Lösungen für die digitale Fabrik

Das Internet der Dinge verknüpft Produktionsanlagen, die in der ‚digitalen Fabrik‘ über Sensoren permanent ihren aktuellen Status an eine zentrale Plattform melden. Die zuständigen Mitarbeiter bekommen so einen schnellen Überblick über die gesamte Produktionskette und können bei auftretenden Problemen schnell und zielorientiert reagieren. Die Basis dafür bilden skalierbare, sichere und zuverlässige Hardware- und Software-Lösungen mit flexiblen Schnittstellen. Intel bietet für industrielle Anwendungen in der digitalen Fabrik ein breites Portfolio an, u.a. Low-Power-Prozessoren, SoCs und intelligente Gateway-Lösungen.
Das ‚Internet der Dinge‘ (Internet of Things; IoT) verbindet heute Milliarden von Endgeräten wie Maschinen, Automaten oder Fahrzeuge miteinander. Analysten sehen hier in Zukunft einen boomenden Markt: Die Marktforscher von Gartner gehen davon aus, dass 2020 bis zu 30 Milliarden Geräte über das Internet verbunden sein werden. Zum Vergleich: Im Jahr 2009 waren es 2,5 Milliarden. Auch für die Industrie bietet das Internet der Dinge viele Vorteile. In der ‚Smart Factory‘ werden etwa Daten zum Zustand der Anlage wie Temperatur, Leistung, Umdrehungen, oder Auslastung an eine Cloud-Plattform übertragen und dort überwacht. Bei Unter- oder Überschreiten eines Kennwerts alarmieren entsprechende Signale die Zentrale automatisch. Servicemitarbeiter können rechtzeitig reagieren und einen kostspieligen Ausfall der Maschine proaktiv verhindern, indem sie beispielsweise ein neues Ersatzteil einbauen oder notwendige Wartungsarbeiten vorziehen.

Zuverlässige, sichere und interoperable Lösungen

Voraussetzung für diese intelligenten Systeme sind effiziente und sichere Kommunikation, einfache Vernetzung, offene Standards und damit Interoperabilität. Ziel vieler Firmen aus der Industrie ist es, bereits installierte Geräte, Maschinen und Anlagen einfach über das Internet zu verbinden und in Service-Strukturen zu integrieren. So können Plattformen, die auf offenen Standards basieren und verschiedene Systeme konsolidieren, in Zukunft wertvolle Dienste leisten. Speziell im industriellen Umfeld müssen diese Lösungen sehr robust und zuverlässig arbeiten, damit alle Anlagen konstant und reibungslos laufen. Unabdingbar ist zudem der Schutz vor Malware und Hacker-Angriffen etwa durch Verschlüsselung oder bereits in die Hardware integrierte Sicherheitsfunktionen. Weiterhin sollten in der Industrie zum Einsatz kommende Prozessoren und SoCs (‚System on a Chip‘) möglichst kleine Formfaktoren sowie geringen Stromverbrauch aufweisen. Intel bietet für die industrielle Anwendung integrierte, skalierbare Hardware- und Software-Lösungen für die vielfältigen Anforderungen des Marktes. Dazu gehören Low-Power-Prozessoren wie der Intel Quark SoC X1000 und Intel-Atom-E3800-Prozessoren sowie intelligente Gateway-Lösungen auf Basis dieser Prozessoren. Letztere verbinden bestehende Legacy-Systeme und liefern gemeinsame Schnittstellen für die nahtlose Kommunikation zwischen Geräten und der Cloud.

Intel Quark SoC X1000

Den Intel Quark SoC X1000 positioniert Intel als kostengünstiges Einsteigerprodukt speziell für IoT-Anwendungen in Industrie, Energie und Transportwesen. Der 32Bit-Quark-Prozessor besteht aus einem Kern, verarbeitet einen Thread, ist kompatibel mit der Intel Pentium Instruction Set Architektur (ISA) und bietet Taktraten von bis zu 400MHz. Der SoC lässt sich durch die offene Bus-Struktur (AMBA Bus) flexibel erweitern und unterstützt zudem DDR3, PCIe, Ethernet, USB Device, USB Host, SD, UART, 12C, GPIO, SPI, JTAG, Arduino IDE und Open Source Linux. Da ein Quark SoC X1000 über den Speicherschutz ECC (‚Error Correcting Code‘) verfügt, liefert er ein hohes Maß an Datenintegrität und Zuverlässigkeit für Geräte, die rund um die Uhr in Betrieb sind. Durch die hohe Temperatur-Toleranz (von -40 bis 85°C) erfüllt der Chip alle Anforderungen von Anwendungen zur industriellen Steuerung und Automatisierung. Zudem zeichnet er sich durch einen sehr niedrigen Energieverbrauch (TDP <2W) und E/A-Flexibilität aus. Der Quark SoC X1000 bietet zudem eine Anzahl von Sicherheits-Mechanismen, die vor unerlaubtem Zugriff oder Einfluss von außen schützen. Einige davon sind direkt in den SoC integriert, andere können durch Software im Betrieb aktiviert werden. Die Sicherheits-Mechanismen sind vorrangig dazu eingerichtet, um die auf dem System installierte Software schützen. Ein Bestandteil dieses Sicherheitssystems ist die direkt in der Hardware verankerte Secure Boot Technologie. Diese überprüft die Echtheit und Unversehrtheit (Integrität) der System-Software noch bevor diese ausgeführt wird und stellt damit einen wichtigen Sicherheitsschritt vor Bootvorgang und Software-Start dar ('Hardware Root of Trust'). Dieser Schritt funktioniert durch den Vergleich eines privaten Schlüssels (Device Key im on-die ROM) mit einem öffentlichen Schlüssel (Public Key im SPI Flash) durch einen verschlüsselten Algorithmus. Intel bietet zusätzlich ein IoT-Software-Paket an, das weitere Konnektivitäts-, Management- und Sicherheitsfunktionen von McAfee und Wind River bereitstellt. McAfee's Embedded Control schützt intelligente Systeme vor Malware und unerwünschten Anwendungen, unter anderem durch Compliance Management. Die Wind River Intelligent Device-Plattform integriert Betriebssystem, Middleware, verschiedene Netzwerk-Optionen (PAN, LAN, WAN) und verknüpft Systemsicherheit, -management und Interoperabilität. Mit diesen Funktionen lassen sich Zeit und Kosten für die Entwicklung erheblich senken.

Intel ‚Atom‘ E3800-Prozessoren mit integrierter Grafik

Benötigen Industrie-Unternehmen einen leistungsfähigeren Prozessor für ihre IoT-Anwendungen, können sie die Intel-Atom-E3800-Prozessoren einsetzen. Die SoCs mit integrierter Grafik basieren auf der 22nm-Prozesstechnologie von Intel mit 3D-Tri-Gate-Transistoren. Sie beschleunigen datenintensive Anwendungen bei niedrigem Energieverbrauch (TDP 5 bis 10 Watt) und zeichnen sich durch verbesserte Medien- und Grafikleistung (Full HD, 3D Grafik), ECC, den industriellen Temperaturbereich, integrierte Sicherheit sowie Bildsignal-Verarbeitung aus. Beispiel: Bessere Wartung von Klimaanlagen mit intelligenten Gateways. Für die Vernetzung vorhandener Geräte bietet Intel intelligente Data Access Gateways auf Basis des Intel Quark SoC X1000 oder der Intel-Atom-E3800-Prozessoren an. Diese werden an Sensoren oder Anlagen befestigt, sammeln, konvertieren und filtern deren Daten und übertragen sie zur Auswertung sicher in das Netzwerk oder in die Cloud. Einsatzfelder sind etwa die Kontrolle hochwertiger industrieller Anlagen, die Automatisierung der Fertigung oder des Energienetzes sowie das Management von Fahrzeugflotten. Ein Beispiel ist Daikin Applied, der größte Anbieter von Klimatisierung, Heizungs-, Lüftungs -und Kältetechnik. Die Firma vernetzt über die intelligenten Gateway-Lösungen mit Quark SoC X1000 ihre bereits installierten gewerblichen Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik(HLK)-Anlagen. Damit kann das Unternehmen deren Daten in die Cloud übertragen, dort sammeln und analysieren. Dank der intelligenten Gateway-Lösung ist Daikin Applied zudem in der Lage, seinen Kunden verschiedene Mehrwertdienste anzubieten. Dazu gehören die Leistungsmessung der HLK-Einheiten in Echtzeit, Diagnose, Überwachung und Steuerung aus der Ferne oder fortschrittliches Energie-Management. Durch die Analyse der Daten kann Daikin Applied in Echtzeit auf aktuelle äußere Bedingungen wie Wetter- oder Gebäudedaten reagieren und die Leistung der intelligenten HLK-Anlagen automatisch steuern und damit Energiekosten sparen. Die Intel-basierte Gateway-Lösung vereinfacht zudem das Gebäudemanagement und hilft, Probleme mit HLK-Anlagen proaktiv zu verhindern, bevor sie entstehen.