Entdecken Sie, wie SECO SMARC-Module und Clea OS Industrieteams bei der Automatisierung helfen, eingebettetes Edge-Computing zu skalieren, die Entwicklung zu vereinfachen und das Lebenszyklusmanagement zu erweitern.
Automatisierte Industriemaschinen und kundenspezifische industrielle Steuerungssysteme sind langfristige Investitionen für Unternehmen in hochmechanisierten Sektoren wie Fertigung, Logistik und Energie. Gleichzeitig entwickeln sich ihre Computeranforderungen weiter, da OEMs fortschrittlichere HMIs, lokale Verarbeitung, funktionale Sicherheitsmerkmale und Remote-Konnektivität hinzufügen. Die zentrale Herausforderung besteht darin, diese Fähigkeiten im Laufe der Zeit zu skalieren und dabei so viel wie möglich von der validierten Maschinenarchitektur zu bewahren.
Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, profitieren Entwickler neuer industrieller Systeme sowohl von einem vereinfachten Ansatz zur Integration von Computerhardware als auch von einem konsistenten Software-Framework über Produktgenerationen hinweg. Dies ermöglicht nicht nur einfachere Design-Upgrades über verlängerte Produktlebenszyklen, sondern verbessert auch die Skalierbarkeit, das Lebenszyklusmanagement und die betriebliche Kontinuität erheblich, indem standardisiert wird, wie Teams an industrielle Embedded-Edge-Computing herangehen.
Warum ständige Neugestaltungen für industrielle Anwendungen nicht skalierbar sind
Traditionell platzieren industrielle Systeme Prozessoren in monolithischen Designs, bei denen Hardware- und Softwarekomponenten eng miteinander verbunden sind. Obwohl dieser Ansatz Vorteile wie einfachere Rückverfolgbarkeit und größere Anpassungsmöglichkeiten bietet, erfordern Neugestaltungen oft umfangreiche Tests und Validierungen. Der Wechsel des Hauptprozessors zur Verbesserung der Geräteleistung oder zur Lösung von Lieferkettenproblemen kann zu langen Verzögerungen bei der Marktreife führen, was Skalierbarkeitsprobleme schafft, wenn man den Wettbewerbern voraus sein möchte.
Dennoch können viele maschinenspezifische Elemente wie mechanische Strukturen, Roboterarmbaugruppen, validierte I/O-Schemata und anwendungsspezifische Schnittstellen relativ stabil bleiben, während sich die Computeranforderungen weiterentwickeln. Der Ingenieuraufwand kann daher durch den Wechsel zu modularen Designarchitekturen reduziert werden, bei denen Computerressourcen von anwendungsspezifischen Teilen der Systeme isoliert sind und bei sich ändernden Markt- und Geschäftsbedingungen mit weniger Störungen leicht ersetzt werden können.
Ein bewährter Ansatz für modulares Design ist die Verwendung von System-on-Modules (SOMs), eingebetteten Computerplattformen, die Verarbeitung, Speicher und andere wesentliche Computerressourcen auf einer in sich geschlossenen, meist kompakten Platine beherbergen. SOMs werden dann auf kundenspezifischen Trägern montiert, die die Hardwarebasis bieten, auf der Industriemaschinen und Steuerungssysteme aufgebaut sind. Durch die Wiederverwendung von Trägerplatinen über mehrere Maschinengenerationen und ähnliche Produktfamilien hinweg können Ingenieure die Neuentwicklung erheblich vereinfachen, indem sie Störungen an validierten Architekturen minimieren.
SOM-basiertes Design kann auch kommerziell erhältliche Computer-on-Modules (COMs) und Software-Frameworks nutzen, um die Entwicklung zu standardisieren und zu skalieren. Darüber hinaus bieten offene COM-Standards Interoperabilität zwischen Lösungen desselben Typs, was die Abhängigkeit von Anbietern für zuverlässige langfristige Beschaffung, einfacheres Lebenszyklusmanagement und größere Systemwartbarkeit im Vergleich zu monolithischen Neugestaltungen mindert.
SMARC als langfristige Lösung zur Erfüllung steigender Erwartungen
Industrielle Automatisierungssysteme und Steuerungen erfordern robuste Computerplattformen mit einer breiten Palette von I/O, um alles von Motor- und Aktuatorarrays bis hin zu Kameras, Mikrofonen, Displays und Verbindungen zu anderen Maschinen zu unterstützen. Smart Mobility Architecture (SMARC) ist ein offener COM-Standard, der gut geeignet ist, diese Anforderungen zu unterstützen, mit zusätzlichen Vorteilen für langlebige Industriedesigns:
- Eine robuste MXM3 COM-zu-Träger-Kantenverbindung sorgt für einen zuverlässigen Betrieb in vibrationsanfälligen Umgebungen, spart vertikalen Raum und erleichtert den Austausch von COMs.
- Standardisierte, schmale Leistungsbereiche und typischerweise niedrige thermische Designleistung (TDP) verringern die Wahrscheinlichkeit größerer Leistungs- oder thermischer Modifikationen bei der Neugestaltung bestehender Systeme für verschiedene SMARC COMs.
- Kompakte 50 x 82 mm Fußabdruckoptionen erleichtern die Installation und Nachrüstungen für platzbeschränkte Systeme wie All-in-One-Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMIs) und speicherprogrammierbare Steuerungen (PLCs).
Als eines der Gründungsmitglieder der SGET (Standardization Group for Embedded Technologies), der Organisation, die den SMARC-Standard überwacht, bietet SECO eine zuverlässige Quelle für Ingenieure, um mit SMARC zu beginnen. Zu den Angeboten von SECO gehören das SOM-SMARC-ASL und das SOM-SMARC-TWL, die auf Intel Atom® x7000RE Prozessoren (Codename: Amston Lake) und Core™ i3 und N Series Prozessoren (Codename: Twin Lake) basieren.
Für Entwickler industrieller Systeme sollte die Wahl der Prozessorplattform auf die Ziel-Workload und die Betriebsbedingungen abgestimmt sein. SOM-SMARC-ASL unterstützt Intel Time Coordinated Computing (TCC), das dazu beiträgt, Latenz zu reduzieren und deterministisches Verhalten für zeitkritische Workloads zu verbessern, wie sie typischerweise in Fertigungs- und Verpackungslinien vorkommen. SOM-SMARC-TWL hingegen ermöglicht eine höhere Burst-Performance für komplexere Media-Processing-Workloads, beispielsweise in der Bildverarbeitung für Qualitätsinspektionen. Beide Module sind für einen zuverlässigen Langzeitbetrieb mit gelötetem RAM ausgelegt, während IBECC-Unterstützung – sofern verfügbar – dazu beiträgt, Datenintegrität und Speicherzuverlässigkeit zu verbessern. Für anspruchsvollere Umgebungsbedingungen bietet SOM-SMARC-ASL industrielle Temperaturunterstützung von -40 °C bis +85 °C, während SOM-SMARC-TWL für kommerzielle Temperatureinsätze von 0 °C bis +60 °C positioniert ist.
Auch wenn sich die Prozessorplattformen der SMARC-Module von SECO unterscheiden, ist es der Standard selbst, der die verfügbaren Schnittstellen definiert. Abhängig von der gewählten Modulkonfiguration und dem Carrier Design kann dies USB-, serielle, Audio-, Kamera- und Display-Konnektivität umfassen, um Anwendungsfälle wie automatisierte Inspektion und fortschrittliche Controller-HMIs zu unterstützen.
Die Ethernet-Konnektivität der SMARC-Plattformen von SECO hängt von der gewählten Modulkonfiguration und der Carrier-Implementierung ab und unterstützt die Integration in industrielle und Edge-vernetzte Systeme. Für Anwendungen, die deterministische Kommunikation mit niedriger Latenz erfordern, unterstützt SOM-SMARC-ASL Time Sensitive Networking (TSN) und trägt so dazu bei, eine zuverlässige Koordination zwischen Steuerungen, Sensoren und vernetzten Edge-Geräten zu ermöglichen.
Beim Skalieren der Entwicklung vom Prototyping bis zum Deployment stellt SECOs DEV-KIT-SMARC ein COTS Carrier Board bereit, das eine schnelle Anbindung von SMARC-Modulen an ältere und moderne industrielle I/O über physische serielle und USB-Verbindungen ermöglicht. Neben der Vereinfachung von Tests mit validierten Bedienoberflächen oder Kamerasystemen kann dieser Carrier beispielsweise auch mit verschiedenen SMARC-Modulen wiederverwendet werden, ohne dass ein Redesign erforderlich ist. Damit ist DEV-KIT-SMARC ein praktisches Beispiel für die Vorteile SOM-basierter Designs bei langen Produktlebenszyklen.
Das industrielle Deployment-Ökosystem vervollständigen
Neben seinen Hardwareprodukten bietet SECO ein umfassendes Software-Ökosystem. Clea OS wurde speziell für industrielle Embedded-Geräte entwickelt und ist ein sicheres, produktionsreifes Betriebssystem, das dank seiner Yocto-basierten Architektur kundenspezifische, modulare Linux-Images ermöglicht. Clea OS wird zusätzlich durch die Clea Astarte- und Clea Edgehog-Module für Datenorchestrierung beziehungsweise Fleet Management unterstützt.
Durch die Bereitstellung eines vollständigen Frameworks für Edge-to-Cloud-Integration vereinfacht SECO die Flottenwartung für industrielle OEMs. So unterstützt beispielsweise die Erfassung von Telemetriedaten Predictive Maintenance im großen Maßstab, um ungeplante Maschinenstillstände zu vermeiden. Ebenso beschleunigen zentralisierte Over-the-Air-(OTA)-Update-Systeme Performance-Verbesserungen und Security-Patching über eine große Anzahl von Geräten hinweg, um operative Kontinuität und Compliance über verlängerte Deployment-Lebenszyklen hinweg sicherzustellen.
Da SECOs Clea Software-Framework auf zahlreichen Embedded-Computing-Plattformen unterstützt wird – nicht nur auf SMARC –, können Entwickler Code für verschiedene Produktfamilien wiederverwenden. Für Hersteller vereinfacht die Standardisierung über Hardware und Software hinweg die Integration von Edge Computing in industrielle Automatisierungs- und Steuerungssysteme der nächsten Generation. Durch die Wahl von SECO als langfristigem Technologiepartner können industrielle Designteams zu einer schnelleren, skalierbareren Entwicklung übergehen, die langfristigen Deployment-Erfolg unterstützt.
Um das vollständige Angebot an SECO SMARC-Modulen zu entdecken, besuchen Sie seco.com und erfahren Sie mehr darüber, wie dieser offene COM-Standard industriellen Designs zugutekommen kann.