Высоконадёжные промышленные ПК формата Box PC: борьба за отечественного пользователя

Портал «МИР КОМПЬЮТЕРНОЙ АВТОМАТИЗАЦИИ»

Российские разработчики начинают всё тщательнее подходить к выбору компонентов для построения различного рода ответственных систем, опираясь на собственный немалый опыт и принимая во внимание всё большее количество факторов. Мелочи, упущенные на этапах выбора техники, обязательно заявят о себе в режиме многолетней эксплуатации в составе сложных комплексов, которые в ряде случаев являются частью инфраструктуры объектов государственной важности. Выбор компьютерной техники для такого типа приложений сам по себе является задачей ответственной, и текущая практика говорит о массовом применении офисных ПК, стоечных промышленных компьютеров либо бесшумных промышленных решений класса Box PC. Последние набирают всё большую популярность и по ряду объективных причин вытесняют стоечные промышленные и офисные ПК из традиционно сложившихся приложений. Среди этих причин – длительная доступность, повышенная надёжность и стойкость к внешним воздействиям, малые габаритные размеры и простота в обслуживании.

Может показаться, что организовать АРМ оператора или диспетчера для автоматизированных систем управления на транспорте или в энергетике можно с использованием любых PC-совместимых систем, включая офисные и самосборные. Однако при попытке практической реализации немедленно начинаются сложности. Проекты такого уровня не завершаются единовременной установкой и вводом в эксплуатацию партии компьютеров, они реализуются годами, и на протяжении всего этого времени необходимо иметь возможность приобретать очередные партии идентичной компьютерной техники.

Длительный жизненный цикл компьютеров – ключевой вопрос при реализации долгосрочных проектов

Первое, с чем столкнутся разработчики, решившие положиться на поставщика офисных решений там, где необходимы решения промышленные, – это постоянные изменения элементной базы. 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 всё-таки не в точности такой, придётся 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 придётся тестировать своё программное обеспечение на предмет корректности взаимодействия с новыми аппаратными средствами. Это неизбежно повлечёт дополнительные расходы, связанные с отвлечением инженерных ресурсов, сопровождением, затягиванием сроков исполнения проекта и т.д., и т.п. вплоть до штрафных санкций.

Производитель и поддержка не так близки, как хотелось бы

Ещё 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.

Надёжность должна складываться по крупицам

Данный вопрос тесно связан с предыдущим. Последнее, о чём думает производитель офисных ПК – это учёт 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 влагозащищённость, в них не используются ни конденсаторы с твёрдым 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.

Там, где «хромают» эргономичность и удобство 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. Ещё одна характеристика, которая влияет на эргономику, - уровень шума. Многие компании, пытающиеся реализовать набирающую в мире популярность концепцию «тихого зала» в диспетчерских, вынуждены реализовывать довольно сложные и дорогостоящие схемы с использованием тонких клиентов и мощного серверного оборудования, требующего площадей и обслуживания.

Компьютеры для профессионалов

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 ещё 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 её можно было без проблем поместить в любую свободную щель. Кроме того, было бы очень неплохо, если бы после однократной установки системы её 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 её последующие дополнительно приобретаемые экземпляры можно было легко модернизировать.

BLOK – бесшумный отечественный Box PC для ответственных эргономичных систем с длительным жизненным циклом

В продуктовых портфелях серьёзных игроков рынка промышленных Box PC всё перечисленное и многое другое предусмотрено по умолчанию. Рассмотрим, например, компьютер BLOK формата Box PC производства компании «РТСофт» (рис. 1). 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 партнёров – ведущих отечественных и зарубежных компаний из различных отраслей: энергетики, промышленности, транспорта и управления движением и других.

Достаточно просто посмотреть на компьютер BLOK вживую, чтобы понять, что данная система обладает неоспоримыми преимуществами. 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.

Рис. 1. Так выглядит ультрасовременный промышленный компьютер BLOK, разработанный и производящийся российской компанией «РТСофт»

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 надёжностью, 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 ещё 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.

Большой плюс решения BLOK - 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 надёжность обеспечивают низкую стоимость владения.

Лёгкость и удобство модернизации – ещё одно ключевые 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 модуля COM Express 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  весьма существенное преимущество. 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 аппаратно-программными модулями доверенной загрузки (АПМДЗ)

В базовой конфигурации промышленный компьютер BLOK построен на чипсете Intel Mobile Q87 и оснащён двухъядерным процессором Intel Core i5 Haswell с тактовой частотой 1,6 ГГц (может быть заменён на другие ЦП серий Intel Core i7, Intel Atom). Объём памяти типа DDR3L-1600 достигает 16 Гбайт, роль накопителей (2 шт.) играют 2,5-дюймовые твердотельные либо жёсткие диски. Возможна их организация в RAID-массив.

Важная особенность платформы BLOK в контексте задач визуализации, оснащения операторских и организации автоматизированных рабочих мест - поддержка вывода на три дисплея в разрешениях до 4K с одновременной передачей аудиоинформации, 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 надёжность и нулевой уровень шума. Дополнительную надёжность 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) 70000 часов (более 7 лет). При размерах 44 мм (1U) х 415 мм (19”) х 200 мм базовая конфигурация весит 4,4 кг, может эксплуатироваться при температурах от -10 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 ОС 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 приёмки заказчика.

Рис. 2 Бесшумный промышленный компьютер BLOK российской компании «РТСофт» способен осуществлять вывод на три дисплея в разрешениях до 4K с одновременной передачей аудиоинформации. На фото система BLOK подключена к трём мониторам GT777, также разрабатываемых в «РТСофт» и производящихся на собственных мощностях компании

KBox – необслуживаемые встраиваемые компьютеры широкого применения

Хорошее представление об уровне развития современных промышленных Box PC могут также дать изделия серии Kontron KBox. Высочайшая надёжность 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 разъём 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 ещё и в том немаловажном факте, что многие модели из семейства KBox позиционируются производителем как изделия, в принципе и никогда не нуждающиеся в техническом обслуживании(принцип Wartungsfrei). Иными словами, это не просто высоконадёжное оборудование, а оборудование исключительно высокой надёжности. Средняя наработка на отказ для линейки KBox достигает 150000 часов, что в комбинации с принципом Wartungsfrei означает более 17 лет безостановочной безаварийной работы в стиле «поставил и забыл», то есть 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 четвёртого 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. Ещё одна общая черта линейки KBox, имеющая прямое отношение к гибкости, - присутствие слотов расширения PCI Express и Mini PCI Express у абсолютно всех моделей. Благодаря наличию разъёмов 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. Одна из характерных особенностей продуктовой серии KBox  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).

Возьмём 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 (рис. 3). Для повышения механической надёжности данного компьютера память DDR3L объёмом 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 ввод-вывод 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 мм х 57 мм х 95 мм, весит 1 кг, рассчитано на эксплуатацию при температурах -40…+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.

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). Объём 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 трёх последовательных интерфейсов, цифровой ввод-вывод (по четыре линии TTL на вход и на выход), слот SIM-карты, бортовая флеш-память объёмом до 16 Гбайт, слот mSATA, слот для установки 2,5-дюймового накопителя и два слота расширения Mini PCI Express. Благодаря малому тепловыделению (не более 50 Вт) компьютер KBox A-103 (рис. 4) не нуждается в вентиляторах и не требует технического обслуживания (Wartungsfrei). Изделие заключено в алюминиевый корпус габаритами 210 мм х 65 мм х 140 мм, весит 2,5 кг, работает при температурах -20…+60°C и допускает монтаж на рейку DIN, на стену, на стол либо в шкаф. Доступны операционные системы Windows Embedded 8, Windows 7, Windows Embedded Standard 7, Windows Embedded Compact 7, Fedora и Ubuntu.

Заключение

По своим характеристикам продукция поставщиков офисной техники не всегда удовлетворяет требованиям промышленных задач, поскольку данное оборудование предназначено для других областей применения и выпускается огромными партиями для всех пользователей сразу без дифференциации на прикладные сегменты, тем более сегменты, для офисного рынка чуждые и экзотические. Производителю офисных машин неинтересно прислушиваться к просьбам потребителей, на чью долю приходится ничтожный процент закупок их продукции.

Избежать подобных проблем позволяют промышленные компьютеры, разрабатывающиеся специально для приложений промышленного класса и обладающие в этой связи рядом характеристик, принципиально важных с точки зрения ответственных задач (повышенная надёжность, длительный жизненный цикл).

Компания «РТСофт» поставляет две линейки высоконадёжных изделий в формате Box PC, отвечающих всем базовым требованиям, которые пользователи вправе предъявлять к промышленным компьютерам. Встраиваемое решение BLOK собственной разработки «РТСофт» 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 даёт 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. Что касается продуктового семейства KBox, на него имеет смысл обратить внимание тем заказчикам, которым нужны готовые современные промышленные решения высочайшей надёжности от известного производителя, не требующие обслуживания в процессе эксплуатации и доступные для приобретения на протяжении многих лет после первоначальной поставки. Изделия серий BLOK и KBox нужны при создании разнообразных система отображения информации, автоматизированных рабочих мест, систем управления – везде, где необходимы высоконадёжные компактные и сверхкомпактные компьютеры, обладающие самой современной функциональностью, достойной производительностью и максимально длительным жизненным циклом.