Sei es Geräteassemblierung oder Bestückung, für Kleinserien rechnet sich die Anschaffung einer Spezialmaschine oft nicht – insbesondere dann nicht, wenn sie erst noch entwickelt werden müsste. Damit bleibt der Mensch in der Fertigung unerlässlich. Moderne, intelligente Montageplätze können die Mitarbeiter im gesamten Prozess unterstützen, denn sie verbessern die Durchlaufzeiten in der Fertigung.
Dies beginnt mit dem Erlernen der notwendigen Arbeitsschritte und reicht bis zur laufenden optischen Inspektion und Dokumentation in Echtzeit. Somit verkürzt sich die Zeit, bis der Mitarbeiter produktiv arbeiten kann und mögliche Fehler werden bereits erkannt, während sie geschehen. Das reduziert den Aufwand in der Beseitigung, da sich der Fehler sofort korrigieren lässt – es entstehen damit praktisch keine (Folge-)Kosten. Die Technik dazu setzt auf ein Array aus Kameras, das meist über dem Arbeitsplatz angebracht ist und damit den Bewegungsspielraum der Mitarbeiter nicht einschränkt. Gleichzeitig gewährt die Vogelperspektive auch einen Einblick in die Geräte oder Baugruppen. Zudem lassen sich damit auch die sich ständig ändernden Lichtverhältnisse der Arbeitsfläche ausgleichen.

Ein smarter Montageplatz

Videoprojektoren – ebenfalls über Kopf angebracht – können am Montageplatz die korrekte Position für den nächsten Arbeitsschritt anzeigen, aber auch Probleme oder Fehler beleuchten. Bei gut ausgebauten Montageplätzen kommen beispielsweise bis zu zwölf Kameras, ein oder zwei Beamer oder auch Laserpointer sowie mehrere Touch-Displays zum Einsatz. Dies stellt hohe Anforderungen an die Elektronik, sowohl bei der Anzahl der Schnittstellen als auch im Datendurchsatz. Darüber hinaus muss der Computer auch genügend Rechenleistung liefern, um den hohen Anforderungen der KI-Auswertung zu genügen.
Neue Prozessorgenerationen wie die elfte Generation Intel-Core und Intel-Xeon-Prozessoren (Codename Tiger Lake H) stehen seit kurzem auch für Embedded-Anwendungen zur Verfügung und entsprechen genau dem genannten Anforderungsprofil: Sie bieten eine Vielzahl an High-Speed-Schnittstellen sowie starke CPU- und Grafik-Leistung inklusive effizienter KI-Unterstützung. Besonders im Bereich der High-End-Bildverarbeitung sollte das Augenmerk auf der H-Serie der Tiger-Lake-Familie liegen, wie sie auf dem TQ-Embedded-Modul TQMx110EB zum Einsatz kommt. Diese liefert gegenüber der „kleineren“ U-Serie sehr viel mehr Systemperformance und den vollen Schnittstellenumfang.
Damit je nach Ausbaustufe des intelligenten Montageplatzes die richtige Verarbeitungsleistung gewährleistet ist, bietet TQ mit dem TQMx110EB ein COM-Express-Modul (Basic Formfaktor) an, das alle Embedded-H-Serie-Prozessorvarianten (Core i3, Core i5, Core i7 und Xeon) dieser neuen CPU-Generation unterstützt. Somit stehen bis zu acht leistungsfähige CPU-Cores, ein hoch performanter Grafik-Controller, bis zu 24 MB Cache und bis zu 64 GB DDR4-3200 zur Verfügung. Letzterer sichert durch seine hohe Bandbreite eine durchgängig hohe Performance des Systems.

Modulares Hardwarekonzept erleichtert die Elektronik-Entwicklung

Dank der Kombination aus Prozessor-Modul und individuellem Carrier Board entsteht eine hohe Flexibilität beim Systemdesign: Hierbei bieten COM-Express-Module einen großen Spielraum bei der Skalierung der Rechenleistung. Mit dem Carrier Board kann sich der Systementwickler auf seine Kernkompetenzen fokussieren und hat zudem die Möglichkeit durch unterschiedliche Boards seine Produktpalette zu optimieren, ohne die grundlegende Rechentechnik und Software verändern zu müssen.
Über die COM-Express-Steckverbinder werden zum Carrier Board nicht nur schnelles 2.5 Gigabit Ethernet, vier USB-3.2-Gen2-Schnittstellen (mit je 10 Gb/s), acht USB-2.0-Interfaces sowie vier super-schnelle SATA-III-Ports bereitgestellt. Das COM-Express-Modul TQMx110EB bietet zusätzlich 24 PCIe Lanes, wobei diese in zwei Gruppen aufgeteilt sind: Acht PCIe Lanes der dritten Generation mit je 8 Gb/s werden über den PCH (Peripheral Controller Hub/Chipsatz) bereitgestellt und teilen sich die Bandbreite zur CPU mit den bereits erwähnten IO-Schnittstellen. Die weiteren 16 PCIe Lanes werden mit PCIe-Geschwindigkeit der vierten Generation (mit insgesamt bis zu 256 Gb/s Bandbreite) direkt an die CPU angebunden, so dass ein ungebremster, direkter Datentransfer zwischen Peripherie und Prozessor möglich ist.
Hierbei unterstützt das TQMx110EB auch „PCIe Bifurcation“, was eine Aufteilung dieser Schnittstelle für bis zu drei PCIe Root Ports (Modi: x16, x8/x8 oder x8/x4/x4) ohne kostspielige, zusätzliche Elektronik zulässt. Besonders für den anspruchsvollen Bildverarbeitungsteil des intelligenten Montageplatzes bietet dies höchste Flexibilität: Für anspruchsvolle Bildverarbeitung ist beispielsweise die Anbindung von mehreren schnellen PCIe-basierten Kamera-Modulen möglich.
Je nach Anwendungsfall lassen sich aber auch mehrere Framegrabber oder 10-Gigabit-Ethernet-Controller für hochauflösende High-Speed-Multi-Kamera-Systeme direkt an die CPU anbinden. Alternativ dazu sind weitere Optionen wie Zusatzsteckplätze für mehrere Beschleunigerkarten (beispielsweise für Tensor Processing Units) realisierbar, was beste Voraussetzungen für besonders anspruchsvolle KI-Auswertungen schafft.

Hohe Flexibilität beim Aufbau des Kamera-Arrays

Das beschriebene Potenzial des TQMx110EB-Prozessor-Moduls gewährleistet eine hohe Flexibilität beim Aufbau des Kamera-Arrays: So können beispielsweise zwei ultra-hochauflösende High-Speed-Kameras, die mit hoher Bandbreite über PCIe x4 direkt an die CPU angebunden sind, als stereoskopische Hauptkameras zum Einsatz kommen. Diese lassen sich mit weiteren Kameras einfach ergänzen – dabei kann es sich auch um eine Mischung aus verschiedenen Standards wie UBS3-Vision, GigE-Vision und 10-GigE-Vision handeln. Die ohnehin schon sehr gute KI-Leistung, die durch die hoch performante CPU und den integrierten Grafikprozessor (GPU) bereitgestellt wird, lässt sich bei Bedarf über einen zusätzlichen AI-Accelerator noch weiter erhöhen. Eine Konfiguration mit PCIe x8 (vierte Generation) mit einer Geschwindigkeit von bis zu 128 Gb/s stellt dabei ausreichend Bandbreite zur Verfügung, so dass auch besonders leistungsfähige VPUs (Vision Processing Units) oder TPUs (Tensor Processing Units) zum Einsatz kommen können.
Gerade im Bereich der Künstlichen Intelligenz am Montageplatz kann die x86-Architektur des TQMx110EB die wohl größte Software-Unterstützung für sich in Anspruch nehmen – und das sowohl bei den Betriebssystemen als auch bei den Entwicklungs- und KI-Tools. Damit verzögert keine Software-Portierung die Entwicklung eines intelligenten Montageplatzes, sondern es kann sofort mit der Entwicklung der Anwendungssoftware begonnen werden. Die Verwendung der auf dem TQMx110EB bereits als Option verfügbaren NVMe x4 SSD stellt ein besonders schnelles Speichermedium für das Betriebssystem und die Daten zur Verfügung.
Alternativ lassen sich beispielsweise auch M.2 Speichermodule (NVMe oder SATA) einsetzen, die zudem auch unterschiedliche RAID-Konfigurationen unterstützen. Damit steht genügend Bandbreite und Speicherkapazität zur Verfügung, um die Arbeitsschritte zu dokumentieren und einer übergeordneten Auswertung zuzuführen. Der zuverlässig hohe Datendurchsatz hilft auch bei der Einarbeitung der Mitarbeiter bezüglich neuer Geräte und Arbeitsschritte. So können die Erklärungsvideos gleichzeitig auf den unterschiedlichen Bildgebern laufen: Dabei gibt beispielsweise ein Touchdisplay die allgemeinen Informationen wieder, während zeitgleich die Video-Beamer ihre Inhalte auf die Arbeitsfläche projizieren.

Fazit

Durch einen modularen Systemaufbau können Hersteller von intelligenten Montageplätzen also sehr flexibel von der neuesten Prozessortechnologie profitieren. Mit unterschiedlichen CPU-Derivaten stellt das TQMx110EB von TQ verschiedene Leistungsklassen der neuen, elften Generation Intel-Core und Intel-Xeon-Prozessoren zur Verfügung und bietet dabei durchgängig höchste Systemperformance, so dass sich das System zukunftssicher auf die jeweiligen Gegebenheiten anpassen lässt.

Autor
Harald Maier, Produktmanagement &
Business Development x86

© Bilder: TQ-Group