Заказные встраиваемые системы со склада

В статье на примере компании MEN рассматривается всё более популярная на рынке встраиваемых и промышленных систем тенденция – поставка заказных систем со склада. Клиенты имеют возможность заказать адаптированный для их задач встраиваемый компьютер с помощью конфигуратора, доступного на сайте, и получить его через две недели после размещения заказа. Такой подход позволяет сократить время выхода проекта на рынок и сэкономить заказчикам время и деньги.

Бибер Ангела

150
В ЗАКЛАДКИ

Неполные четыре часа – столько длится путешествие на скоростном поезде из Москвы в Санкт-Петербург. Интернет в вагонах и различные мультимедийные развлекательные программы не дают пассажирам скучать в пути. Но доставит ли пассажиру удовольствие просмотр интересного фильма, если в вагоне не будет элементарных удобств, например, в туалете не будет работать смыв? Понятно, как такой сбой может повлиять на настроение людей. Но каким образом заказные встраиваемые системы, да ещё со склада, могут помочь в решении подобной задачи? 
Рассмотрим эту проблему с точки зрения ремонтно-эксплуатационных служб. Всегда же лучше, как с технической, так и экономической точки зрения, устранять возможные неисправности ещё до их фактического появления, как бы предсказывая будущее. На первый взгляд, эта задача более подходит экстрасенсам, а не производителям компьютеров. Но всё же компьютерные системы позволяют не предсказывать будущее, а моделировать его с помощью инновационного решения «Предиктивное обслуживание», построенного на базе серверов хранения данных (СХД) и всё чаще используемого в пассажирских перевозках. От такой системы перевозчик получает собранную и проанализированную информа­цию обо всех функциях подвижноˆго состава, нуждающихся в обслуживании, от системы смыва в туалетах до критических компонентов, вроде механизма управления дверями или тормозной системы. Обладая точной информацией о том, какому компоненту требуется плановое обслуживание, перевозчик может наилучшим образом планировать и консолидировать сервисные работы, опережая возникновение поломок и без спешки заказывая запасные части, необходимые к моменту проведения плановых работ. Предсказание сроков службы того или иного оборудования базируется на статистической информации о его работе.
Система предиктивного обслуживания протоколирует работу всех узлов подвижноˆго состава и отправляет собранные данные через мобильный Интернет-канал в центральный диспетчерский центр, где они будут обработаны. Преимущества очевидны: высокая эффективность обслуживания и ремонтных работ, экономия времени и денег, а также, что немаловажно, удовлетворение пассажиров полученным сервисом. В зависимости от того, какая информация должна собираться, как СХД встраивается в действующую инфраструктуру сети поезда, каким образом данные передаются в диспетчерскую и какие ещё функции должны быть реализованы, строится конфигурация требуемой системы. И несмотря на разнообразие запросов, такие системы должны быть разработаны и поставлены в короткие сроки, чтобы сохранить и закрепить преимущества инноваций.
Вот тут на передний план выходит новая концепция BTO (Built to order) – заказные решения со склада. Разработчики компании MEN давно заметили растущее давление на рынке грузовых и пассажирских перевозок: проекты всё более скоротечны, а конкуренция становится всё жёстче. Работа с такими проектами, а также запросы из области промышленной автоматизации, давно уже существующей в тесных временныˆх рамках, привели к появлению заказных решений на базе 19ʺ CompactPCI-технологий (CPCI-технологий) и встраиваемых «коробочных» компьютеров. 

Решения на основе встраиваемых компьютеров 

Благодаря компактному и защищённому исполнению встраиваемые компьютеры наилучшим образом подходят для реализации приложений системы предиктивного обслуживания, для орга­низации связи подвижноˆго состава с диспетчерским центром, а также общих контрольных функций в поездах и на автотранспорте или других классических решений из сферы Интернета вещей.
Встраиваемые компьютеры MEN состоят из алюминиевого корпуса, который кроме механической защиты (рис. 1) обеспечивает ещё и кондуктивный теплоотвод, центральной платы, оснащённой различными моделями процессоров Intel и AMD, независи мой платы ввода-вывода, подбираемой для конкретного случая, обширного набора расширений: накопителей информации, антенн, модемов и пр. Компьютеры поставляются под ключ, с базовым программным обеспечением (firmware). 

В рамках проекта заказчик сначала выбирает модель встраиваемого компьютера в зависимости от задач: беспроводная связь, система хранения данных, компьютер общего применения, работа в условиях повышенной влажности и пыли и т.д. В линейку продукции MEN входят: 
  • BC50M – встраиваемый компьютер, который был разработан для эксплуатации в качестве автономного устройства или контроллера для подключения дисплея на транспорте, например, в поездах, коммерческих транспортных средствах, автомобилях или самолётах. Он выполнен на базе процессоров серии AMD Embedded G-Series APU. Поддерживает до двух интерфейсов DisplayPort, два порта Gigabit Ether­net с разъёмами M12. Внутри компьютера имеются два слота MiniPCI Express для организации беспроводной связи; 
  • BC50R – это необслуживаемый встраиваемый компьютер для сбора данных в жёстких условиях эксплуатации на транспортных средствах, например, на поездах, грузовых автомобилях и кораблях. Основной функционал соответствует предыдущей модели, за исключением того, что все интерфейсы выполнены с разъёмами M12 (USB, цифровой вход и выход, Gigabit Ethernet, CAN и последовательные порты). Корпус имеет степень защиты IP65;
  • BL50W и BL70W – модели, предназначенные для организации беспроводной связи на транспорте. Их главная особенность – наличие четырёх слотов для установки плат Mini-PCI Express с восемью слотами для SIM-карт, что позволяет обеспечить поддержку широкого диапазона беспроводных интерфейсов, таких как WLAN, UMTS, GSM, HSDPA, EDGE, LTE или GLONASS. Установленный интерфейс GPS дополняет функциональные возможности компьютеров;
  • BL50S и BL70S предназначены для работы в качестве серверов видеотрансляции или видеозаписи для систем видеонаблюдения на транспорте. Их главная особенность – это наличие двух отсеков для дисков HDD/SSD с поддержкой «горячей» замены и RAID, а также 5 интерфейсов Gigabit Ethernet с разъёмами M12, четыре из которых образуют коммутатор с поддержкой PoE, а пятый служит для связи с внешним миром. 
Далее, с помощью имеющегося на сайте конфигуратора (рис. 2) можно создать модель из компонентов, доступных по программе BTO.

Данные компоненты, как и базовые версии компьютеров, есть на складе производителя. Каждой конфигурации присваивается уникальный код, однозначно определяющий её. Получив данный код для выполнения заказа, производитель с использованием необходимых компонентов собирает систему и проводит тестирование в течение двух недель.
Таким образом, заказчик может скомпоновать систему, максимально ему подходящую, и получить её в короткий срок, чтобы начать первые тесты и испытания. Базовые конфигурации встраиваемых компьютеров определяют общие сферы их применения – СХД, беспроводные системы, промышленная автоматизация или транспортные системы.
Все компьютеры разрабатываются, чтобы полностью соответствовать жёстким требованиям железнодорожного стандарта EN 50155 и стандарта автомобильной промышленности E-Mark. Корпус обеспечивает охлаждение кондуктивным способом, что позволяет компьютеру надёжно работать в расширенных температурных диапазонах. Напаянные компоненты и особое покрытие печатных плат делает компьютеры нечувствительными к механическим воздействиям, влаге и пыли. Механическое соединение основной платы с платой ввода/вывода устраняет нагромождение проводов, часто встречающееся в промышленных компьютерах других марок. Такое соединение является отличительной чертой встраиваемых компьютеров MEN и гарантирует качество работы и надёжное размещение электроники в корпусе системы.
В то время как встраиваемые компьютеры безотказно работают на транспорте в условиях нехватки свободного места, в задачах, требующих высоких вычислительных ресурсов, они уступают место более мощным системам на базе половинной и полноразмерной 19ʺ CompactPCI-технологии. 

Заказные модульные 19ʺ системы на базе стандарта CompactPCI

Благодаря своей модульности и надёжности системы на базе CompactPCI уже пользуются высокой популярностью, что привело MEN к решению разработать модульный конструктор и для этого семейства. 
Первым шагом стало введение корпуса размером всего в половину стан-дартного 19ʺ конструктива. Это позволило системе оставаться компактной при прежней мощности и даже монтировать такой облегчённый корпус на стене. Несложное приспособление позволяет помещать две такие компактные системы на одной 19ʺ полке – хороший способ расширения возможностей при необходимости. 
Затем была разработана особая кросс-плата (рис. 3), которая должна обеспечить максимальную гибкость и гарантировать реализацию всех специфических функций ввода-вывода полевых шин при высокой производительности.

Решение содержит в себе составляющие сразу из трёх стандартов: CompactPCI (CompactPCI PlusIO), CompactPCI Serial и PCI/PCI Express. Проблема небольшой разницы в геометрии широко используемых в промышленной автоматизации плат PCI и PCI Express и разъёмов стандарта CompactPCI была решена с помощью адаптеров, передающих сигналы из мира PCI и PCI Express в мир CompactPCI, не опасаясь помех и механических воздействий. Это позволило заказчику использовать компоненты PCI и PCI Express, от которых он в силу разных причин отказаться не мог. Партнёрство с компанией Hilscher прибавило к выбору периферии целый ряд адаптеров для различных полевых шин, которые также выполнены в стандарте CompactPCI и могут использоваться в системах MEN без ограничений.
Следующим шагом было создание СХД на базе стандарта CompactPCI Serial. В этой системе применяется тот же конструктив, что и в предыдущей, и кросс-плата стандарта CompactPCI Serial, которая позволяет подключить к процессорной плате до 6 периферийных плат. Специально для СХД была разработана новая плата G503 для установки 2,5ʺ дисков, которая объединяет два НЖМД или SSD-накопителя на одной-единственной 3U CompactPCI-плате и соответствует железнодорожному стандарту EN 50155. Это позволяет получить объём в 4 Тбайт на одном слоте в надёжном и компактном форм-факторе. Диски управляются контроллером SATA RAID с поддержкой «горячего» подключения, RAID 0/1 и JBOD непосредственно на плате. Независимо от конфигурации RAID, которая может быть гибко изменена с помощью переключателей, два диска будут опознаваться процессором как один диск. Таким образом, нет никакой необходимости в дополнительном программном обеспечении. Использование этой платы позволяет построить СХД с общим объёмом до 20 Тбайт.
Ещё один аспект модульных систем – это масштабируемость вычислительной мощности. В системах компании MEN использованы процессорные платы CompactPCI PlusIO и CompactPCI Serial, управляющие периферией. Заказчик может выбрать любого представителя семейства процессоров Intel Core i7, от сверхэкономичного до суперпроизводительного. Сделать это нетрудно, поскольку такое масштабирование возможно с любой процессорной платой производства MEN. Стандартизированное размещение разъёмов на передних панелях процессорных плат обеспечивает полную совместимость между поколениями процессоров и долгую и бесперебойную работу систем далеко за рамками наличия в продаже самих процессоров. В случае снятия с производства одной процессорной платы она легко заменяется преемником без вмешательства в конфигурацию системы в целом.
Чтобы обеспечить высокую надёжность системы, особенно в критичных приложениях, разработчики MEN добавили к функциям BTO-решения возможность бесперебойной подачи питания. Каждая система может оснащаться двумя источниками питания (ИП), как постоянного или переменного тока, так и их комбинацией. ИП могут резервировать друг друга или их можно заменить на источники бесперебойного питания. Эта функция также была реализована для соответствия нормативам, принятым на железнодорожном и автомобильном транспорте. 
Работа с системами на базе Com­pactPCI практически такая же, как и со встраиваемыми компьютерами. Сначала необходимо выбрать модель: либо MH70I – защищённый модульный компьютер, предназначенный для работы в жёстких условиях эксплуатации в промышленности, либо MH70S – встраиваемая система, ориентированная на те задачи, где требуются защищённые СХД с большим объёмом памяти, такие как системы видеонаблюдения, контент-серверы, NAS-серверы на транспорте и в промышленности. А далее с помощью конфигуратора (рис. 4), доступного на сайте, компонуется система, выбираются один или два источника питания постоянного или переменного тока, процессорная плата необходимой производительности, а также периферия.

Все эти компоненты поддерживаются компанией MEN на складе, и сборка и тестирование заказной системы займёт не более двух недель.
Всё оборудование систем разрабатывается, чтобы полностью соответствовать жёстким требованиям железнодорожного стандарта EN 50155. Напаянные компоненты и особое покрытие печатных плат делает компьютеры нечувствительными к механическим воздействиям, влаге и пыли. Все эти особенности и позволяют CompactPCI-системам MEN найти широкое применение на железнодорожном транспорте во всём мире.

Заключение

Независимо от того, применяется ли встраиваемый компьютер или Com­pactPCI-решение, использование стандартизированных компонентов обеспечивает не только короткие сроки поставок и максимальную гибкость в эксплуатации, но и защиту инвестиций заказчиков. Стандартизация гарантирует не только взаимозаменяемость компонентов производства компании MEN, что экономит массу времени и денег, но и устраняет зависимость от одного производителя, предлагая открытую платформу для использования продукции различных компаний в настоящих и будущих проектах. 
Комбинация высокой надёжности, гибкости конфигурирования, быстрой сборки и исключительной эффективности делает концепцию заказных систем BTO намного более привлекательной, чем обычная разработка на заказ. Использование оборудования компании MEN гарантирует работу жизненно важных функций системы, даже если это механизм смыва в бачке. ● 

Автор – сотрудник MEN Mikro Elektronik 
Авторизованный перевод Алексея Пятницких,
сотрудника фирмы ПРОСОФТ 
Телефон: (495) 234-0636 
E-mail: info@prosoft.ru


ПОДПИСАТЬСЯ НА НОВОСТИ

Будьте всегда в курсе самых свежих новостей
и узнавайте первыми о содержании нового номера

Подписка на новости