産業用コンピュータは、機械の自動化、製造設備、新しい自律型ロボットなど、さまざまな工場や産業のワークロードを管理するために設計された特定の種類のコンピューティングシステムです。産業用コンピュータの大きな利点の1つは、最も過酷な産業環境でも高い信頼性で動作できることです。ほとんどの産業用コンピュータは、ファンレス冷却技術、可動部品を排除するためのケーブルレス接続、ある程度のほこりや水の侵入に対する耐性など、頑丈な設計思想を共有しています。これらの主要な特性は、産業用コンピュータにとって最大の利点の一部であり、ダウンタイムを許容できない多くの産業オートメーション展開に安定性と効率性を提供します。
産業用コンピュータは商用デスクトップコンピュータとどう違うのか？
商用Dellデスクトップコンピュータ
産業用コンピュータは、その導入ユースケースにより、商用デスクトップコンピュータとは非常に特定の点で異なります。内部コンポーネントは一般的なデスクトップコンピュータのコンポーネント（CPU、メモリ、ストレージ）のように見えるかもしれませんが、産業用コンピュータは、産業オートメーションマシンでの信頼性と精度を追求して設計された、その独自の堅牢な設計機能において大きく異なります。コンピューティングハードウェアを統合する際に最高の総所有コストを確保するためには、産業用コンピュータの性能と安定性に不可欠な多くの設計機能を比較・評価する必要があります。
- 筐体フォームファクタ：産業用コンピュータは、広い温度範囲、振動、電圧スパイクにさらされる過酷な工場環境で使用されることが一般的であり、これらは一般的なコンピュータに損傷を与える可能性があります。そのため、産業用コンピュータの内部コンポーネントは、高温や振動に耐えるのに十分な強度を持つ合金材料で作られています。ほとんどの外部筐体は、堅牢なアルミニウム製シャーシを特徴とし、中央処理装置、メモリ、ストレージなどの重要な内部コンポーネントから熱を放散するヒートシンクとして機能します。
- 工業用グレードのコンポーネント：産業用コンピュータは、過酷な産業環境での動作がテストされ、検証された工業用グレードのコンポーネントを搭載していることがよくあります。PCBマザーボードから電気的にはんだ付けされたコンデンサに至るまで、すべてが工場での大量展開に対応できるよう、最終的な産業用コンピュータ設計に特別に選択され、統合されています。
- ほこりや粒子の侵入からの保護：産業用コンピュータは、工場オートメーションや採掘プロセスなど、ほこりや異物が常に存在するような環境での展開のために特別に設計されています。そのため、産業用コンピュータは、冷却通気口を不要にする頑丈な設計機能を備えており、過酷な環境でのほこりやその他の粒子がコンピュータとその機能に支障をきたすのを防ぎます。
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極端な温度：多くの産業用アプリケーションでは、極端な動作温度に耐えられるコンピュータが必要です。ファン付きのコンピュータはほこりの汚染による故障の可能性があるため、これらの特殊なコンピュータは、ヒートシンクとヒートパイプを利用して広い動作温度を維持するファンレスシステムアーキテクチャで設計されています。これにより、産業用コンピュータは過酷な環境や温度制御が困難な場所でも機能します。例えば、産業用ユースケースのコンピュータは、-40℃から70℃（-40Fから158F）の動作温度をサポートでき、極寒と酷暑の両方のアプリケーションで機能します。
- 耐衝撃・耐振動性：高度な設計検証とテストを受けていないコンピュータにとって、高レベルの衝撃と振動は有害となる可能性があります。ほとんどの産業用コンピュータは、これらの環境要因に対してある程度の耐性を備え、特定の状況下でも機能を維持します。例えば、一部の産業用オートメーション機器は、製造プロセス中に一般的なコンピュータに損傷を与え、システム障害を引き起こす可能性のあるレベルの衝撃と振動を発生させることがあります。振動レベルは3〜5 GRMSをサポートし、衝撃は最大50Gまでサポートされることが多く、一部の産業用コンピュータは、頑丈な軍事用途向けにMIL-STD-810Gのような厳格な軍事仕様を満たすこともできます。
- 防塵・防水（IP等級）：産業用コンピュータは防塵性だけでなく、ある程度の防水性も備えています。信頼性の高い堅牢なコンピュータの鍵は、特にほこりや水による複数の故障ポイントを排除することです。例えば、食品製造や化学処理などの産業用アプリケーションでは、自動化機器やそのコンピュータはしばしば熱湯ジェットや洗浄剤で洗浄されます。そのため、これらの環境で使用されるほとんどの産業用コンピュータは、設計から特殊なM12コネクタ（後述）に至るまで、ある程度のIP保護を備えています。
技術的な解説 – IP等級の意味と産業用および組み込みコンピュータの分類システムについて詳しく読む
- EMI耐性：電磁干渉（EMI）の略で、あるデバイスの電磁界（EM）が近接する別のデバイスのEM界を劣化させるときに発生する自然現象です。これにより、回路が劣化したり、機能が停止したりする可能性があります。異なる機器の存在と不適切な設置が組み合わさる産業環境では、不要なEM妨害の放出を促進し、信号干渉を引き起こす可能性があります。したがって、ほとんどの産業用コンピュータは、完全な分離を確保し、厳格な規制基準とコンプライアンスに準拠するように適切に設計、シールド、テストされています。
- 拡張性と長寿命：産業用コンピュータは、商用コンピュータよりも拡張機能が優れており、多くのレガシーデバイスやアプリケーションを適切にサポートします。使用されるコンポーネントの多くは入手可能で、最大15年間使用できるため、長期的な組み込みコンピューティングソリューションを提供します。これは、数年ごとに最新のオートメーション技術にアップグレードまたはレトロフィットする能力がない工場にとって特に重要です。したがって、今日のほとんどの産業用コンピュータは、さまざまなレガシーおよび最新の技術的機能に由来する複数のワークロードを統合するためのプラットフォームを提供します。重要な例の1つは、最新のデジタルユニバーサルシリアルバス（USB）コネクタとは対照的に、レガシーアナログシリアルポートをサポートする機能です。
産業用コンピューティングアプリケーションで最も一般的なI/Oポート
IoT、ビッグデータ、機械学習における技術の進歩が製造業やオートメーションなどの産業に大きな需要をもたらすにつれて、ITとOTの効率性におけるデータとその価値が大きく変化し続けています。この変革の時代、あるいは「インダストリー4.0」と呼ばれる時代において、ますます多くのデバイスが機械に接続され、コンピューティングシステムが特定の機能とワークロード性能において多用途であることを要求する膨大なプレッシャーがかかっています。例えば、産業用コンピュータは現在、ローカルまたはエッジレベルでの特定のワークロード統合と収束のためのプラットフォームとして機能しています。言い換えれば、産業用コンピューティングシステムは、リアルタイムの意思決定に貴重な情報を送信するさまざまなデータ入力を管理できる必要があります。そのため、産業用コンピュータは、さまざまなレガシーおよび新しい入出力（I/O）ポートをサポートしています。以下に、今日の産業用コンピューティング展開で最も人気のあるI/Oポートをいくつか紹介します。
機械オートメーションにおける産業用コンピューティングデバイス向けの一般的な入出力ポート
- シリアルポートは、産業用コンピュータで最も一般的に使用されるポートです。これらは、今日の工場でまだ使用されているレガシーデバイスとの通信に使用されます。データ転送速度は最速ではありませんが、何十年もの間、信頼性の高いプロトコルであることが証明されています。レガシーシリアルポートには、アプリケーションと接続されるデバイスに応じて、RS-232/422/485の3つの異なる機能モードがあります。
- ビデオポートは、出力を表示するために必要です。最も一般的なビデオポートのタイプには、VGA、DVI、HDMI、およびDPがあります。VGAポートは、アナログ信号を使用するため、レガシーデバイスとの接続によく使用されます。一方、より新しいDVI、HDMI、およびDPポートは、レガシー互換性はありませんが、より優れた最大解像度とリフレッシュレートを提供します。
- DIO/GPIOは、デジタルI/Oと汎用I/Oの略です。これらは、共通の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使用されるインターフェースの一種です。DIO/GPIOは、一般的にONまたはOFFとして表される2つの可能な値を持つデジタル信号を使用します。これにより、多くのON/OFF信号を送受信する必要がある産業環境でのスイッチ接点の感知に最適です。アラームセンサーから自動生産ラインまで、幅広いアプリケーションで使用できます。
- USBポートは、帯域幅の必要性が高まるにつれて、多くのデバイスの標準ポートとなっています。これはシリアルポートではサポートされていません。そのインテリジェントな電力管理機能により、使用しないデバイスをスリープ状態にすることで、消費電力を過度に消費することなく複数のUSBデバイスを接続できます。しかし、すべての産業用コンピュータにとって万能のソリューションではありません。なぜなら、アプリケーションによっては、レガシーシリアルポートとUSBポートの両方が必要となる場合があるからです。
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ローカルエリアネットワーク（LAN）ポートは、ポートあたり最大1GbEの有線ネットワーク接続を提供します。ほとんどの産業用コンピュータは、ネットワークインフラストラクチャからのデータの上流および下流を提供するために使用されるLANポートを提供し、モデム、コンピュータ、スイッチ、ルータからの必要なデータ伝送を提供します。
専門家によるエンジニアリングのヒント：超重負荷の産業用アプリケーションでは、ほとんどのI/Oポートに頑丈なM12ロッキングコネクタを構成することで、さらに耐久性を高めることができます。詳細については、Premioの産業用および組み込みコンピューティングエンジニアにお問い合わせください。お問い合わせください！
しかし、M12コネクタとは何で、産業用コンピュータにおけるその利点とは？
- M12コネクタは、コンシューマグレードのコネクタでは故障するような過酷な環境で使用するために設計された、防塵・防水コネクタおよびケーブルです。M12コネクタは、食品加工、飲料製造、車両および輸送アプリケーションなど、多くの産業でその堅牢な耐久性と信頼性から好まれています。この円形コネクタは、IP65以上の耐水性と防塵性を備えたロック機構を内蔵しており、デバイスからコンピューティングマシンまで対応します。
Six Real-World Use Cases that Benefit from Industrial Computers?
産業用コンピュータは、人間の労働の物理的限界を超える大規模な製造に最適です。堅牢な構造と環境要因への耐性により、産業用コンピュータは、自動製造および組み立てを安全に処理するために工場で信頼されています。ほとんどの自動化および製造現場では、産業用コンピュータは、データロギング、検査、および分析のためのモーションコントロールシステムを管理し、製造生産性を向上させるために使用されています。たとえば、自動車製造業界は、必要な自動化のレベルのために、産業用コンピュータの開発から大きな恩恵を受けてきました。日常業務の監視、資産の追跡、データ分析の能力は、この新しいインダストリー4.0の状況において不可欠な要件となっています。
2. インタラクティブキオスク
インタラクティブキオスクは、地元のスーパーマーケット、大企業、さらには空港のチェックインエリアで見つけることができます。近年、ファンレス産業用コンピュータとインタラクティブHMIを備えたこのオールインワンコンピュータシステムは、目新しさから不可欠なビジネスリソースへと移行しました。コンパクトなサイズと堅牢な機能は、絶え間ない監視が利用できないさまざまな屋外環境の厳しさに耐えるように設計されています。多くの新しい新興市場は、人員コストを削減し、全体的な顧客満足度を向上させる手段として、機械自動化とセルフサービスキオスクを受け入れ始めています。
3. 自動検査、計測、試験装置
産業用計測は、製造および品質管理のための測定の適用、より具体的には、デジタル測定器が製造プロセスにおける品質を確保するためにどのように利用できるかです。従来、製造プロセス中の部品の品質検査は、全体的な品質を決定するために小ロットサンプリングで行われていました。今日、産業用コンピュータは、部品のさらに高い精度と品質を確保するために、より多くの自動化機能を統合しています。また、マシンビジョンとの組み合わせにより、産業用コンピュータは、従来の検査プロセスと比較して、より速く、より正確に部品を検査することができます。これにより、より効率的で効果的な製造プロセスが作成され、欠陥製品が市場に出る数を減らし、製造のためのより良い価値と生産性を生み出します。
4. セキュリティと監視
産業用コンピュータは、公共交通機関やセキュリティなどの過酷なコンパクトな条件での車載展開にも設計されています。広範な温度サポートや衝撃/振動への耐性などの主要な機能は、車載展開に不可欠です。産業用コンピュータは、IPカメラへの安定した接続を提供する複数のPoEポートもサポートでき、ビデオ映像を記録し、乗客の安全性を向上させます。最終的に、産業用コンピュータのファンレスで堅牢な設計は、堅牢な監視アプリケーションでの展開に最適です。
5. 地下鉱山
地下鉱山の過酷な性質は、ほこり、広範囲の温度、振動を特徴とする厳しい条件に耐えることができる特別に設計されたコンピュータを必要とします。産業用コンピュータは非常に堅牢で、最も過酷な屋外環境でも動作できます。これらの主要な機能は、建設現場や掘削現場の貴重なテレメトリーを捕捉することを可能にする、ミッションクリティカルなパフォーマンスを提供するため、地下鉱山設備にとって非常に有益です。
6. 海洋および軍事
軍事および海事担当者は、艦上および地上管制業務の厳しい運用条件に耐えることができる堅牢な産業用コンピュータを必要とします。その低いメンテナンスと長い運用寿命は、軍事作戦の要件とスケジュールを満たします。さらに、堅牢な産業用コンピュータは、さまざまな軍事用途で同様に効果的であるように、完全な防塵および防水にカスタマイズできます。
Premioの産業用コンピュータ
Premioは、顧客の要件に応じてさまざまな堅牢な産業用コンピューティングソリューションを設計および開発することにより、最も適切な産業用コンピュータの検索から推測を排除します。各製品ファミリーは、多くの産業用アプリケーションで高性能と信頼性を確保するために、目的別に構築され、検証されています。米国の製品サポートにより、お客様は特別なニーズに合わせて柔軟なターンキーソリューションを利用できます。
Premioの産業用PCおよび組み込みコンピュータのポートフォリオ
PremioのファンレスミニPCは、低コストと最小限の消費電力を必要とするエントリーレベルの産業用オートメーション向けに設計されています。ミニマルな設計により、必須のI/Oポートが保持され、追加のI/Oポートの補完的な構成のための汎用拡張スロットが提供されます。堅牢なファンレス産業用コンピュータは、性能とミッションクリティカルな信頼性が同様に重要な産業用アプリケーション向けの、より堅牢なファンレスコンピューティングソリューションです。車載コンピュータシリーズは、CANBusなどの車両センサープロトコルと連携するように特別に設計されており、さまざまな輸送アプリケーションで動作することが検証されています。マシンビジョンコンピュータは、複数のPCIe/PCI拡張スロットとデジタルI/O機能をサポートし、高品質の画像とコンピュータビジョンセンサーデバイスとの正確な相互作用を保証します。最後に、防水産業用コンピュータはIP65/67定格であり、水やほこりがコンピュータの内部機能に損傷を与える可能性があるアプリケーションに最適な堅牢なM12コネクタを提供します。
特定の展開に最適な産業用コンピュータの構成については、Premioのエンジニアにお問い合わせください。