Produkcja przemysłowa

Komputery przemysłowe

Możliwości pracy w wymagającym środowisku, przy zanieczyszczeniach i w zróżnicowanych warunkach temperaturowych – wszystko to sprawia, że komputery przemysłowe stosowane są w wielu różnych aplikacjach, w tym tak odległych od przemysłu jak rozrywka, transport czy zastosowania militarne. Ich dostawcy patrzą w przyszłość pozytywnie, wskazując takie czynniki prorozwojowe, jak ciągłe postępy w zakresie technologii komputerów oraz nowe zastosowania, które związane są z obszarem Internetu rzeczy.

Co wybierają klienci?

Z badania krajowego rynku IPC wynika, że podobnie jak w latach poprzednich, komputery przemysłowe są najczęściej stosowane w różnych obszarach przemysłu. Z roku na rok zwiększa się jednak udział innych zastosowań, w tym m.in. w takich gałęziach gospodarki jak rozrywka, zastosowania militarne oraz sprzęt medyczny. Cechami komputerów wpływającymi na wybór klientów są niezawodność oferowanych rozwiązań oraz w drugiej kolejności – cena. Takie parametry jak możliwość rozbudowy czy rozmiar pamięci operacyjnej odgrywają zwykle mniejszą rolę. W ostatnim badaniu wyraźnie zyskały na znaczeniu możliwości podłączenia innych urządzeń poprzez oferowane w komputerze zewnętrzne interfejsy, co wynika z coraz większej różnorodności i wzrostu zakresu zastosowań IPC.

Obszary najczęstszego wykorzystania komputerów przemysłowych; odpowiedzi dotyczą rynku krajowego

Spośród typów komputerów przemysłowych polscy odbiorcy najczęściej zainteresowani byli wersjami Box PC, Panel IPC oraz Single-Board Computer (SBC). Komputery te wyposażone były najczęściej w system Linux lub Windows 10, znacznie rzadziej Android, Windows 7 lub Windows XP.

Mniej więcej po połowie rozkładają się pozytywne i negatywne odpowiedzi na pytanie: czy IPC sprzedają się samodzielnie czy raczej jako większe kompletacje. W przypadku 48% respondentów jest to głównie sprzedaż samodzielna IPC, natomiast 52% dokonuje sprzedaży w systemach. Uzupełnieniem wiedzy w tym obszarze jest odpowiedź na pytanie "Na czym zarabia się w branży?" i tu także nie uzyskujemy jednoznacznej odpowiedzi, gdyż 35% zarabia głównie na samych komputerach, 25% na komponentach związanych z IPC, 22% na innych produktach i 18% na usługach.

"Na czym zarabia się w omawianej branży?" – odpowiedzi na pytanie

Głównymi odbiorcami produktów IPC są integratorzy systemów (65% wskazań), klienci końcowi (52%) i producenci OEM (55%). Przez ostatnie kilka lat sytuacja nie ulegała w tym obszarze większej zmianie. Wśród branż będących odbiorcami IPC najczęściej wymieniany był oczywiście przemysł. W górnej części listy odbiorców znalazła się także energetyka oraz branża transportowa.

Mateusz Pijanowski

ASTOR

Co wpływa na rynek komputerów przemysłowych i jakie są tu trendy?

Na branżę IPC oraz, ogólniej, na sektora, automatyki przemysłowej, coraz silniejszy wpływ mają technologie oraz koncepcje zaliczane do Przemysłu 4.0. Jedną z nich jest technologia edge computing, gdzie komputery przemysłowe wykorzystywane są jako urządzenia brzegowe, które służą do wstępnej obróbki danych oraz komunikacji z systemami nadrzędnymi np. systemami chmurowymi. Taka architektura niesie z sobą korzyści takie jak odporność na awarię sieci oraz cyberataki za sprawą lokalnego przetwarzania danych, mniejsze obciążenie sieci (brak konieczności przesyłania wszystkich danych do chmury) oraz nieograniczone możliwości lokalnego sterowania obiektem bez rezygnacji z zalet chmurowej akwizycji danych.

Przykładem urządzenia obrazującego tendencję rynku może być jednostka Emerson CPL410. Jest to urządzenie "2 w 1", łączące w sobie kontroler PAC z systemem czasu rzeczywistego oraz komputer przemysłowy z systemem Linux na pokładzie. Zastosowany jako urządzenie brzegowe wnosi dwie funkcjonalności. Po pierwsze daje możliwość niezawodnego sterowania w aplikacjach dyskretnych oraz procesowych. Po drugie, za sprawą wbudowanego IPC z Linuksem, zapewnia obsługę systemów bazodanowych, języków wysokiego poziomu, lokalnej wizualizacji oraz sztucznej inteligencji do wstępnej obróbki i analizy danych oraz przesłania części z nich do chmury. Wraz z popularyzacją Przemysłu 4.0 w Polsce, zastosowania IPC w infrastrukturach edge computing powinny być coraz powszechniejsze.

Internet rzeczy i alternatywne architektury

Wśród istotnych nowości polscy dostawcy wymieniali między innymi nowe komponenty poprawiające wydajność IPC, w tym procesory AMD Ryzen, wydajniejsze karty graficzne i nowe dyski SSD. Ankietowani zwracali także uwagę na energooszczędność nowych konstrukcji oraz rosnącą liczbę obsługiwanych peryferii.

Respondenci zwracali też uwagę na urządzenia z wbudowanym czytnikiem RFID wspierające rozwiązania z zakresu IIoT. Przemysłowy Internet rzeczy (Industrial Internet of Things) jest od kilku lat postrzegany jako kluczowy w zmianach definiowanych jako czwarta rewolucja przemysłowa – Industry 4.0. Analitycy Markets and Markets Research szacują, że rynek IIoT zwiększy wartość z 77 mld USD w 2020 r. do 110 mld USD w 2025 przy średniorocznym wzroście na poziomie 7,4%. Rozwój branży IIoT napędzany jest przez takie czynniki, jak postęp technologiczny w dziedzinie półprzewodników i urządzeń elektronicznych, zwiększone wykorzystanie platform przetwarzania w chmurze, standaryzacja IPv6 oraz wsparcie dla działań badawczo-rozwojowych związanych z IIoT.

Najważniejsze dla klientów cechy IPC

IIoT jest częścią większego tematycznie obszaru, którym jest Internet rzeczy. Obejmuje on rozwiązania stosowane w logistyce (monitoring floty, automatyzacja magazynów), transporcie publicznym, aplikacje w inteligentnych budynkach czy nowe technologie w sprzęcie powszechnego użytku. Cechą wspólną jest tutaj wykorzystanie urządzeń komunikujących się bez udziału człowieka, które jednocześnie udostępniają dane w ramach większych systemów.

4# Konkurencja na omawianym rynku w Polsce

Rozwiązania takie jak omawiane stanowią naturalną ewolucję aplikacji z obszaru M2M i przetwarzania danych, zaś ich elementami są m.in. urządzenia do zbierania, przetwarzania i przesyłania danych (np. Edge Computing). W zastosowaniach tych sprawdzają się IPC, ponieważ zapewniają one wymaganą funkcjonalność. Dodatkowo oferują wyjątkową odporność w trudnych warunkach środowiskowych. W efekcie można je wykorzystywać np. w pojazdach czy bezpośrednio w maszynach produkcyjnych. Wraz z postępującą cyfryzacją w naszym otoczeniu będzie pojawiało się coraz więcej systemów IoT wymagających stosowania komputerów i systemów embedded do przetwarzania oraz analizy danych.

Cezary Morawski

ME Embedded

Jakie są trendy na rynku komputerów przemysłowych? Co zmienia się w branży?

Postępująca digitalizacja, wzrost znaczenia trendów technologicznych, takich jak IIoT (Industrial Internet of Things) czy AIoT (Artificial Intelligence of Things) oraz pojawianie się nowych standardów, takich jak chociażby standard komunikacji bezprzewodowej 5G, wymusza na producentach procesorów i opartych na nich podzespołów opracowywanie rozwiązań, które będą w stanie sprostać jeszcze szybciej rosnącym wymaganiom w zakresie wydajności, efektywności energetycznej i zaawansowania w zakresie możliwości sieciowych pojawiających się na rynku komputerów. Przykładem takowych są nowoczesne bramy IoT czy komputery przetwarzania brzegowego (tzw. edge), które odpowiedzialne są za gromadzenie i lokalne, bez wysyłania do chmury, przetwarzanie w czasie rzeczywistym coraz większej ilości danych z czujników i kamer. Jednocześnie coraz większą wagę przykłada się do standaryzowania, czego dobrym przykładem jest opracowanie nowego standardu o nazwie COM-HPC, który ma być rozszerzeniem i jednocześnie uzupełnieniem najpopularniejszego obecnie na rynku standardu komputera modułowego, jakim jest COM Express.

Jakich urządzeń sprzedaje się najwięcej? Jakie standardy dominują na rynku?

Właściwie w każdej branży jest zapotrzebowanie zarówno na produkty typu board-level, tj. wszelkiego rodzaju płyty i moduły komputerowe, jak również na produkty typu system-level, czyli gotowe komputery w obudowach, takie jak chociażby Box PC czy Rackmount IPC. Proporcje są różne w zależności od branży. To, jakiego typu komputer zostanie wykorzystany w danym projekcie, zależy w głównej mierze od specyfiki i wymagań, zarówno w zakresie sprzętowym (liczby i różnorodności interfejsów), jak i programowym, czy też norm jakie musi spełniać urządzenie końcowe lub oparty na tymże urządzeniu system. Pewne aplikacje są na tyle specyficzne czy też wymagające, wykraczając tym samym poza dostępne na rynku standardowe konfiguracje gotowych komputerów i ich możliwości adaptacyjne, że zachodzi potrzeba projektowania urządzeń od zera, w oparciu na komputerach modułowych czy też komputerach typu SBC lub płytach głównych, w przypadku projektów o mniejszym wolumenie ilościowym lub tych o mniejszym budżecie i ograniczonych zasobach projektowych.

Drugą stroną medalu jest to, że wiele z wcześniejszych prognoz dotyczących rozwoju rynku Internetu Rzeczy było najzwyczajniej zbyt optymistycznych. Skala wdrożeń IoT jest wciąż mocno ograniczana przez koszty i kwestie standaryzacyjne, zaś o zapowiadanych technologiach takich jak np. smart dust nadal mówi się w czasie przyszłym.

Popularni w branży producenci komputerów przemysłowych – odpowiedzi polskich respondentów; zestawienie nie dotyczy udziałów firm w rynku

Inne z wniosków po badaniu dotyczą architektur IPC. Standardem w przypadku Box PC i "większych" komputerów jest cały czas architektura Intela, jednak im bardziej przemieszczamy się w stronę urządzeń embedded i mniejszych komputerów jednopłytkowych, tym bardziej widać zmiany i pojawianie się innych technologii. W ostatnim z przypadków coraz popularniejsze stają się urządzenia z układami ARM, których atutami są niska cena, wysoki poziom integracji w systemie docelowym oraz możliwość obsługi różnych systemów operacyjnych z Androidem i Linuksem na czele. Wspiera je również wielu dużych dostawców półprzewodników, przez co dawne problemy z kompatybilnością czy brakiem wsparcia przy korzystaniu z takich rozwiązań można uznać za historię.

Popularne typy komputerów przemysłowych; odpowiedzi dotyczą rynku krajowego

Ankietowani zwracają uwagę na rosnącą rolę platformy GPU Jetson. Rozwiązania NVIDIA Jetson zapewniają wydajność i energooszczędność potrzebną do uruchamiania oprogramowania maszyn autonomicznych i relatywnie dużą wydajność obliczeniową przy niższym zużyciu energii. Każdy układ jest kompletnym systemem SOM (System-on-Module) wyposażonym w CPU, GPU, PMIC, DRAM i z pamięcią Flash. Platformę Jetson cechuje również duża skalowalność.

Krzysztof Świat

CSI

Jak w ostatnich latach, w tym w dobie pandemii, zmieniała się sytuacja w sektorze komputerów przemysłowych?

Wiodącym od kilku lat trendem na rynku IPC jest Factory 4.0 czy też IIoT. Pandemia przyczyniła się do wzrostu tempa automatyzacji procesów w wielu branżach, między innymi w sektorze e-commerce czy Smart City. W takich projektach, we wdrożeniach outdoor realizowanych w dużej skali przez naszych klientów i partnerów, CSI implementuje doświadczenia dostawcy przemysłowych oraz wojskowych systemów komputerowych. W efekcie klienci otrzymują w cenie zbliżonej do rozwiązań komercyjnych komputery odporne na działanie warunków atmosferycznych i cechujące się gotowością do pracy ciągłej.

Nowe perspektywy dla branży IPC otwierają się wraz z wprowadzaniem kolejnych modeli komputerów opartych na nowych generacjach niskoprądowych procesorów Intel z serii Elkhart Lake i Tiger Lake dla urządzeń IoT. W obu przypadkach mamy znaczny wzrost wydajności w porównaniu z poprzednią generacją, przy czym wreszcie duża część modeli zaprojektowana jest do pracy w rozszerzonym zakresie temperatur pracy. Niezwykle istotny jest również wzrost wydajności zintegrowanych układów graficznych. W przypadku Tiger Lake mamy również możliwość wyświetlania czterech niezależnych strumieni wideo w rozdzielczości 4K – w tym zakresie Intel dogonił AMD. Obie rodziny procesorów wpisują się idealnie w wymagania naszych klientów w segmencie IoT.

Kto jest dzisiaj typowym klientem firmy?

Największą grupę naszych klientów niezmiennie stanowią szeroko rozumiani integratorzy. Taka firma, integrator obsługujący wybrany sektor gospodarki ma najszerszą wiedzę i doświadczenie, aby zaprojektować oraz wdrożyć system dostosowany do specyficznych wymagań konkretnej branży. Naszą rolą jest transfer wiedzy na temat nowinek technicznych, odpowiednia selekcji rozwiązań, które spełnią założenia projektowe, a ostatnio też opracowywanie gotowych produktów, które nie są dostępne na rynku.

Drugą grupę stanowią producenci OEM. W tym przypadku staramy się zaproponować rozwiązania pozwalające na uproszczenie budowy urządzenia, poprawę parametrów maszyny, a przede wszystkim zwiększenie jej niezawodności. Priorytetem jest dla nas wzrost konkurencyjności produktów naszych klientów. Do grupy odbiorców dołączają coraz częściej firmy software’owe, które nie miały do tej pory styczności z komputerami przemysłowymi lub sporadycznie korzystały z urządzeń do trudnych warunków pracy.

Jetson Nano pozwala na tworzenie komputerów jednopłytkowych SBC zaprojektowanych z myślą o rozwiązaniach przemysłowych i wspierany jest w taki sposób, by ułatwiać projektantom i programistom tworzenie nowych aplikacji. Technologię można uznać za konkurencyjną do Raspberry Pi (ARM), która może nie jest aż tak wydajna jak stosowane w większości układy Intel, ale jej przewagą jest społeczność pracująca wokół coraz to nowych zastosowań w różnych obszarach, w tym także w przemyśle. Małe komputery jednopłytkowe opracowywane są często przez entuzjastów, ale również organizacje i bazują w większości na mikrokontrolerach 32-bitowych oraz systemach operacyjnych Linux oraz Android. Przykładami są tu m.in. Arduino, Beagle-Bone czy Raspberry Pi.

Popularne systemy operacyjne; odpowiedzi dotyczą rynku krajowego

Wszystkie one są nie tylko doskonałymi komputerami przydatnymi w badaniach i edukacji, ale też nie brakuje ich zastosowań w obszarach semi-profesjonalnych a nawet profesjonalnych. Takimi są m.in. aplikacje związane z monitoringiem, inteligentnymi budynkami, rozwiązaniami pomiarowymi czy wideo. Wiele firm sięga po nie również w celu wykorzystania w większych, komercyjnych systemach, czyli traktuje się je jak typowe układy embedded.

Finalnie do trendów technologicznych zostały zaliczone również: sieci LoraWAN, miniaturyzacja komputerów i postępy w zakresie energooszczędności. Omawialiśmy je w analizie publikowanej w poprzednim wydaniu informatora (IRA 2022).