31.10.2024
В деле подбора компонентов для ответственных систем не бывает мелочей. Многолетняя эксплуатация сложных комплексов, которые могут являться частью инфраструктуры объектов государственной важности, обязательно проявит все недочеты, допущенные на этапе принятия решений об использовании той или иной техники. Опыт показывает, что выбор оборудования для ответственных приложений необходимо осуществлять особенно тщательно и с учетом множества разнообразных факторов, и потому этот выбор сам по себе становится ответственной задачей. Сегодня в подобных приложениях используются офисные ПК, стоечные промышленные компьютеры и бесшумные промышленные решения класса Box PC, причем доля последних неуклонно растет за счет вытеснения альтернатив. Среди причин такого вытеснения – длительная доступность, повышенная надежность и стойкость к внешним воздействиям, а также малые габаритные размеры и простота в обслуживании.
Когда речь идет об организации АРМ оператора или диспетчера для автоматизированных систем управления на транспорте или в энергетике, установить и ввести в эксплуатацию парк компьютерной техники – это еще полдела. В задачах такого уровня уместны далеко не любые PC-совместимые решения. Подобные проекты реализуются годами, и на протяжении всего этого времени необходимо иметь возможность приобретать очередные партии идентичной компьютерной техники.
1. ВОПРОС ДЛИТЕЛЬНОСТИ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА
Постоянные изменения элементной базы – первое, с чем столкнутся разработчики, решившие положиться на поставщика офисных решений там, где необходимы решения промышленные. На профессиональном жаргоне машины, подверженные данному недугу, называются системами с коротким жизненным циклом. Офисные компьютеры эволюционируют стремительно, и спустя всего год после первоначальной поставки разработчикам вряд ли удастся купить хотя бы одну систему в точно такой же конфигурации, которая была у исходных машин. Приобретая же офисный компьютер с иной начинкой, пусть даже “почти” такой же, но все-таки не в точности такой, придется дорабатывать (если не переписывать) прикладное ПО, заново тестировать целевой аппаратно-программный комплекс и заново его сертифицировать. Всякий раз после получения очередной партии коммерческого офисного оборудования разработчикам придется тестировать свое программное обеспечение на предмет корректности взаимодействия с новыми аппаратными средствами. Это неизбежно повлечет дополнительные расходы, связанные с отвлечением инженерных ресурсов, сопровождением, затягиванием сроков исполнения проекта и т.д., и т.п. вплоть до штрафных санкций.
2. ВОПРОС ОБРАТНОЙ СВЯЗИ С ПРОИЗВОДИТЕЛЕМ
Еще одна проблема – это затрудненность, а нередко и полное отсутствие обратной связи с мировым OEM-производителем. Российская компания, реализующая небольшой проект в объемах до 1000 компьютеров в год, не представляет для массового производителя особого интереса. Сложно договориться с таким производителем о доработке BIOS, реализации заказной схемотехники, кастомизации или адаптации его серийных изделий под вашу задачу: массовый выпуск огромными партиями в десятки и сотни тысяч штук не оставляет ему места для маневра и сострадания. Известность бренда здесь роли не играет, подобная инерция есть неизбежное следствие больших объемов производства и ориентации на массового потребителя. Учет требований отдельных неоптовых заказчиков является для производителя офисных решений непозволительной роскошью, ему экономически невыгодно перенастраивать свои R&D и производственные процессы в угоду тем, кто приобретает, в лучшем случае, несколько сотен единиц оборудования.
3. ВОПРОС НАДЕЖНОСТИ
Данный вопрос тесно связан с предыдущим. Последнее, о чем думает производитель офисных ПК– это учет интересов промышленного сектора и то, насколько его компьютеры отвечают либо могли бы отвечать соответствующим потребностям. Притом что у компаний, реализующих проекты промышленного класса, довольно высокие запросы. Им нужны компьютеры, которые не сломаются через пару лет эксплуатации, имеют длительные сроки гарантии и локальную поддержку. Здесь уместно вспомнить, что для промышленных систем характерны условия эксплуатации, совершенно не характерные для офиса. Офисные системы не обязаны обладать повышенной устойчивостью к воздействию экстремальных температур, ударов и вибрации, им не нужна влагозащищенность, в них не используются ни конденсаторы с твердым диэлектриком, ни дополнительные блоки питания на случай сбоя основного. Говоря проще, они рассчитаны на совсем другие приложения, нежели те, что принято относить к промышленным либо ответственным и потому малопригодны за пределами своих основных сфер применения.
4. ВОПРОС ЭРГОНОМИЧНОСТИ И УДОБСТВА ДЛЯ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ
Даже самые компактные офисные компьютеры могут оказаться недостаточно компактными в контексте промышленных задач. Их бывает проблематично даже поместить в шкаф либо смонтировать в стойку, не говоря уже о встраивании в операторскую консоль или использовании в качестве бортового компьютера транспортного средства. Между тем, малые размеры, различные варианты монтажа и возможность встраивания являются критически важными параметрами для очень и очень многих проектов промышленного класса, оперирующих с ограниченным свободным пространством. В частности, данные требования можно считать общими для всех приложений, где необходимо обеспечить эргономику и удобство для пользователя, дабы он мог действовать эффективно и своевременно принимать правильные решения. Указанная сфера включает широкий спектр, задач, связанных с работой диспетчеров и операторов – от ответственных производств до систем жизнеобеспечения. Еще одной характеристикой, влияющей на эргономику, является уровень шума. Многие компании, пытающиеся реализовать набирающую в мире популярность концепции “тихого зала” в диспетчерских, вынуждены реализовывать довольно сложные и дорогостоящие схемы с использованием тонких клиентов и мощного серверного оборудования, требующего площадей и обслуживания.
PC–СОВМЕСТИМЫЕ РЕШЕНИЯ ДЛЯ ПРОФЕССИОНАЛЬНЫХ ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ
Устав от экспериментов с офисным компьютерным оборудованием и самосбором, сегодня многие российские компании делают выбор в пользу профессиональных промышленных решений, прежде всего отечественных. Большую популярность в нашей стране снискали компактные изделия типа Box PC, позволяющие получить всю полноту возможностей современного высокопроизводительного компьютера в условиях ограниченного свободного пространства.
Идея заключить ПК в маленькую коробочку и использовать его затем в тех сферах, где применять обычные ПК не очень удобно, родилась не вчера: подобные продукты уже достаточно давно предлагаются различными западными и азиатскими производителями. Заметный рост спроса на данные изделия в самое последнее время обусловлен объективными причинами: прогресс в области встраиваемых компьютерных технологий позволяет заключить в малогабаритный корпус производительность и функциональность того уровня, который еще совсем недавно могли обеспечить лишь большие стоечные серверы.
В нашей стране промышленные компьютеры типа Box PC востребованы на самых разных рынках, поскольку перекрывают широкий горизонтальный слой приложений, встречающихся в различных вертикальных отраслях, начиная с транспорта и заканчивая атомной и космической промышленностью. Какую бы ответственную область применения мы ни взяли, практически везде для обеспечения труда операторов и диспетчеров нужны универсальные решения, состоящие из одного или нескольких мониторов, монтирующихся на стол, на стену или каким-то иным образом, и резервированной компьютерной системы, к которой эти мониторы подключаются. В идеале подобная система должна иметь малые размеры и допускать различные способы монтажа, чтобы ее можно было без проблем поместить в любую свободную щель. Кроме того, было бы очень неплохо, если бы после однократной установки системы ее можно было эксплуатировать весьма длительное время, а при необходимости покупать другие такие же системы на протяжении 7-10 лет в неизменном виде. Желательно также, чтобы и уже установленную машину, и ее последующие дополнительно приобретаемые экземпляры можно было легко модернизировать.
КОМПЬЮТЕР BLOK – ЭРГОНОМИЧНЫЙ ОТЕЧЕСТВЕННЫЙ Box PC ВЫСОКОЙ НАДЕЖНОСТИ ДЛЯ ДОЛГОСРОЧНЫХ ПРОЕКТОВ
В продуктовых портфелях серьезных игроков рынка промышленных Box PC все перечисленное и многое другое предусмотрено по умолчанию. Рассмотрим, например, компьютер BLOK формата Box PC производства компании “РТСофт”. По сути, это не одно изделие, а платформа, на базе которой возможна реализация различных конфигураций в соответствии с решаемой заказчиком задачей. Компьютеры серии BLOK разработаны и произведены в России по программе импортозамещения с опорой на ультрасовременные достижения в области микропроцессорной техники, сетевых решений, мультимедийных интерфейсов, систем электропитания и производства точной 3D-механики. В каждом грамме машин сосредоточен более чем 20-летний успешный опыт инженеров “РТСофт” и партнеров – ведущих отечественных и зарубежных компаний из различных отраслей: энергетики, обороны, промышленности, транспорта и управления движением.
Достаточно просто посмотреть на компьютер BLOK вживую, чтобы понять, что данная система обладает неоспоримыми преимуществами (рис. 1). Сверхтонкий дизайн высотой 1U под 19-дюймовую стойку позволяет применять данную машину и как встраиваемый Box PC, и как стоечный компьютер. При этом машина имеет минимальную глубину 200 мм, благодаря чему BLOK можно устанавливать в сверхкомпактные шкафы и использовать для модернизации пультов управления, улучшая эргономику рабочих мест и создавая дополнительные конкурентные преимущества. Компактные размеры и легкий вес обеспечивают простоту и удобство встраивания.
Размеры и функциональность компьютера BLOK ломают стереотипы о необходимости использовать громоздкие операторские консоли и предоставляют свободу дизайнерам и конструкторам в создании ультрасовременных эргономичных человеко-машинных систем. BLOK отличается не только высокой надежностью, но и длительным жизненным циклом, что гарантирует заказчику бюджетное тиражирование однажды созданных компетенций на протяжении многих лет в дальнейших проектах. Сердце BLOK – встроенный модуль в стандарте COM Express на базе мобильных процессоров Intel Core: гарантия совместимости, великолепных показателей производительности CPU/GPU и энергоэффективности. Следует упомянуть и об еще одной полезной особенности промышленного компьютера BLOK: безвентиляторный Rugged-дизайн обеспечивает абсолютно бесшумную работу. Данное свойство крайне важно для комфортной и безопасной работы генерального заказчика – оператора/диспетчера.
Большим плюсом решения BLOK является территориальная близость разработки, поддержки и сопровождения к конечному пользователю. Специалисты отечественной компании “РТСофт”, разрабатывающие промышленные компьютеры BLOK, оказывают оперативную техническую поддержку, а при необходимости, доработку РКД и отраслевую сертификацию при оптимизации BLOK под конкретную задачу заказчика, в том числе написание драйверов под различные ОС и экспертизу прикладного ПО. Расширяемая гарантия на BLOK – 3 года. Все важнейшие компоненты машины рассчитаны на режим работы 24/7, включая резервированную систему питания. Рекордная гарантия и высокая надежность обеспечивают низкую стоимость владения.
Легкость и удобство модернизации – еще одно ключевое достоинство этого промышленного Box PC. Компьютер BLOK построен на базе международного стандарта COM Express, который определяет унифицированные модули с процессором, чипсетом и памятью, устанавливающиеся на базовую плату. Процессорные модули COM Express массово выпускаются компаниями по всему миру, включая РФ. Несложной заменой COM Express модуля можно повысить производительность системы до уровня следующего поколения ЦП Intel. При необходимости можно использовать модули COM Express отечественного производства с российской микропроцессорной архитектурой – такие конфигурации востребованы на рынке спецприменений, и для заказчиков с этого рынка, а также для тех, кто занимается сопровождением и обслуживанием систем специального назначения, данная опция является весьма существенным преимуществом. Платформа BLOK, таким образом, становится отправной точкой для целых поколений и семейств конечных систем, имеющих разную производительность, разные возможности, адресованных разным рынкам и даже построенных на процессорах принципиально различных типов.
Стихия работы BLOK – сети Ethernet. Интерфейсная подсистема включает четыре порта Gigabit Ethernet, шесть портов USB 3.0/2.0 и два COM-порта, а также микрофонный вход и линейный выход звукового кодека Intel HD. Для расширения исходной функциональности доступны два полноразмерных слота Mini PCI Express: обеспечена подготовка для работы в средах Wi-Fi и GSM, а также с аппаратнопрограммными модулями доверенной загрузки (АПМДЗ).
В базовой конфигурации промышленный компьютер BLOK построен на чипсете Intel Mobile Q87 и оснащен двухъядерным процессором Intel Core i5 Haswell с тактовой частотой 1,6 ГГц (может быть заменен на другие ЦП серий Intel Core i7, Intel Atom и др.). Объем памяти типа DDR3L-1600 достигает 16 Гбайт, роль накопителей (2 шт.) играют 2,5-дюймовые твердотельные либо жесткие диски. Возможна их организация в RAID массив.
Важной особенностью платформы BLOK в контексте задач визуализации, оснащения операторских и организации автоматизированных рабочих мест является поддержка вывода на три дисплея в разрешениях до 4K с одновременной передачей аудио, обеспечиваемая тремя интерфейсами DisplayPort (вместо одного интерфейса DisplayPort может быть порт DVI-D), рис. 2. Тепловыделение процессора Intel Core в пределах 47 Вт позволяет системе быть безвентиляторной и, как следствие, иметь повышенную механическую надежность и нулевой уровень шума. Дополнительную надежность обеспечивает также резервированный блок питания 220 B/50 Гц. Гарантия производителя составляет 3 года, при этом средняя наработка на отказ (MTBF – Mean Time Between Failures) 70 000 часов (более 7 лет). При размерах 44 (1U)×415 (19'')×200 мм базовая конфигурация весит 4,4 кг, может эксплуатироваться при температурах от –10 °C до +55 °C и монтируется в 19-дюймовую стойку, на стену, на рейку DIN либо устанавливается на стол. В наличии сертификаты ГОСТ Р и ТС, производитель имеет лицензии TUV ISO 9001-2008, Военного Регистра, ФСТЭК, Ростехнадзора и ФСБ. Стандартная программная поддержка включает BSP-пакеты на основе Windows 7, Window 8, Windows Embedded Standard 7, Windows Embedded 8 Standard и Linux; по желанию заказчика возможна адаптация QNX, VxWorks, LynxOS, PikeOS и иных встраиваемых операционных систем и ОСРВ. Также по желанию клиента возможно изменение характеристик питания, расширение температурного диапазона, усиление механических свойств, повышение класса защиты IP, проведение специсследований, спецпроверок и приемки заказчика.
KBox – НЕОБСЛУЖИВАЕМЫЕ ВСТРАИВАЕМЫЕ КОМПЬЮТЕРЫ ШИРОКОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Хорошее представление об уровне развития современных промышленных Box PC могут также дать изделия серии Kontron KBox. Высочайшая надежность сочетается в этих компьютерах с увеличенным жизненным циклом, составляющим 5-7 и более лет, при этом по техническим характеристикам и функциональности они зачастую не уступают стоечным ПК аналогичной и даже более высокой цены. С другой стороны, встраиваемые решения KBox можно с успехом использовать для замены ПЛК. На передней панели различных модификаций KBox предусмотрен разъем для подключения к классическим промышленным сетям Profibus или CAN; поддержка других промышленных интерфейсов может быть реализована при помощи модулей расширения Mini PCI Express.
Ориентация на промышленные применения проявляется еще и в том немаловажном факте, что многие модели из семейства KBox позиционируются производителем как изделия, в принципе никогда не нуждающиеся в техническом обслуживании (принцип Wartungsfrei). Иными словами, это не просто высоконадежное оборудование, а оборудование исключительно высокой надежности. Средняя наработка на отказ для линейки KBox достигает 150 000 часов, что в комбинации с принципом Wartungsfrei означает более 17 лет безостановочной безаварийной работы в стиле “поставил и забыл”, т.е. без какого-либо вмешательства технического персонала.
Семейство KBox является гибким и масштабируемым. Что касается масштабируемости по такому важному параметру, как производительность, в продуктовой серии KBox представлен широкий диапазон процессоров, начиная с самых бюджетных версий Intel Atom и заканчивая мощными современными ЦП Intel Core четвертого поколения, для которых также доступна опция безвентиляторного охлаждения. Гибкость выражается, в частности, в том, что все встраиваемые промышленные компьютеры из данной линейки оснащены современными видеоинтерфейсами (HDMI, DVI или DisplayPort), при этом многие модели способны осуществлять вывод сразу на несколько мониторов. Еще одной общей чертой линейки KBox, имеющей прямое отношение к гибкости, является присутствие слотов расширения PCI Express и Mini PCI Express у абсолютно всех моделей. Благодаря наличию разъемов mSATA быстрые твердотельные накопители можно устанавливать даже в самые малогабаритные версии KBox, при этом некоторые модификации обеспечивают поддержку сменных карт памяти. Также у большинства изделий серии KBox есть порты USB 3.0. Одной из характерных особенностей продуктовой серии KBox является развитая коммуникационная функциональность: все новые модели имеют не менее двух портов Gigabit Ethernet и поддерживают при этом подключение к беспроводным сетям Wi-Fi/3G/4G, что делает их готовыми платформами для разработки передовых приложений класса “Интернет вещей” (Internet of Things – IoT).
Возьмем в качестве примера новейшую модель KBox A-201, позиционирующуюся как компьютер для построения приложений класса “Интернет вещей” и выполненный на базе экономичного процессора Intel Quark X1021 (1 ядро, тактовая частота 400 МГц) с интегрированным чипсетом. Для повышения механической надежности данного компьютера память DDR3L объемом до 1 Гбайт напаивается непосредственно на печатную плату. Исходная функциональность ввода-вывода включает интерфейс HDMI, два порта Gigabit Ethernet, два порта USB 2.0 и три последовательных интерфейса. Дополнительный вводвывод можно организовать на базе слота Mini PCI Express, также доступны конфигурации с интерфейсом шины CAN и тремя антеннами Wi-Fi. В наличии слот SIM-карты и слот для установки карты памяти MicroSD. Тепловыделение системы не превышает 10 Вт, что позволяет системе быть безвентиляторной и бесшумной. Изделие имеет размеры 150×57×95 мм, весит 1 кг, рассчитано на эксплуатацию при температурах –40 °C … +75 °C и пригодно для использования как в задачах IoT, так и в широчайшем спектре других промышленных приложений. Данный компьютер типа Box PC является необслуживаемым (Wartungsfrei), при этом все его коммуникационные средства доступны со стороны передней панели, что повышает удобство работы с устройством при его установке в шкаф (рис. 3).
Как уже говорилось, в линейке KBox есть более производительные и гораздо более производительные изделия, обеспечивающие масштабируемость по процессору и функциональности. Модель KBox A-103 оснащается различными ЦП серии Intel Atom вплоть до Intel Atom E3845 (платформа Bay Trail, 4 ядра, тактовая частота 1,91 ГГц). Объем памяти DDR3L, устанавливающейся в 1 слот SO-DIMM (204 контакта), может достигать 8 Гбайт. В наличии два порта Gigabit Ethernet, порт USB 3.0, два порта USB 2.0, до трех последовательных интерфейсов, цифровой вводвывод (по четыре линии TTL на вход и на выход), слот SIM-карты, бортовая флеш-память объемом до 16 Гбайт, слот mSATA, слот для установки 2,5-дюймового накопителя и два слота расширения Mini PCI Express. Благодаря малому тепловыделению (50 Вт макс.) компьютер KBox A-103 не нуждается в вентиляторах и не требует технического обслуживания (Wartungsfrei). Изделие заключено в алюминиевый корпус габаритами 210×65×140 мм, весит 2,5 кг, работает при температурах –20 °C … +60 °C и допускает монтаж на рейку DIN, на стену, на стол либо в шкаф (рис. 4). Доступны операционные системы Windows Embedded 8, Windows 7, Windows Embedded Standard 7, Windows Embedded Compact 7, Fedora и Ubuntu.
ВЫБОР ПРОФЕССИОНАЛОВ
Продукция поставщиков офисной техники удовлетворяет требованиям промышленных задач не так часто, как хотелось бы, поскольку данное оборудование ориентировано на другие области применения и выпускается огромными партиями для всех пользователей сразу без учета специфики разных прикладных сегментов, тем более сегментов, являющихся для офисного рынка чуждыми и экзотическими. Производителю офисных машин неинтересно прислушиваться к просьбам потребителей, на чью долю приходится ничтожный процент закупок их продукции. По этой причине в промышленных и ответственных задачах разумно использовать промышленные компьютеры, разрабатывающиеся специально для приложений данного класса и обладающие, в этой связи, рядом характеристик, принципиально важных с точки зрения ответственных систем (повышенная надежность, длительный жизненный цикл и др.).
Продуктовое предложение компании “РТСофт” по направлению высоконадежных изделий в формате Box PC отвечает всем базовым требованиям, которые пользователи вправе предъявлять к промышленным компьютерам. Изделия серий BLOK и KBox пригодятся при создании разнообразных систем отображения информации, автоматизированных рабочих мест, систем управления – везде, где необходимы высоконадежные компактные и сверхкомпактные компьютеры, обладающие самой современной функциональностью, достойной производительностью и максимально длительным жизненным циклом. Будучи собственной разработкой “РТСофт”, встраиваемое решение BLOK не имеет аналогов среди продукции как отечественных, так и зарубежных поставщиков. Платформа BLOK допускает использование процессоров самой разной производительности и различных типов, от Intel Atom до “Эльбрус”. Помимо прочего это дает заказчику большую свободу маневра по затратам: если для его задач достаточно возможностей микроархитектуры Intel Bay Trail, нет никакой нужды использовать мощные чипы Intel Core i7, что означает экономию минимум на разницу в стоимости ЦП. Кроме того, специалисты “РТСофт” готовы прислушиваться к пожеланиям клиентов и осуществлять кастомизацию компьютеров BLOK в довольно широких пределах, обеспечивая для всех модификаций длительный многолетний жизненный цикл. Если же заказчику нужны готовые современные промышленные решения высочайшей надежности от известного производителя, не требующие обслуживания в процессе эксплуатации и доступные для приобретения на протяжении многих лет после первоначальной поставки, ему имеет смысл обратить внимание на продуктовое семейство KBox.
