Why industrial is better Gianni Damian, presidente gruppo E&IC
Lo standard PC industriale è meglio Efficienza, affidabilità e costi ridotti Perchè scegliere un PC industriale
Quali prodotti? UNO SGUARDO AI PRODOTTI BASATI SULLA FILOSOFIA INDUSTRIALE Computer On Modules (COM) Single Board Computers Slot board & Motherboards Embedded Box PC PC industriali modulari Panel PC / HMI
Sappiamo perchè? Un sistema, scheda o PC industriale ha caratteristiche migliori. Una sistema industriale costa di più ma ha un costo nel tempo minore Una sistema industriale dura più.
Caratteristiche generali Hanno una temperatura operativa maggiore Hanno un MTBF più elevato Sono più robuste ai maltrattamenti Lavorano 24 hr x7 senza problemi Consumano meno Sono disponibili nel tempo
Analisi tecnica Progettazione di schede / sistemi industriali Comparazione tra sistemi industriali e Office
Progettazione del PCB Consumer Boards VS. Industrial Circuito stampato Schede PC industriali Motherboard Office Miglioramenti Circuito stampato FR4 TG150/180? MTBF Temperatura operativa Circuito stampato Circuito stampato Piste dimensionate per dissipazione ad alta temperatura Strati aggiuntivi per immunità a disturbi NO NO MTBF Temperatura operativa MTBF Temperatura operativa Aspect ratio 1 : 8 - IPC6012 Class II e III < 1:8 - Class I MTBF Temperatura operativa
Selezione dei componenti Consumer Boards VS. Industrial Componenti Schede PC industriali Motherboard Office Miglioramenti Connettori Alta qualità multiple inserzioni Basso costo MTBF / temperatura operativa Scelta dei componenti Priorità: la stabilità Priorità: il prezzo Stabilità di prodotto nel tempo Selezione componenti Temp. estesa x componenti critici Temperatura standard MTBF - MTBE Selezione componenti Second source imperativo Non strettamente richiesto Stabilità di prodotto Bobine Schermate Non schermate EMC No blocchi saltuari Circuiti HF Protezione con Ferriti Raramente MTBE No blocchi saltuari Regolatori di tensione A temperatura estesa A temperatura normale MTBF MTBE Durata nel tempo Condensatori Alta capacità Tantalio Elettrolitici MTBF / MTBE Temp. Operativa Condensatori Sovradimensionati in tensione Tensione operativa standard MTBF - MTBE
Progettazione Consumer Boards VS. Industrial - PROGETTAZIONE Schede industriali Motherboard Office Miglioramenti Protezioni antistatiche Con diodi / condensatori Raramente MTBF - Immunità a guasti Target progettazione affidabilità basso costo MTBF - Immunità a guasti Protezioni sovracorrente Su alimentazioni e interfacce Raramente MTBF - Immunità a guasti Target progettazione Low Power Prestazioni MTBF Temp. range Target progettazione Bassa temperatura Indifferente MTBF Consumo - Fanless NOTA: per ogni 5 C di diminuzione della temperatura l MTBF raddoppia Watchdog Indispensabile assente Eliminazione fermi macchina Progettazione a step Verifica Temperatura Operativa Non richiesto MTBF + Temperature range Test di durata SI NO Certezza della durata HALT Test SI NO Certezza della durata Calcolo MTBF SI Non noto Verifica durata Standardizzazione SI Casuale Intercambiabilità
Punti critici da rispettare Punti critici da considerare Se non rispettato! Alimentazione Alimentatore a specifica PC Blocchi e perdita del setup BIOS Setup Memorizzato su Flash del BIOS Blocchi e perdita del setup Continuità di prodotto Schede a lunga disponibilit Costi di manutenzione Storage HDD 24 x 7 Montaggio antishock Basso MTBF Storage Ove possibile dischi a stato solido Flash SLC Debole a shock e vibrazioni e basso MTBF Connessioni Possibilmente con fissaggio Debole a shock e vibrazioni Montaggio Utilizzo di fissa schede e antivibranti Debole a shock e vibrazioni Add-On Attenzione: Non consumer! Diminuzione MTBF Seriali RS-422/485 Convertitore RS-232/422/485 separato Fermo macchina sostituzione scheda Digital IO Isolate Guasti Ventilazione Ove possibile FANLESS Manutenzione Blocchi macchina Ricordiamoci Ogni 5 C di diminuzione di temperatura l MTBF raddoppia Bassa durata Sistemi Operativi Embedded e leggerii (XPE, CE, Linux ecc.) Sistema non stabile Processori Embedded option e possibilmente Low Power Durata diminuita Cablaggio Cavi corti, lontani da fonti alta frequenza, schermati Blocchi saltuari
CPU Mobile vs. CPU Desktop: un esempio Fonte: www.ark.intel.com
Il sistema ideale? Il sistema ideale
Confronto finale Industrial Consumer Conclusioni Temperature operative 0-60 / -20+70 / -40+85 Tipicamente 15 / 35 C Durata Range di Temp. Operazioni 24 x 7 SI NO Durata Immunità disturbi Alta Bassa Aumento MTBF e MTBE Immunità uso impr. Alta Bassa Aumento MTBF e MTBE Stabilità nel tempo Min. 5 anni disponibilità del prodotto < 6 mesi Durata dell investimento Interfacce speciali ISA, PC/104, PCI, PAR NO Flessibilità Dischi a stato solido SI Non ha senso Affidabilità - Velocità MTBF Elevato Basso e non dichiarato Certezza della durata
Analisi costi Il PC industriale può anche essere più economico? Industrial Consumer Conclusioni Processore Da Low end / low cost a High End Solo High End / High Power Costi proporzionati all applicazione Processore Embedded option (long term support) Embedded Option NO Minori costi di aggiornamento Processore Mobile Low Power: Alta Temp. d uso Desktop High Power bassa temp. d uso Minor consumo maggiore MTBF Stabilità Minimo 5 anni Max. 6 mesi Minori costi di manutenzione Sistema operativo Xpe Win CE - Linux Tipicamente Windows Minori risorse minori costi Sistema operativo STABILI: Xpe Win CE - Linux Windows. continui aggiornamenti Minori costi di manutenzione Sistema operativo XPe con Enhanced Write Filter Non disponibile su Windows standard Immunità a mancanze di tensione Storage HDD a stato solido con XPe, CE, Linux HDD tradizionale Maggiore durata minore costo Storage Removibilità degli HDD a stato solido Ha poco senso Sicurezza facile riparabilità Storage HDD 24 x 7 Non previsto Maggiore MTBF
Analisi di affidabilità e dei costi: Industriale Vs Consumer
Analisi dettagliata MTBF HDD Fonte Google: analisi su dischi installati in Google. Guasti complessivi ca. 37% http://storagemojo.com/2007/02/19/googles-disk-failure-experience/ MTBF presunto su 5 anni = 43800 Hr x failure rate = 43800 / 0.37 = ca. 118.000 hr Fonte: Intel Technology Provider Program: Percentuale di guasto degli HDD nei primi 3 anni: 6% - Costo medio di riparazione 191 Percentuale di guasto degli HDD dal 3 anno: 27% - Costo medio di riparazione 244
Acronimi Acronimi e dati di base MTBF = Mean Time Between Failure = Tempo medio tra guasti MTBE = Mean Time Between Events = Tempo medio tra eventi HALT = Highly Accelerated Life Test = test di vita altamente accelerato MTBF HDD (fonte Google) = 118.000 hr MTBF HDD FLASH SLC = 2.000.000 hr MTBF presunto MB office : 35.000 hr MTBF tipico Scheda industriale = 150.000 hr MTBF ventola CPU = 300.000 hr con cuscinetto e albero in ceramica Ore annuali 24x7 = 8760 Hr
Analisi MTBF Soluzione industriale con Hdd meccanici Soluzione industriale con Hdd FLASH SLC Sistema office tradizionale A - MTBF Scheda 150.000 hr A - MTBF Scheda 150.000 hr A - MTBF stimato Scheda office 35.000 hr B - MTBF Hdd dichiarato 1.200.000 hr B - MTBF Hdd FLASH SLC 2.000.000 hr B - MTBF Hdd dichiarato 1.200.000 hr B1- MTBF Hdd fonte Google 118.000 hr B1- MTBF Hdd fonte (Google) 118.000 hr C - Alimentatore PC: min. 100.000 hr C - Alimentatore PC: min. 100.000 hr C - Alimentatore: ipotesi 100.000 hr B - MTBF Hdd FLASH SLC 2.000.000 hr B - MTBF Hdd FLASH SLC 2.000.000 hr D MTBF fan CPU alta qualità 300.000 hr Formula MTBF: A*B*C/(A*B + A*C + B*C) MTBF risultante MTBF risultante MTBF risultante Scheda + Hdd dichiarato = 133.333 hr Scheda + Hdd Flash = 139.535 hr Scheda + Hdd dichiarato = 34.008 hr Scheda + Hdd (Google) = 66.044 hr Scheda + Hdd (Goggle) = 26.993 hr Scheda + Hdd (Google) + Alim = 39.775 hr Scheda + Hdd Flash + Alim = 58.252 hr Scheda + Hdd (Google) + Alim = 21.257 hr Scheda + Hdd Flash + Alim = 25378 hr Scheda + Hdd Flash + Alim + fan = 19.849 hr
MTBF - implicazioni Office MB HDD PSU PC Office: MTBF 21.257 hr Office MB SSD PSU PC Office: MTBF 25.378 hr Consumer MB SSD PSU FAN PC Office: MTBF 19.849 hr Industrial MB SSD PSU PC Industriale: MTBF 58.252 hr
Attenzione! Utilizzo 24x7 significa 8.760 hr / anno!!!!
MTBF: conseguenze teoriche Conseguenze teoriche periodo di 4 anni = 35.040 hr PC Office con MTBF 25.378 hr = probabilità di guasto 138% PC Office con MTBF 21.257 hr = probabilità di guasto 165% del totale PC Office con MTBF 19.849 hr = probabilità di guasto 177% del totale PC industriale con MTBF 58.252 hr = probabilità di guasto 60% del totale PC office: il ciclo di riparazione / sostituzione in 4 anni è 2.95 più alto di un PC industriale Costi: se il costo di un PC industriale è 2.95 volte maggiore di quello di un PC office il costo è apparentemente identico!
MTBF: implicazioni Il tutto senza tenere conto di: costi di intervento costi di fermo macchina costi per instabilità del prodotto office
Conclusioni Processori low power e adeguati all applicazione Possibilmente fanless Dischi a stato solido flash SLC Sistemi operativi embedded Osservanza delle cautele di montaggio Durata triplicata
Power Consumption Ma i processori High Power hanno un vantaggio
Grazie per l attenzione