Perché i PC industriali rinforzati stanno sostituendo i computer tradizionali nelle fabbriche?

Il panorama industriale moderno ha subito una trasformazione significativa da quando ha rivolto un'attenzione particolare all'integrazione di tecnologie intelligenti. Ciò ha reso necessaria la creazione di una nuova classe di hardware informatico in grado di funzionare in modo affidabile in ambienti difficili. Nella maggior parte dei casi, queste condizioni difficili sono dovute a temperature estreme, urti, vibrazioni, polvere, acqua e umidità.

Alcuni studi hanno dimostrato che oltre l'85% dei computer da ufficio non sarebbe operativo se fosse sottoposto ai tipici livelli di vibrazioni degli ambienti di fabbrica. Un altro problema importante è il calore eccessivo di un ambiente industriale: lo stesso studio ha rilevato che il 78% dei PC consumer si surriscaldava oltre i limiti nominali quando esposto al calore tipico di una fabbrica. Anche nei test d'urto con una forza di 15 grammi, la maggior parte dei PC standard ha subito danni fisici e il distacco dei componenti interni. Ciò ha portato a un deterioramento accelerato dei componenti.

Tutti questi problemi dell'hardware informatico tradizionale hanno conseguenze ben più gravi per gli ambienti industriali di tutti i settori. Nel settore manifatturiero, tali problemi possono causare tempi di fermo e compromettere l'integrità operativa. Molte aziende hanno segnalato che i tempi di inattività non pianificati possono non solo ridurre i profitti, ma anche comportare nuove voci di costo per i nuovi investimenti. Per alcuni grandi produttori in settori ad alta produttività tali costi possono superare i 100.000 dollari all'ora.

Sebbene i sistemi informatici di livello commerciale siano progettati per ambienti domestici/uffici, le loro prestazioni sono scarse negli stabilimenti produttivi, dove le condizioni sono tutt'altro che controllate. Esiste un'incompatibilità intrinseca tra gli obiettivi dell'Impresa 4.0 e i sistemi informatici tradizionali.

PC industriali robusti progettati per l'uso sul campo

I PC industriali rinforzati sono realizzati utilizzando una combinazione di componenti di elaborazione moderni, irrobustiti per sopportare condizioni estreme. Sono caratterizzati da un design meccanico robusto, che spesso incorpora un telaio sigillato e staffe interne per proteggere i componenti da urti e vibrazioni costanti. Ciò è reso possibile dall'integrazione di supporti di isolamento dalle vibrazioni e ammortizzatori, che assicurano il funzionamento continuo del PC anche se installato su macchinari pesanti.

Questi PC possono funzionare in un ampio intervallo di temperatura grazie all'attenta selezione dei componenti e alla progettazione termica. È importante sottolineare che i produttori di PC industriali utilizzano componenti di grado industriale (come CPU, memoria, condensatori) che supportano temperature nominali fino a 70 °C. Un altro fattore che incide sul loro funzionamento a tali temperature è l'ottimizzazione dell'involucro e dei sistemi di raffreddamento. Molti PC rinforzati non hanno una ventola e sono racchiusi in un telaio in alluminio con dissipatore di calore e alette di ventilazione.

Figura 1: Il PC industriale PPC-CM4-070-D di Chipsee supporta una potenza in ingresso fino a 36 V e funziona in modo affidabile a 60 °C. (Immagine per gentile concessione di Chipsee)

Oltre alla classificazione IP65/66 per la resistenza alla polvere e all'acqua, i PC industriali sono dotati di un alimentatore in grado di gestire condizioni di alimentazione inaffidabili nei siti industriali. Molti di questi dispositivi informatici funzionano in modo sicuro in un ampio intervallo di tensione di ingresso c.c. Filtri e soppressori di sovratensioni incorporati proteggono i dispositivi da sovratensioni e transitori elettrici. Inoltre, questi PC sono protetti dalle interferenze elettromagnetiche.

Vantaggi strategici dei PC industriali

Gli stakeholder puntano sempre a ridurre al minimo i costi operativi di un impianto industriale, massimizzando al contempo la produttività e i profitti. Ciò diventa un fattore chiave per il passaggio ai PC industriali rinforzati, poiché garantiscono la massima operatività. Come già accennato, ogni minuto di inattività può rivelarsi costoso per le aziende, con conseguenti perdite anche di miliardi di dollari ogni anno dovute ai guasti delle apparecchiature.

Sebbene qualsiasi macchina possa guastarsi per varie ragioni, i PC industriali traggono comunque vantaggio dalla loro progettazione robusta, che consente di ridurre al minimo l'impatto quando si verifica un guasto. Molti di questi dispositivi informatici supportano il monitoraggio e la diagnostica da remoto. Sono inoltre dotati di componenti sostituibili a caldo (come unità e alimentatori) e alcuni modelli di fascia alta offrono anche la ridondanza. Questa progettazione volta ad assicurare l'elevata affidabilità e la manutenibilità assicura che i problemi possano essere risolti rapidamente quando si presentano.

Figura 2: il box PC VL3 UPC 1110 di Phoenix Contact utilizza un involucro esterno in alluminio con supporto per il montaggio su guida DIN. (Immagine per gentile concessione di Phoenix Contact)

I grandi impianti industriali richiedono centinaia di dispositivi informatici. Sebbene i PC industriali abbiano un prezzo di acquisto iniziale più elevato, il loro costo di proprietà totale nel corso della loro durata prevista è significativamente inferiore rispetto ai PC commerciali. I PC industriali sono costruiti per la longevità, spesso durano infatti circa 8-10 anni e in alcuni casi anche di più. Vantaggi fisici a parte, i PC industriali sono dotati di controlli di cibersicurezza conformi con standard quali IEC 62443. Ciò deriva dal fatto che la crescente connettività espone questi sistemi industriali a minacce informatiche che sfruttano molte vulnerabilità comuni.

Nel complesso, i PC rinforzati combinano innovazioni ingegneristiche, esterni rinforzati, layout interni robusti e componenti per impieghi gravosi. Tutto ciò contribuisce all'obiettivo di operazioni affidabili e continue. Questa robustezza fondamentale è il motivo per cui stanno sostituendo i PC tradizionali nelle fabbriche e negli impianti industriali.