Scopri come i moduli SECO SMARC e Clea OS aiutano i team di automazione industriale a scalare il l'embedded edge computing, semplificare lo sviluppo ed estendere la gestione del ciclo di vita.
I macchinari industriali automatizzati e i sistemi di controllo industriale personalizzati sono investimenti a lungo termine per le aziende in settori altamente meccanizzati come manufacturing, la logistica e l'energia. Allo stesso tempo, i loro requisiti di calcolo continuano a evolversi man mano che gli OEM aggiungono HMI più avanzate, elaborazione locale, funzionalità di sicurezza funzionale e connettività remota. La sfida principale è scalare queste capacità nel tempo preservando il più possibile l'architettura della macchina validata.
Per soddisfare queste esigenze, gli sviluppatori di nuovi sistemi industriali beneficiano sia di un approccio semplificato all'integrazione dell'hardware di calcolo sia di un framework software coerente tra le diverse generazioni di prodotto. Questo non solo consente aggiornamenti di design più semplici nel corso di cicli di vita del prodotto estesi, ma migliora anche notevolmente la scalabilità, la gestione del ciclo di vita e la continuità operativa, standardizzando il modo in cui i team affrontano l'embedded edge computing industriale.
Perché i redesign costanti non sono scalabili per le applicazioni industriali
Tradizionalmente, i sistemi industriali posizionano i processori in design monolitici in cui i componenti hardware e software sono strettamente accoppiati. Sebbene questo approccio abbia i suoi vantaggi, come una tracciabilità più facile e una maggiore personalizzazione, i redesign spesso richiedono ampie attività di test e convalida. Cambiare il processore principale per migliorare le prestazioni del dispositivo o risolvere problemi di supply chain può comportare lunghi ritardi nel raggiungimento della maturità per il mercato, creando problemi di scalabilità quando si cerca di mantenere un vantaggio competitivo.
Tuttavia, molti elementi specifici della macchina, come le strutture meccaniche, gli assemblaggi di gruppi di bracci robotici, gli schemi I/O convalidati e le interfacce application-specific, possono rimanere relativamente stabili man mano che i requisiti di calcolo evolvono. L'overhead ingegneristico può quindi essere ridotto passando ad architetture di design modulari in cui le risorse di calcolo sono isolate dalle parti specifiche dell'applicazione dei sistemi e possono essere facilmente sostituite con meno impatto mano a mano che le condizioni di mercato e aziendali evolvono.
Un approccio comprovato al design modulare è l'uso di system-on-modules (SOM), piattaforme di calcolo embedded che ospitano elaborazione, memoria e altre risorse informatiche essenziali all'interno di una scheda autonoma, solitamente compatta. I SOM vengono quindi montati su carrier personalizzati che forniscono la base hardware su cui sono costruiti i macchinari industriali e i sistemi di controllo. Riutilizzando le schede carrier attraverso più generazioni di macchine e famiglie di prodotto simili, gli ingegneri possono semplificare notevolmente il risviluppo minimizzando le interruzioni alle architetture convalidate.
Il design basato su SOM può anche sfruttare i computer-on-modules (COM) commercial-of-the-shelf (COTS) e i framework software per standardizzare e scalare lo sviluppo. Inoltre, gli standard COM aperti offrono interoperabilità tra soluzioni dello stesso tipo, mitigando il lock-in del fornitore per un approvvigionamento affidabile a lungo termine, una gestione del ciclo di vita più semplice e una maggiore manutenibilità del sistema rispetto ai ridisegni monolitici.
SMARC come soluzione a lungo termine per le aspettative in evoluzione
I sistemi di automazione industriale e i controller richiedono piattaforme di calcolo robuste con un'ampia gamma di I/O, in grado di supportare elementi che spaziano da array di motori e attuatori a telecamere, microfoni, display e connessioni ad altre macchine. Smart Mobility Architecture (SMARC) è uno standard COM aperto particolarmente adatto a supportare questi requisiti, con ulteriori vantaggi per i design industriali a lunga durata:
- Una robusta connessione edge MXM3 tra COM e carrier fornisce un funzionamento affidabile in ambienti soggetti a vibrazioni, risparmiando spazio verticale e semplificando la sostituzione dei COM.
- Range di potenza standardizzati e contenuti insieme a un thermal design power (TDP) tipicamente basso riducono le possibilità di modifiche significative di alimentazione o gestione termica quando si ridisegnano sistemi esistenti per diversi COM SMARC.
- Opzioni con footprint compatto 50 x 82 mm facilitano l'installazione e i retrofit per sistemi con spazio limitato come interfacce uomo-macchina (HMI) all-in-one e controller logici programmabili (PLC).
Come uno dei membri fondatori di SGET (Standardization Group for Embedded Technologies), l'organizzazione che supervisiona lo standard SMARC, SECO rappresenta un riferimento affidabile per gli ingegneri per iniziare con SMARC. L'offerta SECO include il SOM-SMARC-ASL e il SOM-SMARC-TWL, basati rispettivamente su processori Intel Atom® x7000RE (codename: Amston Lake) e processori Core™ i3 e Intel® N Series (codename: Twin Lake).
Per i progettisti di sistemi industriali, la scelta della piattaforma di processore dovrebbe essere allineata al workload target e alle condizioni operative. SOM-SMARC-ASL supporta Intel Time Coordinated Computing (TCC), che contribuisce a ridurre la latenza e migliorare il comportamento deterministico per workload time-sensitive tipici delle linee di produzione e packaging. SOM-SMARC-TWL, al contrario, consente una burst performance più elevata per workload di media processing più complessi — ad esempio, l’ispezione basata su machine vision. Entrambi i moduli sono progettati per supportare un funzionamento affidabile nel lungo periodo grazie alla RAM saldata, mentre il supporto IBECC contribuisce a migliorare l’integrità dei dati e l’affidabilità della memoria, laddove disponibile. Per condizioni operative più severe, SOM-SMARC-ASL offre supporto alla temperatura industriale da -40 °C a +85 °C, mentre SOM-SMARC-TWL è posizionato per deployment in range di temperatura commerciale da 0 °C a +60 °C.
Sebbene le piattaforme di elaborazione differiscano tra i moduli SMARC di SECO, è lo standard stesso a definire le interfacce disponibili. A seconda della configurazione del modulo selezionato e del design della carrier, queste possono includere connettività USB, seriale, audio, telecamera e display, a supporto di use case come l’ispezione automatizzata e HMI avanzati per controller.
La connettività Ethernet sulle piattaforme SMARC di SECO dipende dalla configurazione del modulo selezionato e dall’implementazione della carrier, supportando l’integrazione in sistemi industriali e edge-networked. Per applicazioni che richiedono comunicazioni deterministiche e a bassa latenza, SOM-SMARC-ASL supporta Time Sensitive Networking (TSN), contribuendo ad abilitare una coordinazione affidabile tra controller, sensori e dispositivi edge connessi.
Quando si scala lo sviluppo dal prototyping al deployment, DEV-KIT-SMARC di SECO offre una carrier board COTS che consente una rapida interfaccia dei moduli SMARC con I/O industriali legacy e moderni attraverso connessioni fisiche seriali e USB. Oltre a semplificare il testing con superfici di controllo validate o sistemi di telecamere, ad esempio, questa carrier può anche essere riutilizzata con diversi moduli SMARC senza redesign. Questo rende DEV-KIT-SMARC una dimostrazione pratica dei benefici del design basato su SOM per lunghi cicli di vita del prodotto.
Completare l’ecosistema di deployment industriale
Accanto ai prodotti hardware, SECO offre un ecosistema software completo. Progettato specificamente per dispositivi embedded industriali, Clea OS è un sistema operativo sicuro e production-ready che abilita immagini Linux custom e modulari grazie alla sua architettura basata su Yocto. Clea OS è ulteriormente supportato dai moduli Clea Astarte e Clea Edgehog, rispettivamente per l’orchestrazione dei dati e il fleet management.
Fornendo un framework completo per l’integrazione edge-to-cloud, SECO semplifica la manutenzione delle flotte per gli OEM industriali. Ad esempio, l’acquisizione di dati di telemetria supporta la predictive maintenance su larga scala per prevenire downtime macchina non pianificati. Allo stesso modo, i sistemi centralizzati di aggiornamento over-the-air (OTA) accelerano miglioramenti delle prestazioni e security patching su un ampio numero di dispositivi, per mantenere continuità operativa e compliance lungo cicli di vita di deployment estesi.
Poiché il framework software Clea di SECO è supportato su molte piattaforme di embedded computing — non solo SMARC — gli sviluppatori possono riutilizzare codici per diverse famiglie di prodotto. Per i produttori, la standardizzazione tra hardware e software semplifica le attività di integrazione dell’edge computing per sistemi di automazione e controllo industriale di nuova generazione. Scegliendo SECO come partner tecnologico di lungo periodo, i team di progettazione industriale possono adottare uno sviluppo più rapido e scalabile, in grado di favorire il successo dei deployment nel lungo termine.
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