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適用於極端環境的強固型工業電腦 Part 1

適用於極端環境的強固型工業電腦 Part 1

近年來,在工業環境的產品應用上,快速導入進階技術、已然成為趨勢。對工業電腦製造商來說,除了應用新一代的技術、如邊緣運算,生產更強效的產品之外,仍須考量在極端環境中,必要的具備可靠性、耐用性。這也正是近年來隨著技術發展,強固型電腦的需求也持續增加的原因。

本篇文章將介紹強固型電腦的特性,以及設計原理。

什麼是強固型電腦?

強固型電腦,是相較於一般市場常見的電腦,更適用於惡劣的環境。一般消費型產品無法承受過度嚴苛的環境條件(如酷寒、高溫、防水、劇烈震動等),而強固型電腦透過設計,使其兼具優異的效能、與特殊環境下24/7長時工作的可靠度。

強固型電腦的外型往往具有其獨特性與可識別性,它們有堅固的外殼,支援無風扇、無線材,並且一體成型,使得強固型電腦能承受嚴苛環境,如暴露在極端溫度、高度衝擊、高震動、大量粉塵、水下等具考驗的使用環境條件中。

成為一台優異的強固型電腦,不僅僅堅若磐石,還須因應使用需求,具備多功性、可擴充性、客製化等彈性。多數應用強固型電腦的產業,主要是受惠於上述的優異應用,而非單一考量電腦處理器效能。

隨著工業電腦發展,越來越多的產業應用強固型電腦

了解強固型電腦的設計及效能

1. 當強固遇上無風扇

使用堅固的材質,製造的強固型電子裝置,僅可稱為半強固型。

強固型電腦,必須經過一整套完整的強固設計工程,確保內部架構沒有運動部件(此類部件容易發生機械故障而導致機器無法正常運作);無風扇設計的強固型電腦,能夠簡單地符合需求強固設計的應用環境。若系統仍需要風扇散熱,則會使得強固設計系統將相對複雜。

無風扇,或是被動冷卻設計,是藉由優化散熱片,來逸散CPU與主板的熱;被動散熱機制,是透過散熱板傳導電子元件所產生的熱到金屬外殼,外殼經過特殊設計,除了保護電腦、也成為一個被動散熱元件,能將熱逸散到空氣中。如此一來,電腦可以有效率地控制熱,而不使用風扇。

2. 極端溫度環境 (寬溫)

強固型電腦架設於極端溫度條件下,要能克服過高或過低的溫度,使其運作不受影響,這是強固設計工程的關鍵技術;機器當機、或不運作的風險,會造成相當可觀的損失。

有別於一般桌上型電腦,運作溫度僅須符合室內的溫度條件(約10 ℃ ~ 35 ℃),強固型電腦須能於極端溫度下運作,低溫可達-40 ℃,高溫可達85 ℃。能達成寬溫要求的設計,需要透過高效能電路設計,以及工業電腦級規格的零件選擇。

3. 軍事/軍規標準 衝擊與震動

為確保耐用性、可靠性、長壽命,強固型電腦必須能抵抗高度震動與衝擊。

優異的強固型電腦,大多符合軍規標準(MIL-STD-810G) 的衝擊與震動規範,甚至高於其標準,可通過承受50Gs of shock, Half sine, 11ms (with SSD)。

要滿足高規格要求,需透過嚴謹的機構設計:無風扇、無線材式、一體成型設計、以及零件選用工業等級元件(零件包含:工業等級電容、電阻、電感等),方能達成最佳效能的目標。

高度衝擊與震動環境容易對動作部件造成損壞或鬆脫,進而造成系統失效,強固型電腦適用SSDs而非HDDs,徹底地移除動作部件,移除此一風險因子造成的影響。

4. 防塵與防水 IP等級

強固型電腦另一優異的性能,則是防塵與防水能力-須符合IP等級的標準要求。

IP等級是一套規範侵入保護的標準要求,兩位數的數字分別代表防塵與防水的等級:前面的數字為防塵等級,分別自無防塵等級0、到最高防塵等級6;後面第二位數字則是說明防水的能力,分別自無防水等級0、到最高防水等級9K。

強固型電腦的基本防塵防水要求,一般介於IP65 至 IP69K,前述的無風扇設計正式能滿足此一要求的關鍵;而高防水防塵特性,能滿足礦業、自動工廠、醫療產業、食品飲料加工等,時常面臨大量粉塵、經常需要清洗的工作環境。

5. 多功能性 與 電源控制

當進行系統整合時,確保與系統連接時的穩定運作十分重要,強固型電腦、特別是大多數嵌入式強固型電腦,均具備電源控制的能力。

在工業應用系統中,有許多的情境會造成電源不預期的波動,這樣的波動會影響效能、甚至造成系統的損壞。強固型電腦具備過壓保護(over-voltage protection) 和過流保護功能(over-current protection)功能。過壓保護設計,是預防突然的脈衝高壓(>55V) 輸入、以至於損害內部元件。過流保護則是應用保險絲的設計,以保護過流、或是突然流入的電流造成系統的損害。

強固型電腦的多功能性,還包含電源輸入具有寬幅度的電壓(9V~48V),同時設有電源管理機制 (power ignition management),適用於汽車或移動型環境。

6. 可擴充性與彈性 薄型化設計與I/O孔

強固型電腦薄型化設計,能夠提供更多元的應用。雖然是薄型化設計,仍具備高度擴充性,如 I/O連接擴充、儲存空間擴充、記憶體擴充等。當要增加電腦效能時,能透過擴充功能的設計滿足。

7. 連接性

工業電腦常應用於需遠端遙控區域,為解除配線上的困難,強固型電腦多具備無線連接功能,包含無線Wifi、藍芽、LTE、4G、5G等,也可配置Sim插槽,如此一來,就算是在微弱訊號、甚至無訊號的地方,電腦仍能有備案將資料上傳到雲端、提供遠端監控。

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