Anwendungen
HeiSys. Das Multitalent
Offene Modulstandards
Im Wesentlichen beherrschen bisher drei Modul-Standards den Markt, die das Gros der Applikationsanforderungen abdecken.
Low-Power-Module wie SMARC oder QSeven (bis 12 W) eröffnen die Möglichkeit, einfache Anwendungen umzusetzen. Während die Leistungsfähigkeit von QSeven für die meisten Consumer-Produkte ausreicht, eignet sich SMARC aufgrund der flexiblen Möglichkeiten der Software-Konfiguration z. B. gut für das Feld der Human Machine Interfaces (HMI). Geringe Energieaufnahme trifft hier auf beachtliche Performance-Möglichkeiten.
Leistungsfähigere Module
Noch leistungsfähigere Module mit bis zu 116 W bei Typ 6/7 sowie 58 W bei Typ 10 sind mit einem kompakten COM Express-Modul sehr gut realisierbar. Anwendungen mit umfassender Sensorik, Visualisierung, Künstlicher Intelligenz und anspruchsvoller Datenverarbeitung gehören zu diesen Einsatzbereichen. Ein COM Express-Design ist also dann sinnvoll, wenn bereits die Obergrenze an Schnittstellen und Leistung mit SMARC oder QSeven erreicht und „Luft nach oben“ wünschenswert ist. Noch höhere Ansprüche als im IIoT entstehen bei Server-Anwendungen mit ihren immer größeren Datendichten, die beträchtlich mehr Speicherkapazität und CPU-Funktionen benötigen.
Dafür steht in Kürze mit COM-HPC (High Performance Computing) ein neuer Standard zur Verfügung: Der hoch skalierbare, neue COM-HPC-Standard deckt diejenigen Bereiche ab, in denen COM Express bezüglich Hochgeschwindigkeitsschnittstellen, Netzanbindung und Übertragungsleistung an seine Grenzen stößt. Abgesehen von den umfangreichen Rechenleistungen und Speicherkapazitäten sind für den Server-Einsatz auch die 10-Gigabit-Ethernet-Schnittstellen essenziell. Mögliche Einsatzbereiche sind unter anderem Edge-Server in der Telekommunikation oder medizinische Diagnosegeräte mit hoher CPU-Leistung und parallelen Datenverarbeitungskapazitäten.
Je nach Komplexität Ihrer Anwendung stehen verschiedene Modulstandards zur Verfügung:
angefangen bei QSeven für einfache über SMARC bis hin zu COM Express für komplexere Anwendungen.
In Kürze auch COM-HPC für High Performance Server-Power.
Die verschiedenen Formate der QSeven, SMARC und COM Express-Modulfamilien für die passgenaue Umsetzung Ihrer Anwendung.
Je nach Ihren Anforderungen an Performance und Signalvielfalt kommen QSeven, SMARC und COM Express zum Einsatz.
1992 wurde PC/104 als erster Modulstandard vorgestellt.
Seither ist viel passiert: Chronologischer Überblick über die Einführung der verschiedenen Modulstandards.
Zielmärkte des HeiSys
Die Anforderungen in den unterschiedlichen Märkten sind so vielschichtig und umfangreich wie ihre Möglichkeiten. Einige Beispiele: Im mobilen Einsatz werden z.B. in der Bahntechnik eine EN 50155-Zertifizierung für Rolling Stock oder für Wayside Monitoring sowie eine zuverlässige (häufig lüfterlose) Kühltechnik, flexible Stromversorgung und hohe Wartungssicherheit gefordert. IIoT verlangt nach breiter Schnittstellen- und Funkstandard-Variabilität sowie schneller Datenverarbeitung und Leistungsfähigkeit. Bei Industrie 4.0-Applikationen sind vielseitige Steckplatzmöglichkeiten für Multi-Core Processing, Update-Fähigkeit und Robustheit, um funktionale Sicherheit zu erreichen, ein Muss.
Eine Systemplattform als Basis
All diese Erfordernisse lassen sich nun mit nur einer Systemplattform als Basis umsetzen. Stand man bisher am Anfang vor der schweren, kaum reversiblen Entscheidung, welcher Modul-Standard und welche Architektur eingesetzt werden sollten – je nach Leistung, Energieeffizienz, darauf basierender Wärmeentwicklung und anderer Parameter –, eröffnet HeiSys aufgrund seines zum Patent angemeldeten, multidimensional skalierbaren Designs zur Aufnahme unterschiedlicher Module ganz neue, flexible, unaufwändige und langfristig nutzbare Möglichkeiten.
Wie in vielen anderen Lebensbereichen ist der Einsatz elektronischer Systeme in Fahrzeugen auf der Straße, der Schiene und in der Luft zum festen Bestandteil geworden. Zudem erobert die fortschreitende Digitalisierung immer mehr Gebiete. Im Verkehrswesen sind das z. B. die Kommunikation zwischen Fahrzeug und Infrastruktur, der Fahrzeuge untereinander sowie das Steuern integrierter Logistikketten, ebenso das autonome Fahren.
Das HeiSys ist wie geschaffen für die typische Architektur eines modernen CBTC-Systems und kann in unterschiedlichen Ausbauvarianten in unterschiedlichsten Bereichen eingesetzt werden.
Aufgrund immer strengerer gesetzlicher Anforderungen erhöht sich einerseits die Systemkomplexität, andererseits ist eine umfassende, einfache und sichere Fehlerdiagnose erforderlich. Zusätzlich müssen die Komponenten bei Upgrades und im Servicefall leicht zu handhaben sein, möglichst mit einer übersichtlichen Verdrahtung. All jene Aspekte wurden beim Design des HeiSys berücksichtigt.
Zu den Einsatzfeldern, die alle mit dem HeiSys aufgrund ihrer modulbasierten Architektur in unterschiedlichen Ausbauvarianten realisiert werden können, zählen u.a. Zentralrechner/Stationskontrolle, Passagierinformationssystem, Gateway, Datalogger, Diagnose und Kommunikation.
Mit HeiSys die fortschreitende Digitalisierung in vielen Bereichen meistern: Die Plattform unterstützt auch die Kommunikationstechniken der Zukunft wie 5G und mmWave.
Geräte und andere Betriebsmittel im mobilen Einsatz sind kontinuierlich rauen Umgebungsbedingungen wie Feuchtigkeit, Staub oder elektromagnetischen Störimpulsen ausgesetzt. HeiSys ist genau für diesen Betrieb unter erschwerten Bedingungen konzipiert. Durch die Zulassung nach EN 50155, was optional Conformal Coating beinhaltet, ist das kompakte System für den mobilen Einsatz als Rolling Stock oder für Wayside Monitoring zertifiziert. Aufgrund des Verzichts auf bewegliche Teile wie Lüfter ist die Ausfallsicherheit signifikant erhöht und die MTBF deutlich vergrößert. Das System ermöglicht sowohl den Einsatz einer AC-Stromversorgung als auch einer Weitbereichs-DC-Stromversorgung von 24 V - 110 V und den Betrieb im erweiterten Temperarturbereich zwischen -40 °C und +85 °C, wie er für viele Anwendungen in Transportation/ Rail erforderlich ist.
Verschiedene Funkstandards können gleichzeitig verwendet sowie bestehende drahtgebundene Sensoren wiederverwendet werden. Dadurch ergeben sich vielschichtige Verbindungsmöglichkeiten für die Sensorik. Verschiedene Boardspannungen werden ebenfalls unterstützt.
Als mobile Steuereinheit kann das HeiSys z.B. Drohnendaten auswerten, verarbeiten und den Gesamtzustand der Anwendung kontrollieren.
Das HeiSys zugrunde liegende Konzept erleichtert die Realisierung von Fahrzeug-/Feldbussen wie MVB, Profibus, CAN aber auch EtherCat sowie den dauerhaften Kontakt per Ethernet, WiFi, LTE/5G mit automatischer Netzabdeckungsanpassung für konstanten Datenempfang. Die Plattform bietet die Möglichkeit, verschiedene Funkstandards gleichzeitig zu verwenden – LoRaWAN, WiFi, LTE, GPS, Bluetooth – und eröffnet somit eine breite Verbindungsmöglichkeit zu Sensoren (u. a. können bestehende drahtgebundene Sensoren dank der modularen Schnittstellen ebenfalls wiederverwendet werden). Weitere Aspekte für Zukunftssicherheit: Das Design ist für Prozessormodule auf 25 W ausgelegt und unterstützt somit alle gegenwärtigen und künftigen Core Designs, die M.2-Steckplätze können 5G-Module aufnehmen.
HeiSys unterstützt alle gängigen Funk- und drahtgebundenen Kommunikationsstandards sowie deren simultane Verwendung.
Wo passt was?
Performance-/Bandbreitenabdeckung mit SMARC- und COM Express-Modulen bzw. der Kombination aus beidem.
Warum HeiSys für den mobilen Einsatz?
Die wichtigsten Punkte kurz zusammengefasst:
- Das HeiSys ist dank seiner multiskalierbaren und auf verschiedene Performance-Stufen anpassbaren Architektur in vielen Bereichen einsetzbar
- Mit EN 50155-Zertifikation als Rolling Stock oder für Wayside Monitoring zugelassen, ausfallsicher, kompakt, lüfterlos und für Conformal Coating vorbereitet
- Unterstützung aller gängigen Kommunikationsformen sowie drahtlosen und -gebundenen Standards, automatische, konstante Netzabdeckung, ausgelegt auch auf die Unterstützung künftiger Technologien
- Breite und flexible Stromversorgung für eine Vielzahl von Bordspannungen
- Investitionssicher und kostengünstig: Wartungen und Updates sind unaufwändig durchführbar
Um industrielle Betriebsabläufe zu optimieren, spielt das IIoT eine zentrale Rolle. Menschen, Maschinen und Systeme sollen möglichst effizient miteinander kommunizieren. Bei der Umsetzung dezentraler Netze mit intelligenter Datenanalyse und -verarbeitung vor Ort, mit kurzen Latenzzeiten und eventuell über beträchtliche Entfernungen hinweg, kommt Edge Computing eine entscheidende Bedeutung zu.
Ideal für die rasant steigenden Datenmengen des IIoT: HeiSys kann zugleich als Rechenzentrale, Gateway und Ausgabeeinheit eingesetzt werden. Die I/O-Anbindung erfolgt flexibel über (Funk-) Module.
Angesichts immer größerer Komplexität und großer Datenmengen muss die eingesetzte Hardware, das Gateway oder der Box-PC, hohen Anforderungen genügen. Abgesehen von der meist erforderlichen Kompaktheit sollen die Systeme möglichst ohne bewegliche Komponenten auskommen, robust gegen Stöße, Vibrationen, Kontamination oder Abnutzung sein und zuverlässig in rauer Umgebung funktionieren. Ein entsprechend diesen Bedingungen angepasstes Gehäuse, ein gutes thermisches Management und ein energie- und damit kosteneffizienter Betrieb sind ebenso erstrebenswert. Da die Entwicklung rasant weitergehen wird, sollten die Systeme langzeitverfügbar sein, um die getätigte Investition zu sichern oder Anwendungen bei Bedarf zu erweitern.
Übertragungsraten im Mobilfunk in kByte/s
Übertragungsraten von Rechner-Bussystemen in MByte/s
Die offene Architektur des HeiSys mit leistungsfähigen, hochintegrierten Modulen eröffnet vielfältige Lösungsmöglichkeiten einer flexiblen Datenkommunikation und Verarbeitung, den reibungslosen Zugriff auf örtliche Daten sowie die Fernsteuerung und -wartung verschiedener Funktionen. Das alles ist auch bei Anpassungen in kurzer Zeit und aufwandsarm umsetzbar.
Neue Konfigurationen können dank multidimensionaler Skalierbarkeit einfach umgesetzt, unterschiedliche Devices an die Infrastruktur angebunden, die Anbindung an eine Cloud optimiert oder digitale Services, wie fortschrittliche Wartungsmodelle, integriert werden. Es werden vielfältige Verknüpfungen unterstützt, wie drahtgebundene und drahtlose Kommunikationsformen und die Vernetzung verschiedener Sensoren.
Das HeiSys kann als Rechenzentrale, Gateway und Ausgabeeinheit eingesetzt werden und ist zudem die ideale Plattform für die Aufgaben der Zukunft, wie den Einsatz von KI mit Lernaufgaben, KPI-Visualisierung, und vielem anderen.
Warum HeiSys für IIoT?
Die wichtigsten Punkte kurz zusammengefasst:
- Das HeiSys kann aufgrund ihrer Schnittstellen-Variabilität als Rechenzentrale, Gateway und Ausgabeeinheit eingesetzt werden.
- HeiSys bietet die Möglichkeit, mehrere Funkstandards gleichzeitig zu verwenden.
- Die direkte hochleistungsfähige Datenverarbeitung vor Ort senkt die Paketgrößen und steigert gleichzeitig die Datenqualität.
- Die technologische Entwicklung schreitet rasant voran: Steigende Datendichten und Informationsinhalte machen eine schnelle Datenübertragung notwendig. HeiSys ist darauf ausgerichtet, die erforderliche Performance zu liefern und z. B. 5G und weitere zukünftige Übertragungsstandards zu unterstützen.
Mit seinen Experten für die Automatisierung stellt HEITEC ein Lösungsportfolio zur Verfügung, das von der digitalen Anlagen- und Prozessplanung über die virtuelle Inbetriebnahme bis hin zum Monitoring von Anlagen und Produktionsprozessen mit speziellen Embedded Systemen zur schnelleren Vernetzung reicht.
HeiSys als Edge Computer für Industrie 4.0.
Moderne industrielle Netze erfordern dezentrale Strukturen. Abhängig von den zu analysierenden Datenpunkten und Auslastungen erzeugt eine Werkzeugmaschine mehrere Hundert GB an Daten. Würde diese Datenmenge an ein Rechenzentrum übertragen, käme es zu hohen Kosten aufgrund der benötigten Leitungskapazitäten und zu Delays aufgrund der Netzwerklatenz.
Edge-Computing-Systeme sammeln, überwachen und analysieren Datenmengen dort, wo sie erzeugt werden - in der physischen Nähe zu Maschinen, welche die Daten generieren. Die Kosten werden reduziert, weil die Daten lokal ausgewertet werden. Nur relevante Daten werden in eine Cloud oder ein Datenzentrum geschickt.
Die Sicherheit wird im Gegenzug beträchtlich erhöht, weil die verbundenen Geräte durch physische Maßnahmen gesichert werden können. Ebenfalls ist die Datensicherheit höher, da sensible Daten die Fabrik nicht verlassen.
Funktioneller Platz des HeiSys in der komplex vernetzten Fabrik
Wesentliche Bestandteile dieser Architektur sind Gateways, die zeitlich deterministisch erfasste Daten in Echtzeit puffern, asynchron vorverarbeiten und an nachgeschaltete Dienste des Shopfloors weitergeben. Über passende Schnittstellen, industrielle Datenmodelle und Standardprotokolle werden die lokalen Daten abgerufen. Die korrekte und sichere Verarbeitung der Signale unterschiedlichster Datenprotokolle wird im Gateway anhand der Schnittstelleninfrastruktur und Software-Algorithmen sichergestellt. Aufgrund ihrer Eigenschaften ist das HeiSys ideal auf diese Funktionalität ausgerichtet.
Durch die skalierbare HeiSys-Architektur kann der Nutzer eine Vielzahl unterschiedlicher Geräte integrieren, sie seinen Anforderungen anpassen und bei Bedarf upgraden. Für den industriellen Einsatz bedeutet das: Durch die Analyse gelieferter Daten können Lieferzeiten ermittelt werden, Materialfluss sowie Ressourcenverteilung und weitere Wertschöpfungsschritte verlässlich geplant werden. Prozesse können nuanciert gesteuert und auch kleine Volumina wirtschaftlich produziert werden. Die Anzahl an Störungen und Ausfällen verringert sich deutlich bei gleichzeitiger Steigerung der Sicherheit, des Durchsatzes, der Produktionskapazität und der Qualität.
Eine solch flexible Architektur bildet die Basis für viele zukunftsorientierte Möglichkeiten zur Prozessoptimierung und zum Erschließen neuer Geschäftsfelder.
Warum HeiSys für Industrie 4.0?
Die wichtigsten Punkte kurz zusammengefasst:
- Durch die multiskalierbare Architektur ist HeiSys aufnahmefähig für alle gängigen Standardmodule und selbst Prototypen für schnelle zukunftsträchtige Implementierungen. Dank vielseitiger Steckplatzmöglichkeiten ist Multi-Core Processing möglich. Aktuelle Core-Designs können einfach gegen leistungsfähigere getauscht werden, sodass die Anwendung immer den neuesten Anforderungen entspricht. Funktionale Sicherheit wird dadurch ebenfalls gewährleistet.
- HeiSys bietet eine hohe Schnittstellenvariabilität und die Möglichkeit, mehrere Funkstandards gleichzeitig zu verwenden. Mit LoRaWAN, WiFi, GPS und Bluetooth eröffnen sich breite Verbindungswege zur Sensorik sowie zur Datenaufnahme und -ausgabe. Darüber hinaus können bestehende drahtgebundene Anschlüsse verwendet werden. Auch 5G und mmWave werden bereits unterstützt.
- Das robuste Design ist für raue Umgebungsbedingungen und Belastungen ausgerichtet, sodass das HeiSys unter nahezu allen fordernden Bedingungen betrieben werden kann.
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Überblick
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Merkmale
Was macht HeiSys einzigartig?
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