Warum weniger Computing die bessere Wahl für industrielle HMIs sein kann

KI-gesteuerte Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMIs) verbreiten sich in allen Arten der industriellen Automatisierung und verdrängen schnell ältere, auf Knöpfen und Schaltern basierende Schnittstellen. Es ist leicht zu erkennen, warum: Interaktive Displays helfen Bedienern, effizient zu arbeiten, und KI-Funktionen wie freihändige Sprachbefehle oder Anwesenheitskontrollen des Bedieners erweitern die Vorteile noch weiter.

Nur ein Problem: Traditionelle HMI-Lösungen sind für diese aufkommenden Anwendungen oft überdimensioniert und fügen unnötige Kosten, Energieverbrauch und Systemkomplexität hinzu.

Heute gibt es eine Lösung, die den idealen Punkt trifft. Das SOM-SMARC-MX93, das auf dem NXP i.MX 93 Prozessor basiert, ist eine energieeffiziente Plattform, die genau das richtige Leistungsniveau bietet. Es ist darauf ausgelegt, den Bau skalierbarer, kosteneffizienter HMIs einfacher denn je zu machen, indem effiziente KI-Funktionen direkt dort eingebettet werden, wo sie am meisten benötigt werden.

Mittelgroße Displays mit klarer Funktionalität

In industriellen Anwendungen ist das Ziel klare, unmittelbare Kommunikation, nicht ein filmisches Erlebnis. Für grundlegende Steuerungsaufgaben ist ein einfaches 7- bis 10-Zoll-Display mit einer Auflösung von 720p oder 1080p mehr als ausreichend, um wichtige Daten wie Maschinenstatus, Warnungen oder Benutzeroberflächen anzuzeigen. Dieser Ansatz hält die Bediener informiert, ohne die Systemanforderungen und Kosten zu erhöhen, und Anwendungsprozessoren wie der NXP i.MX 93 sind genau für diesen "passgenauen" Ansatz konzipiert.

Die Verwendung eines effizienten Prozessors hat Vorteile über die Kosten hinaus. Viele HMIs müssen in lüfterlosen Gehäusen betrieben werden, was das Wärmemanagement zu einem Hauptanliegen macht – und eine energieeffiziente Plattform minimiert diese Kühlanforderungen. Auch hier hat der i.MX 93 viel zu bieten. Als erster in seinem Portfolio, der effiziente Arm Cortex-A55-Kerne verwendet, ist der i.MX 93 speziell darauf ausgelegt, den Energieverbrauch auf Systemebene zu minimieren.

Einfache KI-Modelle für effiziente Datenauswertung

Sogar relativ einfache HMIs werden jetzt erwartet, einige KI-Funktionen zu unterstützen. Auf den ersten Blick könnte es so aussehen, als ob KI leistungsstarke Hardware erfordert, entweder innerhalb des HMIs selbst oder in der Cloud. In Wirklichkeit können viele KI-Aufgaben von energieeffizienter Hardware direkt auf Feldebene bewältigt werden. Typische HMI-Anwendungsfälle umfassen:

• Sprachsteuerung, zum Beispiel in Umgebungen, in denen physischer Kontakt verboten ist (z. B. Lebensmittelproduktion oder Reinräume)
• Anwesenheitserkennung oder grundlegende visuelle Benachrichtigungen (z. B. um zu erkennen, ob ein Bediener am Terminal anwesend ist)
• Lokale Vorverarbeitung von Sensordaten, bevor sie an eine übergeordnete SPS oder Cloud-Plattform gesendet werden

Der i.MX 93 ist ideal für diese Anwendungen. Er verfügt über die integrierte Arm Ethos-U65 Mikro-NPU, die speziell für energieeffiziente maschinelle Lernmodelle (ML) optimiert ist. Die Verarbeitung von KI-Aufgaben direkt auf dem Gerät mit dieser NPU reduziert die Latenz, schützt sensible Daten und spart Bandbreite – alles ohne teure, energiehungrige Hardware.

Von Einsteiger- bis High-End

Das SOM-SMARC-MX93 hilft Designern, all diese Vorteile zu nutzen, indem es den i.MX 93 Prozessor in ein standardbasiertes SMARC-Computermodul integriert. Dieses Modul umfasst Speicher, Speicherplatz und andere Kernsystemkomponenten und kann leicht in HMI-Designs integriert werden.

Was der i.MX 93 Anwendungsprozessor des SOM-SMARC-MX93 nicht enthält, kommt in vielerlei Hinsicht energieeffizienten Smart-Home-, Einzelhandels- und erneuerbaren Energieanwendungen ebenso zugute wie das, was er tut. Sorgfältige Marktanalyse und Portfolio-Planung von NXP führten zu einem SoC, das auf der heterogenen Energy Flex-Architektur basiert, die folgende Merkmale aufweist:

• 1-2 Arm Cortex-A-Klasse CPUs im Vergleich zu bis zu sechs Anwendungsprozessoren in den höherwertigen SKUs der i.MX 9x-Linie
• Ultra-effizienter Arm Cortex-M33 für Echtzeit-, energiearme Sensorausgaben
• Eine Arm Ethos U-65 NPU für ultra-effiziente ML-Arbeitslastverarbeitung

Der Chip verzichtet auch auf eine relativ energiehungrige und kostspielige intensive Grafikeinheit und implementiert stattdessen einen einfacheren Hardware-Compositor, der Funktionen wie Mischen/Komposition, Größenänderung und Farbraumkonvertierung ermöglicht.

Der energieeffiziente und kostengünstige NXP i.MX 93 bildet die Grundlage für "gut-besser-beste" Produktlinien, die Hardware-Plattformen wie das SOM-SMARC-MX93 am unteren Ende der Skala nutzen. Dennoch unterstützt das SOM-SMARC-MX93 hochauflösendes (HD) 1080p60 mit MIPI-DSI oder 720p60 mit LVDS-Video sowie Dual-Gigabit-Ethernet, Quad-USB 2.0 und Wi-Fi- und Bluetooth-Konnektivität, was das SECO SMARC SOM zu einer großartigen Wahl für Einsteiger-HMI-Designs macht, zum Beispiel.

Unabhängig von der Produktstufe können OEMs oder Systemintegratoren SECO-Hardwareplattformen immer mit der Clea OS Yocto-basierten Linux-Distribution integrieren, die Intelligenz, Konnektivität, Verwaltbarkeit und Upgrade-Fähigkeit zu zuvor "dummen" Edge-Terminals und Displays hinzufügt. Clea OS ist darauf ausgelegt, die Einhaltung der Cybersicherheitsanforderungen der aktualisierten EU-Richtlinie über Funkanlagen (RED) zu erleichtern.  

Umfassende Softwareunterstützung

Clea OS ist eine Komponente des Clea-Software-Frameworks von SECO, das SECO als Plattform anbietet, die HMI- und andere Edge-Gerätelösungen mit Internet of Things (IoT)-Funktionen wie Gerätemanagement, Datenanalyse und -kommunikation, Softwareverteilung und Konnektivität erweitert. Dank hoch skalierbarer zentraler Verwaltungs- und Update-Funktionen können selbst große Flotten von HMI-Geräten zuverlässig mit minimalem manuellem Aufwand betrieben werden. Clea stellt auch sicher, dass Sicherheitspatches, neue Funktionen und KI-Modell-Updates regelmäßig ausgerollt werden.

Darüber hinaus unterstützt Clea die EdgeLock 2Go-Technologie von NXP, einen Dienst zur Bereitstellung und Verwaltung von Edge-Geräten, der die Ferninstallation von Sicherheitszertifikaten und -schlüsseln erleichtert.

Fazit

In der Welt der industriellen Automatisierung mit ihren modernen HMIs und Displays ist maximale Rechenleistung nicht immer notwendig. Oft liegt der Erfolg darin, das richtige Gleichgewicht zwischen Energieeffizienz, Zuverlässigkeit, Skalierbarkeit und einfacher Integration zu finden. Einfache HMI-Plattformen, die auf energieeffizienten Prozessoren basieren, wie sie von NXP Semiconductors angeboten werden, liefern genau das. Sie eröffnen neue Möglichkeiten für skalierbare, kosteneffiziente und intelligente industrielle Anwendungen.

Sprechen Sie noch heute mit den Experten von SECO über Ihre HMI-Optionen für die industrielle Automatisierung!