Die Infrastruktur im Automatisierungssektor verändert sich derzeit grundlegend. Maschinen und Anlagen werden in immer stärkerem Maße mit dem Internet verbunden und vernetzt. Dies geschieht sowohl untereinander als auch zu übergeordneten ERP-Systemen und PPS-Architekturen (PPS, Produktionsplanungs- und Steuerungssystem). Die so genannte Maschine-zu-Maschine-Kommunikation (M2M) überschreitet dabei schnell die Anzahl menschlicher Meldungen. x86er-basierte Prozessorplattformen bilden sowohl für Edge-Computer als auch zur Steuerung von Maschinen und Anlagen die ideale Technik: Zum einen bieten sie eine extrem flexible Konnektivität und zum anderen ermöglichen sie eine durchgängig einheitliche Prozessorarchitektur und Software-Basis – von der Steuerung über den Fertigungsbereich bis zum Controlling. Auch sind die damit umsetzbaren Lösungen höchst flexibel. Vom Singlecore Low Power Thin Client bis hin zum Embedded Cloud Computer, inklusive Virtualisierung, ist alles umsetzbar. In Teilen werden aber auch ARM-Prozessoren vom gleichnamigen britischen Unternehmen als interessante Plattform gehandelt. Die Auswahl der passenden Prozessortechnik ist folglich nicht leichter geworden. Mit den letzten Neuvorstellungen von Intel und AMD haben Erstausrüster aktuell eine Bandbreite an innovativen Prozessoren zur Verfügung wie kaum jemals zuvor. So steht Erstausrüstern beispielsweise erstmals x86er-Quadcore-Technik für SFF-Designs (SFF, small form factor) zur Verfügung. Auch existiert erstmals eine integrierte und flexible x86er/FPGA-Lösung. Und x86er mit integrierten, programmierbaren Grafikeinheiten ermöglichen Designs mit einem exzellenten Performance/Watt-Verhältnis. Im Mainstream/Midrange-Bereich haben sich die zahlreichen Intel-Atom-Prozessorplattformen sehr gut etabliert. Um die unterschiedlichen Potenziale nutzen zu können, ist es erforderlich, vorhandene Anwendungsprogramme an die neuen Hardwaremöglichkeiten anzupassen.
Konzentration auf Kernkompetenzen
Die schnelleren Produktzyklen können daher für Erstausrüster zum Dilemma werden, denn komplexere Technik in kürzerer Zeit einzubinden ist ohne externe Hilfe nicht immer möglich. Die Hersteller müssen sich also auf ihr Kerngeschäft konzentrieren und die Bereiche ausgliedern, die nicht zu ihren Kernkompetenzen zählen. Um Applikationsentwicklungen möglichst effizient und damit die Spanne bis zur Markteinführung (Time to Market) möglichst kurz zu gestalten, setzen zudem immer mehr Hersteller bei neuen Applikationen auf gebrauchsfertige Systeme. Durch diese Umorientierung wird die Wertschöpfungskette zunehmend kürzer, ähnlich wie es im Automobilsektor bereits der Fall ist. Ausgehend von vielen kleineren Anbietern für einzelne Teilbereiche und einer tieferen eigenen Wertschöpfung strukturierte sich dieser Markt um, hin zu wenigen, dafür aber größeren Plattformlieferanten. Es entstand eine flachere, auf die Kernkompetenzen fokussierte eigene Wertschöpfung. Auf Basis bereits existierender und etablierter embedded-Formfaktoren können validierte Designs besonders schnell und effizient entwickelt werden. Bei der Wahl des passenden Anbieters sollte man jedoch auf ein breites Produktportfolio achten, da das grundlegende Layout der Prozessor- und Chipsatz-Leiterbahnen vom Formfaktor nahezu unabhängig ist.
Vorteile mit Standard-Formfaktoren
Auf diese Weise können große Embedded-Hersteller neueste Technik sehr kosteneffizient und oft auch deutlich schneller bei zugleich höherer Zuverlässigkeit anbieten. Zudem kann der Embedded-Hersteller die gebrauchsfertige Plattform dem jeweiligen Formfaktor anpassen. Ideal erfüllt er so alle Anforderungen des Erstausrüsters hinsichtlich Konnektivität, Baugröße, Umgebungsbedingungen sowie Kosten und Zuverlässigkeit.Das einsetzbare Spektrum ist dabei vielfältig. Es reicht von High Performance Blades wie CompactPCI oder AdvancedMC-basierten MicroTCA.1-Systemen (beispielsweise für High-end-Bildverarbeitung) über Embedded Motherboards oder SBC-basierte Designs bis hin zu Semi Custom Designs auf Basis von Computer on Modules (COM) zum Beispiel nach dem PICMG-Standard COM-Express. Durch das Outsourcing kann zudem immer auf die jeweils ideale Systemarchitektur mit dem besten Nutzwert zurückgegriffen werden, ohne dass dies für den Erstausrüster Nachteile hat – beispielsweise bei der Ersatzteilbevorratung oder beim Versionsmanagement. Eigene Investitionen in Baugruppen und Know-how in diesem Bereich können entfallen. Etablierte Formfaktoren bringen bereits ein umfassendes System an Peripheriekomponenten, Software- und Evaluierungs-Tools mit, so dass für die individuelle Anwendung von Anfang an ein breiter Support vorhanden ist. Das hilft erneut Zeit und Entwicklungskosten drastisch zu reduzieren. Erstausrüster erhalten auf diese Weise das fertige Design schneller. Sie können parallel zur Hardware-Entwicklung mit formfaktor-identischen Plattformen ihre Applikation besonders nah an der endgültigen Hardware-Struktur planen. Das sorgt für eine zuverlässigere, schnellere sowie einfachere Applikationserstellung. Zusätzlich bleibt die jeweilige Anwendung durch standardisierte Formfaktoren auf einfache Weise aufrüstbar.
Applikationsfertig auf Board- und Systemlevel
Neben einem umfassenden Produktportfolio ist auch ein breites Angebot an Mehrwertservices gefragt, um wirklich applikationsfertige Lösungen beziehen zu können. Die Services sollten je nach Bedarf vom Software Support über die Integration von Fremdprodukten bis hin zur Auslieferung in der Verpackung des Herstellers reichen. Wichtig ist dabei natürlich die Anpassung der Hardware an die jeweiligen Kundenwünsche.Dies gilt nicht nur für Services rund um die Formfaktoren, sondern auch für Zusatzleistungen, die Erstausrüster zunehmend auf Systemlevel fordern, bis hin zur branchen- und länderspezifischen Zertifizierung der kompletten Basisplattform. Angesichts des wachsenden Servicebedarfs, können Hersteller entweder die Nische einer spezifischen Branche wählen oder sich breit aufstellen und Branchen-Services mit spezialisierten Teams umfassend anbieten. Große Embedded-Anbieter wie beispielsweise Kontron haben den zweiten Weg gewählt. Diese Positionierung bietet den Vorteil einer Wiederverwertung von Know-how und Formfaktoren gleichermaßen. Zudem ist man branchenunabhängiger und damit unabhängiger von Nachfrageschwankungen in einzelnen Wirtschaftszweigen.
Ohne Software keine Lösung
Aber auch grundlegende Software-Services werden im Automatisierungsmarkt zunehmend wichtiger. Gerade beim Zugriff auf Hardware-Ressourcen und I/Os kann eine plattformübergreifende, einheitliche Cross Plattform Middleware vielen Herstellern die Migration erleichtern. Auch hier ergeben sich deutliche Zeit- und Kostenersparnisse, die sich in schneller Markteinführung neuer Lösungen widerspiegeln. Die plattformübergreifende Middleware Kontron EAPI (Embedded Application Programming Interface) erleichtert es Entwicklern, durch einheitliche Programmierschnittstellen Anwendungen zu übertragen. Dies kann plattformübergreifend sowohl was die Prozessortechnik betrifft, als auch im Hinblick auf die Embedded-Formfaktoren geschehen. Ein weiteres Beispiel ist die Umstellung zahlreicher existierender Applikationen von serieller Verarbeitung auf Singlecore-Prozessoren hin zu parallelen Multicore-Lösungen. Da die Taktrate aktueller Prozessoren derzeit ausgereizt scheint, können Performance-Steigerungen oft nur über mehr Rechenkerne anstatt über höhere Taktfrequenzen realisiert werden. Für etliche Anwendungen, die auf Singlecore-Architekturen ausgelegt wurden, ist das ein großes Problem. Denn diese sind nicht ohne weiteres in der Lage, den Leistungszuwachs über Dualcore-Architekturen zu nutzen. Embedded-Hersteller mit eigener Serviceabteilung für Software-Entwicklung können Erstausrüster allerdings bei der Portierung ihrer Applikationen nachhaltig entlasten, indem sie Teile dieser Arbeit übernehmen. Auch bei der Entwicklung effizienter Anwendungen auf Basis von GPGPU (General Purpose Computation on Graphics Processing Unit) oder FPGAs (Field Programmable Gate Arrays) für die parallele Verarbeitung von beispielsweise vektoriellen Daten sind Dienstleistungen gefragt. Gerade in der industriellen und medizinischen Bildverarbeitung wächst die Nachfrage in diesem Bereich rapide. Weil neben der Hardware-Implementierung die Anwendung selbst entwickelt werden muss, gilt folglich auch hier: Die Software muss entsprechend angepasst werden. Je mehr an Basisarbeiten dann ausgelagert werden können, desto mehr kann sich der Hersteller auf die Applikation konzentrieren. Dass der Software-Service beim Hardware-Lieferanten verbleibt, ist dabei durchaus vorteilhaft für den Erstausrüster. Es ist so nur ein Lieferant erforderlich. Schnittstellenprobleme entfallen sowohl bei der Koordination der Leistungserstellung als auch beim Service, der stets aus einer Hand kommt.☐
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