Um beispielsweise moderne Workloads für KI-Algorithmen bewältigen zu können, müssen Hardware-Systeme immer leistungsfähiger ausgeführt sein, was die Komplexität der Produktentwicklung weiter erhöht. Auch müssen hierfür Hard- und Software-Entwicklung immer mehr ineinander greifen.
Anforderungen an moderne Hardware-Architekturen
Um die nötige Hardware-Beschleunigung für KI, GPU-Computing und Echtzeitverarbeitung in modernen Embedded-Systemen zu erreichen, braucht es applikationsfertige Bausteine, welche Entwickler je nach Anforderung für das jeweilige System einsetzen können. Gerade Applikationen rund um autonomes Fahren, Medical Imaging oder anspruchsvolle Server-Technologien benötigen eine enorme Leistungsfähigkeit, um die anfallenden Datenmengen verarbeiten zu können. Im Medical-Bereich ist es vor allem die anspruchsvolle KI-Performance, die den Leistungshunger von Embedded-Computing-Applikationen in die Höhe treibt.
Hierfür statten Prozessorhersteller wie Intel ihre CPUs mit mehreren Kernen wie Efficient- und Performance-Cores aus, die je nach Anwendungsfall unterschiedliche Berechnungen übernehmen. Ergänzt werden diese Multicore-Architekturen um leistungsfähige Graphics Processing Units (GPUs) und Neural Processing Units (NPUs), welche die nötige KI Performance von beispielsweise bis zu 100 TOPS (Tera Operations per Second) bereitstellen, um moderne Workloads bewältigen zu können. Eine optimierte Leistungsaufnahme für den energieeffizienten Betrieb des Embedded-Systems treibt die Anforderungen weiter nach oben.
Modularität auf Hard- und Software-Ebene
Damit verschiedene Prozessor- und Speicherkonfigurationen unterstützt werden können und Entwickler die nötige Modularität und Skalierbarkeit erreichen, sollten sie auf standardisierte Formfaktoren bei Computer-on-Modules (COMs) wie COM-Express oder COM-HPC setzen. Hiermit reduzieren sie die Time-to-Market und erreichen eine hohe Austauschbarkeit sowie eine lange Lebensdauer der eingesetzten Produkte. Der Embedded-Spezialist Congatec bietet seine COMs auch als aReady.COM-Version an, bei der sie vorkonfigurierte Hypervisor-, Betriebssystem- und IIoT-Softwarelösungen integrieren. Entwickler können diese individuell konfigurierten aReady.COM-Module unmittelbar booten und anschließend ihre Anwendungen installieren.
Doch nicht nur bei der Hardware kann die Modularität ihre Vorteile ausspielen, auch mit applikationsfertigen Software Building Blocks lassen sich Entwicklung und Produktion von Embedded-Systemen vereinfachen und Innovationen beschleunigen. Mit aReady.IOT können Anwender sich ganz auf ihre Kernkompetenzen konzentrieren, indem Congatec die Komplexität der Applikationsentwicklung reduziert und eine nahtlose Kommunikation und Datenübertragung zwischen verschiedenen Systemen und Geräten sicherstellt.
Umfassendes Fern-Monitoring
Das Funktionsspektrum der aReady.IOT-Lösung eröffnet vielfältige Möglichkeiten: Benutzer können aus der Ferne auf umfangreiche Geräteinformationen zugreifen, darunter Seriennummern, Softwareversionen, Spannungswerte der Temperaturen. Außerdem erlaubt die Lösung die Abfrage von Statuswerten angeschlossener Peripheriegeräte und Sensoren, die Metriken wie Beschleunigung, Druck oder Vibrationen erfassen. Neben umfassendem Monitoring bietet aReady.IOT auch die Möglichkeit zur Fernsteuerung, sodass Benutzer den Betrieb von Geräten bequem aus der Ferne kontrollieren können. Über die Überwachung und Steuerung des Betriebsablaufs hinaus lassen sich auch künftige gesetzliche Anforderungen erfüllen. Dazu zählt zum Beispiel das digitale Typenschild, mit den Vorteilen global verfügbarer Produktinformationen und Dokumentationen direkt an der Maschine, die zudem leicht auf den neuesten Stand aktualisiert werden können.
Die vordefinierten Software Building Blocks ermöglichen die Kommunikation mit Maschinen, Systemen und Geräten bis hin zu Sensoren über Protokolle wie unter anderem OPC UA, MQTT oder REST. Entwickler nutzen sie für das Erfassen von Daten oder Remote-Monitoring-Maintenance und -Management, beispielsweise für OEE – Overall Equipment Efficiency – sowie zur vorausschauenden Wartung ihrer Applikationen. Zudem ermöglichen die Building Blocks, Daten direkt am Edge zu Speichern und zu Visualisieren.
Vordefinierte Bausteine sparen Entwicklungszeit und reduzieren Gesamtkosten
Mit aReady.IOT erlangen Entwickler ein vielseitiges Angebot für die Hard- und Software-Ebene, bestehend aus folgenden Paketen:
Der innovative ‚COM Manager‘ ermöglicht es, ein Computer-on-Module mit Funktionen wie Remote-Management, Software-Maintenance und Systemvisualisierung über ein Dashboard zu ergänzen.
Mit dem ‚Application Manager‘ können Entwickler das COM-Management auf angeschlossene Peripheriegeräte sowie ein Carrierboard ausdehnen und erhalten Funktionen wie Regelwerke und Push-Nachrichten für ihre Applikation.
Der ‚Fleet Manager‘, ermöglicht des Weiteren Over-the-Air (OTA)-Updates und unterstützt dabei, Konfigurationen für alle vorhandenen Installationen effizient auszurollen. Auf Wunsch stellt Congatec zudem eine Cloud-Konnektivität – auch bi-direktional – über den ‚Cloud Connector‘ zu Diensten wie AWS, Cumulocity, Azure oder Telekom Cloud bereit und gewährleistet so die volle Flexibilität für aReady.IOT-Applikationen.
Um die Konfiguration von IoT-Datenflüssen so einfach wie möglich zu gestalten, stellt das Unternehmen darüber hinaus ein fortschrittliches Webinterface bereit, über welches sich Zero-Code-Ansätze mittels visueller oder Flow-basierter Programmierung erstellen lassen. Hiermit sind selbst komplexe Datenflüsse einfach umsetzbar, ohne Programmierkenntnisse oder aufwendige Schulungen.
Vor allem die komfortable Anwendung sowie die hohe Bedienbarkeit gewährleisten eine hohe Flexibilität für Roll-outs von Kleinstserien oder Sonderbauten bis hin zu großen Deployments. Zusammen mit sehr geringen Systemanforderungen ist die Anwendung ideal für alle Embedded-Applikationen, selbst solche, die auf low-power Formfaktoren wie SMARC basieren. Für Wartung und Updates stellt das Unternehmen Entwicklern auf Wunsch zudem ein umfassendes Software-Maintenance-Paket bereit.
Hohe Sicherheit der Daten
Das Erheben und Vorverarbeiten von Daten erfolgt bei aReady.IOT direkt auf dem Edge-Gerät, so kommen Applikationen ohne zusätzliche Hardware oder Cloud-Services aus – ideal für Einsatzbereiche wie Predictive Maintenance oder Prozessautomation. Zudem gewährleistet das Unternehmen eine hohe Sicherheit der Daten – die Datenhoheit verbleibt dabei beim Kunden. Entwickler müssen für die IoT-Anbindung von Edge-Geräten dabei kein separates Gateway nutzen, sondern können sie direkt über den optionalen Hypervisor-on-Module als separate Instanz implementieren. Das Gateway wird dabei per Systemkonsolidierung als virtuelle Maschine integriert und bietet höchste Datensicherheitsstandards. In den meisten Fällen reicht das Modul der Hauptapplikation aus, sodass weder eine leistungsstärkere noch zusätzliche Hardware erforderlich ist. Diese ressourcenschonende Alternative reduziert den Wartungsaufwand und führt somit zu niedrigeren Gesamtkosten.
Mit aReady.VT für die Systemkonsolidierung setzt der Hersteller seine Strategie von aReady.IOT und aReady.COM des Weiteren stringent fort und ermöglicht es Entwicklern, Funktionen, die zuvor mehrere dedizierte Systeme erforderten, auf einer einzigen Hardware-Plattform zu konsolidieren.
Roboterarm-Implementierung
Ein beispielhaftes Szenario für eine erfolgreiche aReady.IOT-Umsetzung ist das Implementieren eines Roboterarms mit einer stereoskopischen Kamera zur Objekt- und Lageerkennung. Das System konsolidiert verschiedene Aufgaben, ohne diese unter einem einzigen Betriebssystem zu vereinen. Stattdessen kommen dedizierte virtuelle Systeme für die Echtzeitsteuerung, das HMI, die KI-gestützte Objekterkennung sowie eine IIoT-Verbindung für sichere IT/OT-Konvergenz zum Einsatz.
Diese Konfiguration eröffnet Möglichkeiten wie Predictive Maintenance und innovative Geschäftsmodelle wie Robot-as-a-Service (RaaS). Mit der Systemkonsolidierung lassen sich die verschiedenen Aufgaben auf einem einzigen COM zusammenführen, während sie über einen Hypervisor logisch getrennt bleiben. Dieser Ansatz reduziert die Anzahl der benötigten Systeme, maximiert die Ressourcennutzung, verringert den Platzbedarf und den Verkabelungsaufwand und senkt damit die Gesamtsystem- und Installationskosten erheblich. Gleichzeitig wird die Zuverlässigkeit des Systems deutlich erhöht.
Moderne Energieüberwachung
Ein weiteres Beispiel, bei dem aReady.IOT die Applikationsentwicklung erleichtert, ist das Energiemonitoring in modernen Produktionsumgebungen wie einer Smart Factory. Hierbei ist es essentiell, jederzeit auf Informationen zum Energiestatus der vernetzten Geräte zuzugreifen und diese Daten in Echtzeit analysieren zu können. Oft können Industrieunternehmen derzeit lediglich Daten wie den aggregierten Energiebedarf für die gesamte Anlage überwachen und es fehlt eine Echtzeit-Transparenz in Bezug auf die Energieeffizienz in den Fabrikhallen.
Mit dem Application Manager können Unternehmen granulare Daten über den Verbrauch ablesen, die zum Überwachen der Anlage erforderlich sind. Durch die Analyse der Daten lassen sich anormale Energieverbrauchsmuster erkennen und Energieeffizienzlücken quantifizieren. Fabriken nutzen aReady.IOT, um die Energieleistung jeder einzelnen Maschine in einer Fabrikhalle zu überwachen, indem sie Daten wie die Leistungsaufnahme und Prozessparameter wie Temperatur, Druck oder Betriebsgeschwindigkeit erfassen. Die beim Überwachen gesammelten Daten können Unternehmen nutzen, um die Energienutzung und -kosten zu optimieren.
Zusammenfassung
Mit dem umfassenden aReady.IOT Angebot an applikationsfertigen Software Building Blocks bringt Congatec das Entwickeln moderner Embedded-Computing-Applikationen auf ein neues Level. Durch das Zusammenspiel aus vordefinierten Hardware- und Software-Bausteinen können Entwickler die Markteinführungszeit drastisch verkürzen und die Effizienz der Entwicklung deutlich reduzieren. So lassen sich Use Cases für die vernetzte Fabrik umsetzen oder Applikationen wie Robot-as-a-Service einführen.
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