Встраиваемые компьютеры и где они обитают

Часто люди думают, что мы делаем исключительно промышленные компьютеры. Действительно, это самое известное направление, где мы занимаем более трети мирового рынка. Но кроме того, мы создаем решения для IoT, прикладных вычислений, медицины, умных городов, игровых автоматов, в основе которых лежат встраиваемые системы. В таком количестве отраслей мы смогли закрепиться во многом благодаря разнообразию базовых платформ и тому, что можем быстро их кастомизировать.

Если заказчик обращается к нам с техническим заданием, то в среднем через три месяца он получает компьютеры для тестирования в заказанном цвето-графическом исполнении и нужной аппаратной конфигурации. При этом отладку программного обеспечения заказчик начинает еще до получения — практически сразу после подбора, используя серийные компоненты. Доведение софта до ума может занимать от месяца до полугода. С нашим участием это время сильно сокращается. В итоге менее чем через полгода начинаются поставки серийных образцов.

Однако процесс может затянуться из-за сертификации. Для России эта тема особенно актуальна и связана с нюансами законодательства и политической ситуацией. Мы стремимся предотвращать эти задержки, сертифицируя наши платформы и модули по отдельности и предоставляя партнерам дополнительную документацию. Срок эксплуатации встраиваемых систем составляет в среднем 5–10 лет, а срок жизни может достигать 15–20 лет.

Если в процессе эксплуатации вдруг возникают проблемы, мы можем быстро найти их источник и устранить благодаря системе управления версий (VCS) . В ней сохраняется детальная информация о технических изменениях компонентной базы.

На основе своих промышленных компьютеров и дополнительного оборудования мы создаем не только уникальные кастомные решения, но и продукты, которые можно почти сразу встраивать в решения специфических отраслей. Их мы и демонстрировали на Computex. Начинаем экскурсию.

Все начинается вот с таких небольших маячков, которые соединяются с другими устройствами через Bluetooth LE 4.0 (LEO-T21). Маячки раздаются пациентам в больницах, рабочим на заводах — в общем, людям, чье местоположение нужно отслеживать в больших зданиях.

В дверных проемах или в разных зонах больших залов вешаются компактные маршрутизаторы, которые фиксируют перемещение маячка в ту или иную сторону. Связь с маячком устанавливается с точностью 2–3 метра на расстоянии примерно 20 м, если нет преград. Но если принять во внимание наличие стен в помещениях, мы рекомендуем при грубых расчетах исходить из 100 м² на один локатор. Дверные проемы — это стандартное место размещения, поскольку они позволяют привязать движения маячка к конкретным помещениям. Зону работы локатора можно расширить с помощью четырех дополнительных антенн, которые подключаются с тыльной стороны.

Местоположение маячков проецируется на редактируемом плане здания. Вся информация доступна через несложное веб-приложение — а значит, в систему мониторинга можно заходить с самых разных устройств. Кстати, каждый маячок пациента оснащен кнопкой тревоги, и если пациент ее нажимает, оповещение с локацией тут же приходит в веб-приложение. Если же сигнал тревоги на мониторах остался незамеченным, на мобильные телефоны персонала все равно придет оповещение с именем и местоположением носителя маячка.

Панели мониторинга можно организовать и рядом с маршрутизаторами. Для этого в них есть пара HDMI-выходов. Один из них даже поддерживает 4K — может пригодиться для очень больших зданий со сложной структурой.

Веб-приложение для мониторинга может быть использовано на разных устройствах, в том числе и на наших специализированных планшетах (например, медицинских AIM-58). Они соответствуют степени защищенности IP65 и выдерживают падение с высоты 1,2 м.

Ядро всей системы — это сервер или виртуальная машина, где, собственно, и установлена система наблюдения. В нашей инсталляции использовался Advantech USM-500 на основе процессоров Intel 8 поколения, с 4 слотами PCIe для интенсивной работы с видео.

Персоналу в больницах приходится постоянно записывать и держать в голове много информации о пациентах. Такая загрузка может привести к проблемам. Мы подумали, что большое количество рабочей информации можно вывести на дисплеи из электронной бумаги.

Всего мы разработали четыре типа таких панелей для различных сценариев: предоставление информации о пациенте через прикроватный терминал, о запасе лекарств — через теги на фармацевтическом складе, о запланированных и текущих встречах — через теги у переговорных комнат и, наконец, о пациентах и прописанных для них лекарствах — через теги на тележке медсестры. Это самые базовые сценарии в больнице, где хорошо впишутся дисплеи на электронных чернилах.

В одном из сценариев используются используются QR-коды, с помощью которых можно получить дополнительную информацию. По умолчанию для медсестер выводится только основная — это имя, пол пациента и номер ячейки с лекарствами. Кроме того, система не позволит открыть случайный бокс с лекарствами, который строго связан с учетной записью пациента. Все экраны на электронной бумаге работают без проводов. Заряда в аккумуляторах хватит на срок от 2 до 5 лет, в зависимости от размера экрана, при 10 обновлениях в сутки.

Информация на экраны поступает через хабы по стандарту связи Sub-1Ghz. Это наиболее подходящее решение для больниц и госпиталей — помещений с множеством стен и перегородок. С Sub-1Ghz мы не можем передавать данные так же быстро, как с другими стандартами связи. Но учитывая объемы информации на панелях, этого и не требуется. С другой стороны, у Sub-1Ghz наилучшие проникающие способности и, к тому же, он требует гораздо меньше энергии. Эти преимущества в нашем сценарии значительно важнее.

Информация на экранах обновляется через соединение с небольшими хабами, расставленными по объекту. Дальнобойность хаба на открытой местности — 100 м. Хабы соединяются со шлюзами, а те, в свою очередь, уже с серверами. Для работы с базами данных медучреждений система имеет API/SDK. Есть и удобный инструмент для управления инфраструктурой тегов, а также для редактирования информации на них — утилита ePaper Manager.

Помимо медучреждений, мы создали инфраструктуру e-ink экранов для других отраслей. Там обычно нужны экраны крупнее, так что у нас дополнительно есть конфигурации четырех размеров. Если брать всю линейку e-ink модулей Advantech, у нас есть монохромные модели, а также трехцветные, где добавляется красный цвет.

Здесь для связи используются уже другие технологии и протоколы — Wi-Fi, NB-IoT, LTE. А инфраструктура примерно такая же, как в госпиталях. Экраны соединяются со специальными маршрутизаторами, а те с помощью протокола MQTT — с сервером Advantech, через который можно всем управлять. Взаимодействие с основной IT-инфраструктурой происходит с использованием архитектурного стиля REST и RESTful API для веб-служб.

Совместно с Intel мы разработали решение для видеоаналитики — будет интересно ритейлу и организаторам различным мероприятий.

Информация для обработки собирается с трех камер. Поток с первой используется для подсчета людей, проходящих мимо нужной зоны мониторинга. С помощью второй камеры смотрим, сколько людей зашло, и строим «тепловую карту» помещения, чтобы увидеть, где люди задерживаются на большее время. Третья камера нацелена на распознавание лиц. Если она распознает лицо ценного посетителя, то соответствующее оповещение будет отправлено персоналу магазина.

Все данные собираются и анализируются в облаке. В ответ пользователи получают разнообразные отчеты, которые помогут улучшить работу магазина. Систему можно поднять не только в публичном, но и в частном облаке.

Готовые продукты, описанные выше, несут под капотом те или иные встраиваемые решения Advantech. Чтобы с ними было удобней взаимодействовать, мы создали платформу WISE-PaaS.

Например, единая платформа Wise-PaaS/DeviceON используется для мониторинга и управления устройствами, причем не только нашими. Также через нее возможно обновление устройств по воздуху.

Системы на модуле (COM, computer on module) содержат процессор, оперативную память, а также ряд ключевых контроллеров. Заказчики устанавливают модули на целевые платы собственной или заказной разработки. Главное преимущество такого подхода в том, что при сокращении TTM для заказчика сохраняется гибкость: 80% решения он быстро получает в готовом виде, а со своей частью может экспериментировать, как вздумается. Кроме того, снижается стоимость апгрейда: достаточно поменять лишь систему на модуле, а не всю плату целиком. Наконец, если заказчик не может выносить какие-то технологии наружу, то с системами на модуле он может организовать циклы поверхностного монтажа и сборки у себя.

Наша линейка систем на модуле включает решения разных уровней, разных форматов, причем не только на Intel, но и на AMD — для требовательных к графике сценариев. Выпускаются они в разных форм-факторах — COM Express (Basic, Compact, Mini), Qseven и SMARC 2.0.

Системы на модуле имеют обширное применение. В медицине их ценят за эффективное охлаждение и прозрачный BOM-менеджмент — четкость и полноту спецификации. В производстве и промышленности — за быструю загрузку, компактное размещение оперативной и постоянной памяти. В отрасли связи — за производительность — у нас поддерживаются процессоры до 16 ядер при объеме RAM до 128 ГБ. Наконец, в оборонной промышленности — за долговечность, VCS (систему управления версиями), а также возможность работы в экстремальных условиях.

Список наших систем на модуле со всеми спецификациями можно посмотреть на сайте, а мы отдельно упомянем модель SOM-3657. Как-то к нам пришел заказчик с задачей установки смарт-камеры на скоростном шоссе в Италии. Одна проблема заключалась в том, что нужна была возможность запуска Linux и Windows 7 — представьте себе, «семерку» и даже Windows XP Embedded все еще можно приобрести у нас. Эту проблему мы решили. Кроме того, система должна была работать в расширенном температурном диапазоне — ведь ей предстояло круглые сутки находиться под палящим солнцем. Здесь мы тоже помогли — для SOM-3657 доступен высокий радиатор, поднимающий верхний порог рабочей температуры до 85℃. В другом кейсе мы поставили SOM-3657 на завод в инжекционную машину — она прошла требовательные тесты на вибрационную устойчивость. Для достижения необходимого уровня надежности мы в том числе утолщаем печатную плату, иногда даже в несколько раз.

Следующий уровень — одноплатные компьютеры и модули расширения. Здесь мы развиваемся в двух направлениях. Первое — это повышение выносливости и надежности: помимо сменной, мы активно используем уже распаянную на плате память. Кроме того, у нас много решений на процессорах Atom, которые выдерживают температурный режим от −40℃ до +85℃ без активного охлаждения. Такие сценарии встречаются нередко: когда одновременно и очень жарко, и требования к вибрационной чувствительности высоки. Второе направление — это повышение производительности. В наших одноплатных компьютерах могут использоваться процессоры до 16 ядер и до 128 ГБ памяти DDR4-2666.

С помощью вот этого одноплатного компьютера MIO-2263 и модуля MIOe-120 мы сделали аппаратную начинку для роботизированной руки на фабрике. С такой комбинацией была компактно реализована поддержка EtherCAT, дистанционного управления подвеской, WAN. В PCIe порт модуля установили плату контроля движений.

Здесь мы отвечаем за все целиком и поставляем заказчику готовые коробки, например вот такие:

Это представитель нашей высокопроизводительной серии ARK-3500. На схеме ниже можно быстро оценить все наши линейки, от представленной выше до ультракомпактного ARK-1100:

С нашими встраиваемыми компьютерами тоже связано много успешных кейсов. Они становились основой систем автоматизированного видеомониторинга на производствах, различных IoT-архитектур, систем видеонаблюдения для машин скорой помощи и не только.

В рамках одного материала сложно полностью охватить и наши новинки на Computex, и особенности наших устройств, и показательные кейсы. Поэтому если вам интересно узнать о чем-нибудь подробнее, ждем вопросы в комментариях. Теперь, как и обещали, — немного о нашем производстве.

Наше основные мощности, складские и производственные, сосредоточены в большом комплексе в районе Линкоу в Новом Тайбэе. Помимо этого, часть производства находится в районе Нэйху в Тайбэе. Мы называем этот завод по ближайшей станции метро — Дунху. Там размещается наше производство промышленных дисплеев.

Все исходные компоненты для производства поставляются на склад, где сотрудники их проверяют.

Вот, например, стенд для тестирования шлейфов:

Для сотрудников склада на экраны выводятся инструкции, напоминания и уведомления. Вот, например, общая инструкция проверки входящих компонентов:

Чтобы быстрее обрабатывать поток исходных компонентов, сотрудники используют мобильные рабочие станции с принтером и сканером:

Поднимаемся на второй этаж — здесь уже развернуто производство. Перед входом в цех нужно просканировать не только пропуск, но и обувь. Она должна быть на резиновой подошве — в ящиках рядом есть сменные шлепанцы.

Рядом со входом в изолированной, «стерильной» комнате на экраны наклеивают защитные стекла. Там же есть оборудование для нанесения поляризационной пленки, тестирования LCD-панелей, автоматизированного крепления кристаллов к печатным платам и др.

Большую часть помещения занимают сборочные конвейеры и металлические паллеты с деталями. На мониторах перед рабочими открыты схемы, утилиты тестирования и инструкции, которые помогают в рутинных операциях. Некоторые инструменты на рабочих местах подвешиваются, чтобы сотрудникам не приходилось постоянно держать их в руках или искать место, куда их положить.

Также над рабочими местами установлены сигнальные лампы. Если сборщик выполняет свой набор операций сверх установленного лимита времени, индикатор загорается — это показывает, что на этот этап работы нужно обратить внимание.

Заключительный этап — проверка оборудования согласно карте запланированных тестов. Вот вибростенд, занятый только что собранным моноблоком:

С помощью системы ниже вручную проверяют безопасность и надежность соединений кабелей. Проверяющий должен быть заземлен.

Для тестирования на водонепроницаемость используется аппарат, который нагнетает и считывает давление внутри устройств.

В еще одной изолированной комнате готовые устройства проверяют на работу в экстремальных температурных режимах. В камере на фото внизу температура достигает 44℃:

После всех проверок устройства упаковывают. Вот так выглядит машина, которая автоматически обклеивает коробки скотчем:

Каждую коробку после упаковки взвешивают. Если отклонение по массе превышает допустимую величину — скорее всего, мы имеем дело с браком, и коробка возвращается на досмотр. К примеру, допустимое отклонение для одной из моделей моноблоков с сенсорным экраном составляет 0,5% от массы.

А это — отдел контроля качества методом случайной выборки. Мы берем одну коробку из объема и тщательно тестируем ее содержимое. На случай, если что-то идет не так, рядом у нас находится примерно такой же отдел ремонта. На практике туда попадает всего 0,05% продукции.

Если вам интересно узнать подробнее о работе Advantech, наших одноплатных компьютерах, системах на модуле, медицинских и прочих решениях, мы будем рады ответить на ваши вопросы в комментариях.