での展開のためにWi-Fi 6接続が搭載されています。 Wi-Fi 6は、超高速ワイヤレスLAN接続を提供します。さらに、有線および無線接続オプションが利用できない場合でも、堅牢なシステムは4G、LTE、および5G接続オプションを介してインターネットに接続できます。 デュアルSIMスロットにより、システムは2つの異なるキャリア（Verizon、AT&T、またはT-Mobile）に接続し、動作している接続を持つキャリアを使用できます。 これにより、信頼性の高いインターネット接続が常に利用できない遠隔地の環境での展開に最適です。
7. コンパクトな設計＋取り付けオプション
堅牢な組み込みシステムはコンパクトな設計で、スペースの限られた環境への導入を可能にします。このようなデバイスの小さなフットプリントにより、小さなエンクロージャ、キャビネット、引き出しに導入したり、狭いスペースの壁や天井に取り付けたりすることができます。これは、かさばり、過酷な環境での導入向けに作られていないフルサイズのデスクトップコンピューターを導入する場合では不可能です。 さらに、ほとんどの堅牢なPCシステムには、システムを壁、天井、またはその他の表面にしっかりと取り付けることができるユニバーサル取り付けブラケットが付属しています。
8. 電力効率
堅牢な組み込みシステムは、少ない電力で必要なタスクを実行するのに十分な強力な、効率的で低電力のプロセッサをしばしば利用します。安定した電力が常に利用できるとは限らない遠隔環境に組み込みコンピューティングソリューションを展開する場合、電力効率は非常に重要です。これは、展開するコンピューティングソリューションが、システムに電力が回復するまでバッテリー電力で動作できる必要があるためです。そのため、電力効率を必要とする遠隔地での展開のために、一部のソリューションには、電力効率の高い処理のために7Wから15W TDPの低電力プロセッサが装備されています。 とはいえ、かなりの処理能力を必要とする要求の厳しいワークロードがある場合、組み込みコンピューティングソリューションは、35W〜65W TDPのより強力な第9世代Intel®Core™i3、i5、およびi7プロセッサで構成できます。
堅牢な組み込みシステムはどのような用途に使用されますか？
ここからは、組み込みコンピュータの一般的な使用例について説明します。組み込みシステムと一般的に呼ばれる組み込みコンピュータは、産業オートメーションと制御、自動運転車、食品と飲料の処理、インテリジェント交通システム、デジタルサイネージ、IoTゲートウェイとしての役割、医療とヘルスケア、鉄道、軍事および防衛アプリケーションに頻繁に利用されています。
1. 産業オートメーションおよび制御
堅牢な組み込みシステムは、産業オートメーション、産業制御、およびヒューマンマシンインターフェース（HMI）によく利用されています。組み込みコンピューティングシステムは、産業機械、プロセス、および生産ラインの制御に使用されています。組み込みPCが産業分野で提供する最大の利点は、ワークロードを単一の制御点に統合できることです。これは、ロボット、機械、モーション制御システム、HMIを単一のシステムに接続および統合することで実現します。このシステムは、機械のリアルタイムコントローラとして機能するだけでなく、処理されたデータをクラウドに送信してリモート監視と制御を行うこともできます。これらすべてのシステムを単一の組み込みコンピューティングソリューションに組み合わせることで、より効率的なシステムが構築され、工場機械や設備を管理するために展開する必要があるシステムが少なくなるため、スペースが節約されます。
2. 自動運転車
自動運転車は堅牢な組み込みシステムを利用して自動運転車を誘導し、障害物や歩行者を回避するのに役立っています。組み込みコンピューティングシステムは、車両に搭載されたセンサーやカメラによって収集されたデータに基づいて、データの収集、処理、分析、意思決定を行うことがよくあります。自動運転車のコンピュータは、車両を誘導し、速度を制御し、リアルタイムで効果的に経路を決定するために、センサーやカメラから提供される膨大な量の情報を処理、分析、意思決定する必要があるため、堅牢で十分に強力である必要があります。
さらに、堅牢な車載組み込みシステムは、堅牢性を念頭に置いて設計・構築されています。これは、組み込みコンピューティングシステムが展開される過酷で厳しい環境に対応できる必要があるためです。車両は、頻繁な衝撃、振動、衝撃、ほこりにさらされることが多いため、車両に展開されるシステムには堅牢な産業用コンピュータが必須となります。これは、堅牢な車載コンピュータが、最適なパフォーマンスと信頼性を提供しながら、このような環境条件に耐えるように構築されているためです。
3. インテリジェント交通システム
堅牢な組み込みシステムは、さまざまなインテリジェント交通ワークロードに使用されます。たとえば、乗客情報システム、車両監視と制御、交通車両のCCTV監視、交通自動化、インテリジェント交通管理システムを可能にするために使用できます。
組み込みコンピューティングシステムは、乗客情報システムによく利用されます。交通車両に設置され、その状態を監視し、交通車両の場所に関するリアルタイム情報を乗客に提供することで、組み込みコンピュータを搭載したインテリジェント乗客情報システムによって提供されるリアルタイム情報のおかげで、乗客や通勤者が移動を計画しやすくなります。
フリートは、堅牢な組み込みシステムを使用して車両の状態を監視および追跡することもできます。堅牢なコンピュータは、車両のCANBusシステムにアクセスし、車両速度、エンジン状態、エアフロー状態、燃料消費量、その他多くの重要な情報を収集し、Wi-Fiまたはセルラー接続オプションを介してリモート監視のためにクラウドに中継できます。
さらに、堅牢な組み込みシステムは、バス、フェリー、バンなど、さまざまな種類の輸送車両の輸送状況や輸送車両に展開されているCCTV監視システムにインテリジェンスをもたらし、乗客と従業員の双方にとってより安全なものにするために使用されています。また、コンパクトなコンピュータシステムは、料金徴収、対象車両の識別、対象人物の識別、より良い経路計画のための交通パターンの監視を容易にするために使用できます。
4. デジタルサイネージ
堅牢な組み込みシステムは、デジタルサイネージによく利用されます。プレミオのデジタルサイネージコンピュータは、デジタルサイネージを動かすための費用対効果の高い優れたソリューションです。さらに、当社のソリューションはコンパクトで、デジタルサイネージアプリケーションを実行するのに十分な強力さを備えています。さらに、当社の堅牢なシステムは、ほこり、破片、極端な温度、衝撃、振動、水に対する耐性を提供する堅牢な設計のおかげで、屋内と屋外の両方に展開されるサイネージでの展開に耐えることができます。最終的に、堅牢な組み込みコンピュータは、手のひらに収まるほど小さいフォームファクタで、フルサイズのデスクトップコンピュータの能力を組織に提供します。組み込みPCは、デジタルサイネージプレーヤーとして機能したり、インタラクティブなキオスクマシンを動かしたり、単一の画面から複数のディスプレイパネルまであらゆるものを動かしたりすることができます。
5. 産業用IoTゲートウェイ
堅牢な組み込みソリューションは、IIoT（産業用IoT）ゲートウェイとして機能するために展開されることが多く、センサー、デバイス、機械から提供される情報を収集、保存、処理、分析します。IoTゲートウェイは、デバイス間の通信とデバイスとクラウド間の通信を容易にします。組み込みIoTゲートウェイを導入する主な利点は、USBポートとCOMポートの両方を搭載しているため、レガシーテクノロジーと新しいテクノロジーの両方に接続できることです。また、IoTゲートウェイによって収集されたデータは、生産プロセスを微調整してより高品質の製品の生産量を増やすために使用できる貴重な洞察を提供します。さらに、IoTゲートウェイは予知保全を可能にし、組織が故障や障害が発生する時期を予測し、都合の良い時間に事前にメンテナンスを実行することで、通常の生産時間中に機械や設備の故障を防ぐことができます。
6. 医療画像
堅牢なコンピューティングソリューションは、据置型および移動型医療画像診断装置によく利用されます。移動型医療画像診断装置の場合、組み込みコンピューティングデバイスは、移動可能で、省電力であり、豊富なI/O、防塵性、耐衝撃性、耐振動性を備えている必要があります。これは、医療画像診断カートが移動することが多いため、移動中に衝撃、振動、ほこり、破片にさらされるためです。
さらに、GPUなどのパフォーマンスアクセラレータは、医療画像診断に使用される組み込みコンピュータのパフォーマンスを向上させるために、堅牢な組み込みシステムに追加されることがよくあります。これは、ワークフローを高速化し、病気の検出のために画像を分析するためにAIアプリケーションを実行する必要があることが多いためです。
堅牢な組み込みシステムが通常のデスクトップコンピュータと異なる点
堅牢な組み込みシステムは、不安定な環境での展開に耐えるように設計および構築されている点で、通常の消費者向けデスクトップコンピュータとは異なります。一方、デスクトップPCは、家庭やオフィスでのデスク上での使用を目的としています。通常のデスクトップPCは、衝撃、振動、ほこり、破片、および極端な温度にさらされる過酷な環境での展開には対応していません。
さらに、堅牢な組み込みシステムは、通常のデスクトップコンピュータには不向きな過酷な環境で信頼性と最適な動作を保証するためにテストおよび検証された産業グレードの広範囲温度対応部品で作られています。
さらに、堅牢なコンピュータは、通常のHDD（ハードディスクドライブ）ではなくSSD（ソリッドステートドライブ）を使用して構成されています。SSDは、NANDチップにデータを保存するため、頻繁な衝撃や振動への曝露によりはるかに適切に対処できます。一方、HDDは回転する金属プラッタにデータを保存するため、SSDのシリコンチップよりも衝撃や振動にさらされた場合に故障する可能性が高くなります。
さらに、堅牢な組み込みシステムは、産業用コンピューティングソリューション全体でケーブルの使用を排除しているため、衝撃や振動にさらされてもケーブルが緩んだり絡まったりすることがないため、衝撃や振動への曝露により適切に対処できます。これにより、堅牢な組み込みPCは、通常のデスクトップPCよりもはるかに信頼性の高いコンピューティングソリューションとなります。
堅牢な組み込みシステムはどこで購入できますか？
堅牢な組み込みコンピューティングシステムは、プレミオのような米国の有名メーカーから購入できます。プレミオは、米国で30年以上にわたり産業グレードの組み込みコンピューティングシステムを設計および製造してきました。プレミオは、世界で最も過酷な環境で信頼性と最適な動作を保証するためにテストおよび検証されたプレミアム産業グレードのコンピューティングソリューションを提供しています。したがって、頻繁な衝撃、振動、ほこり、破片、極端な温度、水にさらされる環境での展開に耐えられる堅牢な組み込みシステムをお探しであれば、プレミオが提供する優れたオプションを検討してください。
