物聯網浪潮的關鍵推手:工業電腦

作者:Kang   |   2016 / 09 / 05

文章來源:股感知識庫   |   圖片來源:Jayroz


隨著聯網技術一日千里,網絡的節點如今已經不再只是家中的桌上型電腦、或者行動裝置,每一台機器、每一個我們接觸的物件,未來都有可能變得「有意識」,我們的生活將會變得更加網絡化,透過林林總總的智慧裝置將使得我們與世界更加緊密,物聯網新時代已經來臨。而在這個概念中,隱藏於後的工業電腦(Industrial PC)是促成未來物聯網具象落實於生活中的重要推手,什麼是工業電腦呢?

工業電腦可以簡單想成是工業自動化機器設備中的控制器。而一台機器設備除了機械零件外,從資料、訊號的輸入到整台機器動作,要能產生「自動化」能力最關鍵的零組件,就是控制器。其實自動化就是機器零件自動執行「程序」的過程,程序中的每條指令就是由控制器來分析下達,以藉此達成機台各部位自動工作的目標。

工業電腦和個人電腦的差異

說到工業電腦,一般人最想問的是:它和我們日常使用的電腦有什麼不一樣?事實上,如果我們追溯到電腦的起源,一開始並沒有像現在這樣的分類。在二次大戰期間,為了應付軍方龐大複雜的運算,電腦以「超級計算機」的形象初登場。隨著戰爭結束,原本為軍用的電腦轉為民用,逐漸開發出不同的用途,經歷了無數演變,就出現了結合多項功能的個人電腦(PC)。而近幾十年科技的發展日新月異,個人電腦功能日益強大且逐漸普及,聰明的人類便動起了腦筋,想將PC應用在自動化設備的升級上,不過原本的PC雖有高效能卻不夠穩定,對於製程、環境要求嚴苛的工業來說並不足以應付,適用於不同專業領域的工業電腦於焉誕生。

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個人電腦著重在提供多元的需求,一般人可以用來打報告、看影片、玩線上遊戲、處理各式各樣的事情。工業電腦由於被用於工業製程中,並不需要配置那麼多的功能,而是更強調滿足特定需求,需要在某一特定環境下長期保持一致的表現,不能如個人電腦一樣經常出現小問題,否則就會蒙受巨大損失。另外,工業電腦是系統的核心設備,需要和其他周邊配合才能發揮作用,不像PC是以最終產品的方式呈現。若無較高的相容性與擴充性供其增添配備,則不易為客戶所採納。

因為每種產業領域的需求都不太一樣,在某些高溫環境下的工業電腦可能需要具備更好的散熱能力、在某些產業中或許對防塵要求較高,像用於金融產業的ATM系統就是特別著重在滿足安全防護的需求,在開發系統時就要花比較多心力在這一個特點上,會根據不同的特性去量身定做。它的價值就在於能夠針對不同客戶,視不同需求提供客製化的系統整合,因此少量多樣的供給是工業電腦產業的一大特色。因為工業電腦預計的使用年限是5-7年,產品週期比個人電腦長一些,因此購買工業電腦的選擇標準,不會像個人電腦一樣是著重在功能多樣性、外觀、價格等條件,而是看該品牌的技術優勢與售後服務。

工業電腦的種類

也是因為工業電腦幾乎是針對某種特定需求而生,它的型態可說是五花八門,如果要簡單做個分類,可以工業電腦的類型與層級來區分。大致上有板卡、子系統與系統整合解決方案三種:

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板卡:又有單板電腦(Single Board Computer, SBC)、嵌入式電腦(Embedded Board)、PC/104模組等類別。簡單來說,板卡就是以輕巧的板片造型,提供電腦主機功能的精密元件。單板電腦是一片具有匯流排的主機卡,本身就具備了電腦的所有功能,搭配軟體就可提供不同產業使用。嵌入式電腦則是為了要將工業電腦嵌入應用機台,將單板電腦小型化。PC/104模組就像個人電腦的擴充卡,可擴充單板電腦或嵌入式電腦的功能。

子系統:將單板電腦、基板、機箱、電源供應器等工業電腦的周邊,組合成可運作的一個系統,將它連接到大系統後就能使用,例如工業用伺服器、工作站。

系統整合解決方案:針對某個產業或專業領域所開發的一整套系統,包含軟硬體以及周邊,通常為因應不同產業的需求,而有非常客製化的產出,從事不同領域的系統整合開發廠商因為技術門檻不易進入,擁有較高的顧客忠誠度。相關的產品比如:自動提款機(ATM)、捷運系統。

工業電腦的產品供應鏈

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雖然工業電腦和個人電腦無論在功能上、需求上、外觀上都有明顯的差別,不過兩者的基本組成沒什麼兩樣,都是CPU(中央處理器)、晶片組、連接器、電路板、電源供應器、機箱、軟硬碟機等與其他的電子元件。基本上,供應商也有頗高的重疊,許多零件商會同時供應給個人電腦製造商與工業電腦製造商,不過因為兩者的出貨量與產期並不一致,因此有些零件商會另闢一個部門專門供應工業電腦零件的生產。上游零件商賣零件給中游的工業電腦製造商後,工業電腦製造商會依據工業電腦種類的不同進行各式各樣的組裝,到了這個步驟,工業電腦的核心已大致成形。

而工業電腦要邁向市場的最後一步,最關鍵的角色就是系統整合商。因為組裝完成的工業電腦是基本配備,需要經過系統整合商針對不同專業領域作客製化的系統整合,配合周邊的整併才能真正提供給終端客戶使用。另外,為了因應各式各樣的附加功能需求,加值經銷商則會將工業電腦進行加成一些軟硬體額外提供附加功能(例如防毒軟體之於作業系統),再賣給系統整合商。

它可以被用在哪些地方?

工業電腦一開始就是為了讓工業生產「升級」成自動化的生產線而誕生,因此最主要的應用領域還是自動化產業。不過隨著各產業自動化的需求提升,越來越多地方需要使用工業電腦來幫助形成一套整體的控制系統。因此在應用上可說是遍地開花,除了工業製程的自動化生產線,在零售業、醫療、交通等都能看見工業電腦的蹤跡,包括便利商店收銀系統、自動倉儲設備、與捷運自動化系統等這些與我們日常生活密切相關的應用。基本上,只要是自動化設備應用的地方就一定有工業電腦的操控。

工業電腦的未來趨勢

目前物聯網的呼聲漸高、雲端科技的浪潮席捲全球,工業電腦的應用也更加靈活多樣,各家硬體設備廠商無不摩拳擦掌,準備在大有前景的未來分一杯羹。例如身為全球第一大工業電腦供應商的研華科技(Adventech)在幾年前投入智慧農業的領域,幫阿里山上的高山百合花農設計了可以遠端監控花朵生長狀況的配置,讓農民免去不少長途通車的辛勞,也達成更有效的管理。

電腦通訊系統也成了近年來工業電腦主要的應用領域,隨著網際網路與通訊設備的整合,現在的通訊系統以開放架構的電腦取代傳統電話交換機,工業電腦也有機會能大展拳腳,例如銀行語音查詢系統、醫院預約系統等互動式語音服務(Interactive Voice Response)等都是因應通訊技術的革新所產生新的需求。

在醫療方面,大型精密的醫療設備,如核磁共振、電腦斷層模擬攝影、超音波診斷等,在二十多年前就已將工業電腦導入裝置,而現在隨著人們對醫療相關服務與產品的需求與日俱增,醫院也導入了像是「自動化病床監控與醫療資料通訊系統」來協助做更有效率的醫療管理。除此之外,國防軍事工業一向作為科技競逐的標的,因為需要非常高規格的科技實力才能發展,所以也與工業電腦的發展息息相關。

而工業電腦未來的遠景遠不止於此,除了農業、通訊與醫療以外,無論是交通運輸、城市建設、零售物流等,都是相關廠商戮力發展的領域,它的應用隨著科技的進展逐漸開枝散葉,值得我們拭目以待。

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Kang
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