Wie sich die Anforderungen an IPCs geändert haben

Jedes produzierende Unternehmen weiß ein Lied davon zu singen: Die Anforderungen seitens der Kunden steigen ständig: Immer kurzfristiger und immer flexibler sollen auch kleine Stückzahlen schnell verfügbar sein. Die Digitalisierung der Produktion schafft dafür die Möglichkeiten, setzt Unternehmen aber auch unter Druck, in die Digitalisierung zu investieren. Gleichzeitig müssen eine Flut von gesetzlichen Vorschriften und Zertifizierungen erfüllt werden, damit ein Produkt in globalen Wettbewerb bestehen kann.

IPCs als Kernelemente der Digitalisierung

Industrie-PCs kommt dabei eine Schlüsselrolle zu, denn sie sind die Kernelemente der Digitalisierung. Lange Jahre haben Hersteller auf den wachsenden Kostendruck reagiert, indem sie möglichst auf standardisierte und austauschbare PCs setzten. Die waren zwar oft sehr günstig, konnten aber kaum an die technische Evolution angepasst werden. Mit jedem größeren Innovationsschritt wurde eine neue Hardware-Plattform eingeführt, die aufwendige Requalifikationen und Rezertifizierungen notwendig machte.

Die Ära der größtmöglichen Standardisierung von IPCs geht nun zu Ende. Die Industrie fordert wieder etwas, was man lange überhaupt nicht mit PCs in Verbindung bringen konnte: Langlebigkeit, höchste Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit über viele Jahre hinweg. Diese Eigenschaften sind heute wesentliche Bestandteile der Kostenrechnung, die über den Markterfolg eines Produkts entscheiden.

Heute ist ein IPC gefragt, der genau für die Anwendung  gemacht ist, der nichts enthält, was man nicht braucht; der den eigenen Produktions- und Produktbedingungen möglichst genau angepasst ist. Moderne Steuerungen müssen schnell und unkompliziert erweitert werden können, über viele Jahre störungsfrei  funktionieren, vor Cyber-Angriffen geschützt sein und möglichst lange immer wieder nachbestellt werden können.

Flexibles Baukastensystem für modulare IPCs

Bild 1: Ein Blick ins Innere des IPCs RXi2-EP von GE. GE

GE‘s Automation and Control Division hat auf diese Anforderungen reagiert und eine Reihe neuer modularer IPCs vorgestellt, die auf einem flexiblen Baukastensystem basieren. Sie können den kundenspezifischen Anforderungen entsprechend konfiguriert und angepasst werden. Modulares Design bedeutet hier, dass sich eine Vielzahl von Optionen wie Prozessoren, Speicher, Gehäuse, individuell zusammenstellen lässt. Dank des modularen Aufbaus (Bild 1) können die IPCs durch einfache und kostengünstige Upgrades an neue Anforderungen angepasst und so die Verfügbarkeit um viele Jahre verlängert werden.

Der Kunde hat die Wahl zwischen Semi- und Full-Custom-Design, also entweder einem Industrie-PC aus Komponentenblöcken oder einer vollständig nach den individuellen Anforderungen maßgeschneiderten Lösung. Um die komplett maßgeschneiderten IPCs in Bezug auf Liefertermin, Funktion und Kosten im Voraus möglichst sicher berechnen zu können, werden vorgetestete Module beziehungsweise Funktionsblöcke verwendet.

Die Entwicklung eines kundenspezifischen IPC (Semi- oder Full-Custom-Design) verläuft in mehreren Schritten:

• Definition der Anforderungen und Entscheidung für Semi- oder Full-Custom-Design
• Proof of Concept mit der Erstellung eines Mock-Ups
• Test-Setup und Verifikation
• Prototypenaufbau und Qualifizierung
• Just-in-Time-Produktion
• Wartung und Life-Cycle-Management.

Einer der neuen und bereits seit Juni 2017 verfügbaren IPCs ist der RXi2-EP. Als zuverlässige Steuerungsplattform für industrielle Anwendungen ist er optimiert für den Dauereinsatz in rauen Industrie-Umgebungen und liefert mittlere bis hohe Rechenleistung. Der PC ist schock- und vibrationsfest und hat umfangreiche Stress-Tests in der thermischen Kammer hinter sich. Dank eines von GE entwickelten und patentierten Kühlsystems wird der Rechner passiv gekühlt. Weil die Wärme ans Gehäuse abgegeben werden kann, kommt der RXi2-EP ohne Lüfter aus und kann ohne Drosselung im Temperaturbereich von -20 Grad Celsius bis +70 Grad Celsius kontinuierlich die gleiche Leistung abliefern.

Einsatzgebiete sind zum Beispiel neuartige Edge-Anwendungen bei denen Datenanalyse-Apps in Verbindung mit den klassischen Steuerungen Abläufe in Anlagen anpassen und Prozesse kontinuierlich in Echtzeit verbessern.

Skalierbare Rechenleistung und Speichergröße

Herzstück des RXi2-EP-IPCs sind die besonders robusten und zuverlässigen CPU-Module im COM-Express-Format von GE, die hinsichtlich Rechenleistung und Speichergröße skalierbar sind. Beim RXi2-EP kommt das COM-Express-Modul, basierend auf dem AMD-BaldEagle-Prozessor, zum Einsatz. Der Kunde kann das COM-Express-Modul entsprechend seiner Anforderungen an den IPC konfigurieren. Er hat die Auswahl zwischen zwei oder vier Kernen, 8, 16 oder 32 MB Speicher und einer Prozessortaktung von 2,2 GHz, 2,5 GHz oder 2,7 GHz. Vom RXi2 gibt es noch zwei weitere Varianten: Die Variante RXi2-XP, basierend auf den Intel-SkyLake-Prozessor (ab August 2017 verfügbar), und die Variante RXi2-UP, basierend auf der Intel-Kaby-Lake-Prozessortechnologie (ab Dezember 2017 verfügbar).

Alle IPC-Typen gibt es mit PCIe-Gen2/3-Erweiterungsslots. Des Weiteren gibt es zwei Varianten mit zwei externen Einschubschächten für 2,5-Zoll-SSDs beziehungsweise HDDs. Damit lässt sich ein RAID-0/1-System konfigurieren. Die Besonderheit der RXi2-EP-Variante ist die Unterstützung von bis zu vier Bildschirmen. Unterstützt werden Windows 7 und 10, VvWorks7.0, Linux und der RTS-Hypervisor speziell für Echzeit-Virtualisierungslösungen.

Der modulare Aufbau der neuen IPCs von GE entspricht den Anforderungen nach immer mehr Flexibilität in Konfiguration und Aufbau. Gleichzeitig wünschen Kunden, dass der einmal konfigurierte PC über Jahre immer in der exakt gleichen Ausführung geliefert wird; sie wollen keine Änderungen bei den aktiven elektronischen Bauelementen. Produktionsprozesse sind sensibel, und damit sie nicht gestört werden, muss sich der IPC jeden Tag exakt gleich verhalten. Dem entspricht GE mit Version Control und dem Copy Exact Support, das heißt der Garantie, dass gleichbleibend über Jahre der IPC in der kundenspezifischen Ausführung nachgeliefert werden kann.

Die neuen IPCs wurden speziell für Industrie-4.0-Anwendungen und das industrielle Internet der Dinge entwickelt. Sie bilden die Basis für die GE-Field-Agent-Lösungen, die Systeme und Anlagen mit der geschützten Cloud über sichere Netzwerke verbinden.

(ku)