내구성이 강화된 산업용 PC가 종전의 공장 제작 컴퓨터를 대체하고 있는 이유는?

현대 산업 환경은 스마트 기술의 통합에 중점을 두고 크게 변모했으며, 이로 인해 어려운 환경에서도 안정적으로 작동할 수 있는 새로운 유형의 컴퓨팅 하드웨어가 요구됩니다. 대부분의 경우, 이러한 혹독한 환경 조건은 극한 온도, 충격, 진동, 먼지, 물 및 습도입니다.

보고서에 따르면, 사무용 컴퓨터의 85% 이상이 일반적인 공장 진동 수준의 환경에서 정상적으로 작동하지 못했습니다. 산업 공간에서의 과도한 열은 또 다른 주요 문제로, 공장 수준의 열에 노출된 소비자용 PC의 78%가 지정된 온도 범위를 초과해 과열된 것으로 위와 동일한 연구에서 드러났습니다. 15그램의 힘으로 진행된 충격 테스트에서도, 대부분의 표준 PC에서 내부 부품이 이탈하거나 물리적 손상을 입어 부품의 노화가 가속화되었습니다.

종전의 컴퓨팅 하드웨어의 이러한 모든 문제로 인해, 산업 전반에서는 훨씬 더 심각한 결과가 초래됩니다. 제조업에서는 이러한 문제가 다운타임과 운영 안정성 저하로 이어질 수 있습니다. 여러 업계의 보고에 따르면, 예정에 없는 다운타임은 조직의 수익에 타격을 줄 뿐만 아니라 투자에 추가 비용을 발생시킬 수 있습니다. 경우에 따라, 대량 생산을 요구하는 대형 제조업체에서는 그 비용이 시간당 10만 달러를 넘을 수도 있습니다.

상업용 컴퓨팅 시스템은 가정이나 사무실 환경을 위해 설계되었으므로, 작업 현장과 같은 통제되지 않은 환경에서는 그 성능이 저하됩니다. 인더스트리 4.0의 목표와 종전의 컴퓨팅 시스템 사이에는 본질적인 호환성 문제가 존재합니다.

현장 운영을 위해 설계된 견고한 산업용 PC

강화된 산업용 PC는 최신 컴퓨팅 성능과 극한 환경에서도 견딜 수 있도록 강화된 부품의 조합으로 제작됩니다. 견고한 기계적 설계로 제작되었으며, 충격과 지속적인 진동으로부터의 부품 보호를 위해 주로 밀폐형 섀시와 내부 브라켓을 적용합니다. 이는 진동 분리 마운트와 충격 흡수기를 통합함으로써 가능하며, 따라서 중장비에 설치되더라도 PC가 계속 정상적으로 작동합니다.

올바른 부품을 선택하고 우수한 열 설계를 실현함으로써 넓은 작동 온도 범위에서 작동이 가능합니다. 특히, 산업용 PC 제조업체는 70°C까지의 온도 등급을 지원하는 산업용 등급 부품(예: CPU, 메모리, 커패시터)을 사용합니다. 이러한 온도에서의 운영 가능성을 결정하는 또 다른 요소는 인클로저 및 냉각 시스템의 최적화입니다. 많은 견고한 PC는 알루미늄 방열판 섀시에 핀(fin)을 사용한 팬리스 설계를 채택해 열을 방출합니다.

그림 1: Chipsee의 PPC-CM4-070-D 산업용 Pi PC는 최대 36V의 입력 전력을 지원하며 60°C에서 안정적으로 작동합니다. (이미지 출처: Chipsee)

산업용 PC는 먼지와 물에 대한 방진·방수 등급인 IP65/66을 충족하는 것 외에도, 산업 현장에서 발생하는 불안정한 전력 조건을 감당할 수 있는 전원 입력 설계를 갖추고 있습니다. 이 중 많은 컴퓨팅 장치들은 넓은 범위의 직류 입력 전압에서 안전하게 작동합니다. 내장형 서지 억제와 필터가 전력 서지 및 전기적 과도 상태로부터의 보호를 제공하며 이러한 PC들은 전자파 장해에 대해서도 강화되어 있습니다.

산업용 PC의 전략적 이점

관계자들은 언제나 산업 시설의 운영 비용을 최소화하면서 생산성과 이익을 극대화하는 것을 목표로 합니다. 이는 최대 가동 시간을 확보하기 위해 강화된 산업용 PC로의 전환을 촉진하는 핵심 요인이 됩니다. 앞서 언급했듯이, 장비 고장으로 인해 1분이라도 다운타임이 발생하면 산업 운영자들에게 막대한 비용을 초래될 수 있으며, 이는 매년 수십억 달러의 손실로 이어집니다.

모든 기계는 다양한 이유로 고장날 수 있지만, 산업용 PC는 고장이 발생할 경우에도 그 영향이 최소화되도록 설계되어 여전히 이점을 제공합니다. 이 중 많은 컴퓨팅 장치들은 원격 모니터링 및 진단 기능을 지원합니다. 또한 핫스왑이 가능한 부품(예: 드라이브 및 전원 공급 장치)이 제공되며, 일부 고사양 모델에는 중복 구성도 지원됩니다. 신뢰성이 높고 원활한 유지 보수가 가능하도록 설계되었기 때문에, 문제가 발생해도 더 빠르게 해결할 수 있습니다.

그림 2: Phoenix Contact의 VL3 UPC 1110 박스 PC는 알루미늄 외부 인클로저를 사용하며 DIN 레일 마운팅 지원을 제공합니다. (이미지 출처: Phoenix Contact)

대규모 산업 공장 규모에서는 수백 대의 컴퓨팅 장치가 필요합니다. 산업용 PC는 초기 구매 비용이 더 높지만, 수명 주기 동안의 총 소유 비용을 따지면 상업용 PC에 비해 현저히 낮습니다. 산업용 PC는 내구성을 위해 설계되어 일반적으로 약 8~10년 동안 사용 가능하며, 경우에 따라 그보다 더 오래 사용할 수도 있습니다. 산업용 PC는 물리적 이점 외에도 IEC 62443과 같은 표준을 준수하는 사이버 보안 기능을 갖추고 있습니다. 연결성이 증가함에 따라 이러한 산업 시스템들은 공통된 취약점을 악용하는 사이버 위협에 노출되기 때문에 필요한 기능입니다.

요약하자면, 내구성이 강화된 PC는 강화된 외관부터 내부 레이아웃까지 혁신적인 공학 기술에 고강도 부품을 더해 만들어진 제품입니다. 이 모두를 통해 운영의 신뢰성과 지속성을 유지한다는 목표를 이룰 수 있습니다. 이러한 본질적인 견고성이 바로 내구성이 강화된 PC가 작업 현장과 산업 시설에서 종전의 PC를 대체하고 있는 이유입니다.