Wahlkriterien und Bedarfsanalyse

© Vergleichstabelle verschiedener Industrie-PC-Bauformen

Für die Wahl eines geeigneten IPC-Modells sind technische und betriebswirtschaftlich-organisatorische Aspekte gleichermaßen von Bedeutung, wenn ein optimales System für die konkreten Einsatzbedingungen bestimmt werden soll. Allgemein lassen sich hierzu fünf Kategorien unterscheiden: Umgebungsbedingungen, Einbau-Erfordernisse und verfügbarer Platz vor Ort, Leistung und Architektur, Einbindung und Vernetzung sowie Langzeitverfügbarkeit der Systemkomponenten.

Anhand der Auswahlkriterien für Industrie-PCs (siehe Infokasten) lassen sich für den konkreten Einsatzfall der passende Formfaktor und die geeignete Systemauslegung identifizieren. Dieser Prozess ist im Detail jedoch komplex und kompliziert – ungeachtet der vielen Wahlmöglichkeiten. Denn auf der Suche nach einem optimalen System führen die fünf Kategorienklassen nicht zwangsläufig zu einem eindeutigen Ergebnis. Die Ursache hierfür liegt in den sich wechselseitig beeinflussenden, mitunter sogar ausschließenden Anforderungen.

Die beiden erstgenannten Bewertungskategorien, die Umgebungs- und Einbaubedingungen, sind neben den technischen Leistungserfordernissen unstrittig prägende Elemente für die Bedarfsanalyse. Insbesondere wenn ein IPC als Embedded-System einer Produktionsanlage zum Einsatz kommen soll, geben die vorherrschenden Umwelteinflüsse wie elektromagnetische Strahlung, Hitze, Schmutz und Vibration nicht diskutierbare Eckdaten vor – wie etwa in puncto Robustheit oder Hitzetauglichkeit. Der Schutz vor Schmutz und Feuchtigkeit macht beispielsweise ein geschlossenes Gehäuse mit dicht ausgeführten Schnittstellen erforderlich. Ein System mit modularem Design und weitgehend kabellosem Aufbau mindert in einer Umgebung mit hohen mechanischen Belastungen die Gefahr des Ausfalls durch Kabelbruch. Kühlkonzepte auf Grundlage von Heatpipes und Kühlrippen garantieren das zuverlässige Arbeiten selbst bei Betriebstemperaturen von bis zu +60 °C.

Die Spectra PowerBox 3000 mit Serviceklappe beispielsweise ermöglicht über eine geschützte, abnehmbare Frontplatte den Vor-Ort-Zugriff auf externe Komponenten, wie HDD, SSD, CFast, SIM-Karte und CMOS-Batterie.

© Spectra

Problematisch wird es allerdings, wenn etwa nur zeitweise höhere Um-gebungstemperaturen herrschen. Der Einbau oder die Zuschaltung eines Lüfters bei Erreichen einer vordefinierten ­Temperaturschwelle ermöglicht in diesem Fall zwar, die Arbeitstemperatur des Rechners im tolerierten Bereich zu halten. Der Lüfter als mechanische Komponente führt allerdings unmittelbar zu einem erhöhten Verschleißrisiko und – insbesondere in sehr schmutzigen Umgebungen – zu einem gesteigerten ­Wartungsaufwand aufgrund des Reinigungsbedarfs verschmutzter Filter. Es gilt sorgfältig abzuwägen, ob man diese Nachteile in Kauf nimmt oder einen alternativen Standort für den IPC ins Auge fasst.

Grenzen setzt ebenso die Einbausituation vor Ort. Ist der verfügbare Raum an der Maschine sehr knapp bemessen, bleibt mitunter zu wenig Platz, um die geforderten Schnittstellenkarten für Feldbusse, Aktoren und Sensoren aufzunehmen. Machen Ausmaße und Zugänglichkeit einen Standortwechsel notwendig, sind in der Regel die thermischen und mechanischen Belastungsgrößen entsprechend an die neue Umgebung anzupassen. Ein anderer Aspekt in Bezug auf den Standort ist die Frage der Energieversorgung. Insbesondere der Einsatz in ‚fahrenden‘ Umgebungen führt hier zu eigenen Gesetzmäßigkeiten bezüglich der Eingangsspannung. Ein IPC, der von Haus aus nicht 24 oder 28 V(DC) abdeckt, erfordert beispielsweise für den Betrieb im Lkw oder im Flugzeug einen zusätzlichen Wandler.

Hinsichtlich der Prozessorleistung gilt es abzuwägen, ob eine vergleichsweise stabile Arbeitslast anfällt oder ob das System über Leistungsreserven verfügen muss, um gegebenenfalls weitere Aufgaben aufzunehmen. Ähnliches gilt für die Art und Zahl der Erweiterungsschnittstellen (zum Beispiel PCI, PCI Express, Mini-PCIe und MSATA). Leistung und Erweiterbarkeit sind fraglos die Aspekte, in denen die Entwicklungsschübe in der PC-Technik direkt erkennbar sind.

Neue Wahloptionen

Mini-PCs kombinieren das Leistungsvermögen der 19-Zoll-IPC-Klasse mit den Vorzügen des Formfaktors eines Box-PCs. Mit anderen Worten: Zu einer Alternative wird der Mini-PC insbesondere für Anwendungen, in denen infolge der Performance-Anforderungen bislang allein die großen 19-Zoll-Systeme in Frage kamen. Diese stoßen durch den Einbau von Server-CPUs ihrerseits wiederum in neue Aufgabengebiete vor, beispielsweise in die Bildbearbeitung, Fertigungskontrolle und Signalverarbeitung von Sensoren oder der Warenlogistik, die bislang vom zentralen Server in den Rechenzentrumsräumen durch­geführt werden. Wie die größeren ­Modelle profitieren kleinere Mini-PCs darüber hinaus von den technischen Leistungsschüben.

Der Aspekt der Leistungsbandbreite und des Ausbaupotenzials eines IPCs wirkt sich unmittelbar auf die Betriebs- und Einsatzkosten aus. Die simple Leitlinie lautet „weniger ist mehr“. Falls in einem Unternehmen IPCs für unterschiedliche Maschinengrößen und Aufgaben eingeführt werden sollen, ist es vorteilhaft, die Zahl der ­Systemarchitekturen möglichst gering zu halten. Je mehr Anwendungen sich mit einem flexibel einsetzbaren System abdecken lassen, desto weniger Spezialwissen muss in der Ad­ministration geschult werden. Das kann in der Konsequenz bedeuten, dass ein 19-Zoll-System von vorneherein gesetzt ist, da Systemschrank sowie Verkabelung bereits vorhanden sind und für andere Aufgaben (mit) genutzt werden.

Von Vorteil für die Betriebs- und Einsatzkosten ist es weiterhin, wenn das Design der IPC-Architektur neben der flexiblen Erweiterbarkeit das Wartungs- beziehungsweise Ersatzteilmanagement vereinfacht. Der positive Effekt eines durchdachten Systemaufbaus lässt sich zum Beispiel bei Panel-PCs anhand des modularen Architekturprinzips beobachten. Anstelle des im Panel-PC-Segment üblichen All-in-One-Ansatzes sind die Hauptkomponenten Anzeige (Display) und die Systemeinheit (CPU) voneinander unabhängig und können individuell ausgetauscht werden. Das hat unter anderem den Vorteil, dass bei Erneuerung der PC-Einheit nicht auch noch die Installation eines Displays inklusive anfallender Zuschnitt- beziehungsweise Fräsarbeiten am Maschinengehäuse anfallen.

Als einer der Taktgeber des wirtschaftlichen Automatisierens muss der Industrie-PC dem Gebot der ­Wirtschaftlichkeit folgen. Über welche Eigenschaft ein System mit op­timalen Betriebs- und Kosteneigenschaften verfügen muss, lässt sich nicht ­pauschal beantworten.

Individuelle Bewertung

Mit Blick auf die konkreten Einsatzbedingungen, aber auch auf die vor­handene In­frastruktur, muss jeder Fall indi­viduell bewertet werden. Eine Bedarfsanalyse anhand der ­genannten fünf Kategorien gibt auf der Suche nach einem optimalen ­System eine Orientierung, führt jedoch nicht unbedingt zu einem ein­deutigen Ergebnis. Der Grund hierfür ist, dass sich die Lösungsoptionen einzelner Kriterien wechselseitig ­beeinflussen, mitunter sogar aus­schließen.

Der Vorschlag für ein maßgeschneidertes System hängt folglich ­immer ebenso von der Gewichtung der einzelnen Kategorien im konkreten Einzelfall ab. Es ist entscheidend, dass man die Suche nach dem optimalen IPC unvoreingenommen startet und – bei Bedarf mit externer Hilfe – die Leistung sowie Kostenstrukturen der in Frage kommenden Alternativen präzise kalkuliert und sorgfältig gegeneinander abwägt.

Autor: Eric Biank ist PRoduktmanager Embedded-Systeme bei Spectra