Älykkyyttä verkon reunalle.

Tarkoitukseen suunnitellut sulautetut ratkaisut vaativiin teollisiin ympäristöihin

Teollisuuselektroniikka on aina rakentunut sulautettujen järjestelmien varaan. Samalla sulautetun laitteiston ja ohjelmiston vaadittu kehitystahti on kiihtynyt merkittävästi. Siinä missä mekaaniset järjestelmät voivat pysyä käytössä vuosikymmeniä, niitä ohjaavan, valvovan ja yhdistävän sulautetun älykkyyden on vastattava nopeasti muuttuviin vaatimuksiin. Näitä ovat esimerkiksi tiukemmat reaaliaikaisen suorituskyvyn vaatimukset, kasvavat kyberturvallisuusriskit, pilvipalveluiden ja tekoälypohjaisen analytiikan integrointi sekä jatkuva paine tuottaa enemmän operatiivista arvoa olemassa olevasta infrastruktuurista.

Incapin sulautettujen järjestelmien ja teollisen IoT:n osaaminen vastaa tähän tarpeeseen. Incap kehittää teollisuuden asiakkaille tarkoitukseen suunniteltuja sulautettuja ratkaisuja ja IIoT-ekosysteemejä silloin, kun valmiit alustaratkaisut eivät riitä. Yli 50 sulautettujen järjestelmien kehittäjän, laiteohjelmistosuunnittelijan ja IoT-asiantuntijan tiimi työskentelee asiakkaiden kanssa ensimmäisestä konseptikeskustelusta sarjatuotantoon ja pitkäaikaiseen elinkaaritukeen asti. Tuloksena syntyy teknisesti suorituskykyisiä, valmistettavia ja ylläpidettäviä ratkaisuja, jotka kestävät vaativissa teollisuusympäristöissä.

Competences - Embedded Systems and Industrial IoT

Teollisuusasiakkaiden vaatimukset sulautetuille järjestelmille

Useimmilla teollisuussovelluksilla on vaatimuksia, joita tavalliset tietokonealustat ja kuluttajakäyttöön suunnitellut sulautetut laitteistot eivät pysty luotettavasti täyttämään. Tuotteiden elinkaaret ovat pitkiä ja niitä mitataan vuosissa tai jopa vuosikymmenissä tuotesukupolvien sijaan. Laitteistojen on kestettävä tärinää, äärimmäisiä lämpötiloja, pölyä ja kosteutta, tarjottava reaaliaikainen deterministinen toiminta prosessi- ja turvallisuuslogiikassa sekä integroiduttava monimuotoiseen ympäristöön, joka koostuu vanhoista järjestelmistä, protokollista ja tietolähteistä.

Kun tähän lisätään kasvava tarve IIoT-yhteyksille eli kenttälaitteiden yhdistämiselle reunayhdyskäytäviin, tehdastason järjestelmiin ja pilvipalveluihin, syntyy suunnitteluhaaste, jonka ratkaiseminen edellyttää sekä sulautettujen järjestelmien että teollisten sovellusten tuntemusta.

Incapin sulautettujen järjestelmien tiimeillä on osaamista molemmista. Incap kehittää räätälöityjä ratkaisuja, jotka voidaan integroida uusiin tai olemassa oleviin IIoT-ympäristöihin, suunnittelee kestäviä ratkaisuja vaativiin käyttöolosuhteisiin ja tukee pitkän aikavälin saatavuutta tekoälyavusteisen toimitusketjun hallinnan avulla. Nämä muodostavat Incapin sulautettujen järjestelmien tarjonnan ytimen.

Ratkaisut

  • Anturi- ja liitäntäintegraatio

  • Viestintäarkkitehtuuri ja protokollien hallinta

  • Datan keruu ja tallennus sekä järjestelmätason tietovirrat

  • Reunakäsittely ja laitetason älykkyys

  • Sulautettu ohjaus verkkoon kytkettyihin tuotteisiin

  • Integraatio pilviympäristöihin tai paikallisiin ympäristöihin

  • Visualisointi ja sovellustason käyttöliittymät

Sulautettujen järjestelmien kehitys

Räätälöityä laitteistoa ja ohjelmistoa teollisiin sovelluksiin

Incap kehittää sulautettuja järjestelmiä alusta alkaen asiakkaan sovellusvaatimusten mukaisesti. Ratkaisut voivat sisältää räätälöityjä laitteistoalustoja, laiteohjelmistoja, sulautettuja käyttöjärjestelmiä ja sovellusohjelmistoja. Ne suunnitellaan tarkoitukseen sopiviksi sen sijaan, että ne mukautettaisiin yleisestä referenssisuunnitelmasta.

Kehitys alkaa vaatimusten ja toteutettavuuden yksityiskohtaisella arvioinnilla. Arvioinnissa määritellään esimerkiksi sopiva prosessointiarkkitehtuuri, sovelluksen tarvitsemat yhteydet, laitteiston käyttöolosuhteet, sovellettavat sääntelystandardit sekä keskeisten komponenttivalintojen vaikutukset elinkaareen ja toimitusketjuun. Alkuvaiheen ratkaisut vaikuttavat paitsi tuotteen toimivuuteen laboratoriossa myös siihen, voidaanko tuotetta valmistaa, tukea ja ylläpitää sarjatuotannossa koko suunnitellun käyttöiän ajan.

Tämän pohjalta Incapin insinöörit kehittävät esimerkiksi seuraavia kokonaisuuksia:

Sulautetut laitteistoalustat

kattaen mikrokontrolleri- ja prosessoripohjaiset ratkaisut 8-, 16- ja 32-bittisille arkkitehtuureille, kuten STM:n, Texas Instrumentsin, Renesasin ja Microchipin alustoille. Osaaminen kattaa myös FPGA-pohjaiset ratkaisut nopean tai rinnakkaisen prosessoinnin tarpeisiin, räätälöidyn piirilevysuunnittelun ja -asettelun, virtalähdesuunnittelun ja tehoelektroniikan, anturi-integraation sekä viestintäliitäntöjen suunnittelun. Tuettuja teollisia protokollia ovat esimerkiksi GPIO, LAN, CAN, WiFi, 2G/3G/4G/5G, Industrial Ethernet, Single Pair Ethernet (SPE), kenttäväylät ja OPC-UA.

Sulautettu ohjelmisto ja laiteohjelmisto

mukaan lukien bare metal- ja RTOS-pohjainen laiteohjelmistokehitys, kuten FreeRTOS- ja Zephyr-ratkaisut, BSP-kehitys, sulautetut Linux-jakelut, kuten Yocto-pohjaiset ja vakiojakelut, ajurikehitys sekä sovelluskerroksen ohjelmisto, joka muuttaa laitteiston toimivaksi teolliseksi tuotteeksi.

IoT-ekosysteemin integraatio

yhdistää sulautetun laitteiston pilvipalveluihin, ERP-järjestelmiin ja tehdastason tietoinfrastruktuuriin. Se kattaa datan keruun ja tallennuksen, protokollamuunnokset, pilvialustojen integraation sekä reunalaskennan arkkitehtuurin, jossa määritetään, mitä tietoa käsitellään paikallisesti ja mitä siirretään ylävirtaan.

Teollinen IoT — älykkyys osaksi toimintoja

Eristetyistä laitteista yhdistettyyn teolliseen ekosysteemiin

IoT-yhteydet voivat tehdä teollisista tuotantoprosesseista älykkäämpiä, joustavampia ja kustannustehokkaampia — mutta vain silloin, kun yhteydet suunnitellaan tarkoituksenmukaisesti eikä lisätä järjestelmään jälkikäteen. Incapin IIoT-kehitystyö keskittyy koneiden, järjestelmien ja datan tarkoituksenmukaiseen yhdistämiseen. Se luo mahdollisuuksia kerätä ja analysoida operatiivista tietoa sekä tehdä päätöksiä ja toimia sen pohjalta tavoilla, jotka tuottavat todellista kilpailuetua.

Teollinen IoT muuttaa IT- ja OT-ympäristöjä nopeasti. Teknologiat, kuten Industrial Ethernet, Single Pair Ethernet (SPE), tekoälypohjainen data-analytiikka, pilvi- ja reunalaskenta sekä digitaalisten kaksosten arkkitehtuurit, avaavat valmistusyrityksille uusia mahdollisuuksia parantaa prosessien tehokkuutta, joustavuutta ja kilpailukykyä. Incapin IIoT-kehitysosaaminen auttaa asiakkaita tunnistamaan ja hyödyntämään näitä mahdollisuuksia ensimmäisestä työpajasta aina käyttöönotettuun ja toimivaan järjestelmään asti.

Kestävän IIoT-ekosysteemin kuusi osaa

Hyvin suunniteltu IIoT-ratkaisu ei ole yksittäinen laite tai ohjelmistoalusta, vaan integroitu ekosysteemi. Siinä laitteisto, yhteydet, tietojenkäsittely ja sovelluskerrokset muodostavat kokonaisuuden, jonka jokainen osa tukee muita. Incap jäsentää IIoT-kehityksen kuuteen keskeiseen osa-alueeseen:

Tunnistus ja tiedonkeruu

Tiedonkeruun kerros koostuu antureista, kameroista, tiedonkeruulaitteista ja viestintäliitännöistä, jotka keräävät operatiivista tietoa suoraan lähteestä. Anturien valinta, integrointi ja kalibrointi ovat osa sulautetun laitteiston kokonaisuutta.

Viestintäkanavat

Yhteyskerros kattaa langallisen ja langattoman viestinnän, kuten GPIO:n, LAN:n, CAN:n, WiFin, 2G–5G-yhteydet, Industrial Ethernetin, SPE:n, kenttäväyläteknologiat sekä protokollayhteensopivuuden olemassa olevan tehdasinfrastruktuurin kanssa.

Reunalaskenta

Reunalaskennassa tietoa käsitellään paikallisesti verkon reunalla. Tämä vähentää aikakriittisten toimintojen viivettä, suodattaa tietomääriä ennen pilveen siirtämistä ja mahdollistaa laitteiden autonomisen toiminnan ilman riippuvuutta keskitetystä pilviyhteydestä. Älykkäät reuna-alustat perustuvat mikrokontrollereihin ja yhden piirilevyn tietokoneisiin.

Pilvi-integraatio

Yhteys pilvialustoihin, kuten Azure IoT, AWS IoT, WISE-PaaS/EnSaaS ja asiakaskohtaiset alustat. Incapin tiimit tukevat teollisten pilviyhteyksien XaaS-mallin valinnassa, integraatioarkkitehtuurin suunnittelussa sekä operatiivisten turvallisuusnäkökohtien huomioinnissa.

Tiedonhallinta

Tiedonhallinta kattaa järjestelmän tuottaman datan käsittelyn, tallentamisen ja tulkinnan. Se sisältää reaaliaikaiset näkymät, historiallisen trendianalyysin, digitaalisten kaksosten toteutukset sekä yhä useammin tekoälytuetun analytiikan, joka muuntaa raakaa operatiivista dataa toiminnalliseksi prosessianalytiikaksi.

Sovellukset ja visualisointi

Käyttöliittymät, joiden kautta käyttäjät, insinöörit ja johto ovat vuorovaikutuksessa IIoT-järjestelmän kanssa. Incap kehittää sovelluksia työpöytä-, verkko- ja mobiilialustoille sekä ERP-integraatiota (XML/API-pohjainen) ja MES-järjestelmäintegraatioita.

Sulautetut alustat ja SBC-ratkaisut

Olemassa olevien järjestelmien päivittäminen IIoT-valmiiksi ilman laitevaihtoa

Yksi teollisen IoT:n merkittävimmistä mahdollisuuksista liittyy olemassa olevien asennettujen laitteiden modernisointiin — alueeseen, jota ei vielä hyödynnetä täysimääräisesti. Teollisuuskoneilla ja ohjausjärjestelmillä on pitkä käyttöikä, ja niiden mekaaniset sekä sähkömekaaniset komponentit ovat usein edelleen täysin käyttökelpoisia. Sen sijaan niitä ohjaava sulautettu elektroniikka — prosessorit, viestintäliitännät ja ohjelmisto — ei aina enää vastaa nykypäivän vaatimuksia liitettävyyden, turvallisuuden ja datan saavutettavuuden osalta.

Koko järjestelmän vaihtaminen on kallista ja voi aiheuttaa merkittäviä toimintahäiriöitä. Säännellyillä toimialoilla se voi myös käynnistää pitkän uudelleenhyväksymisprosessin. Incapin sulautettuihin alustoihin ja SBC-ratkaisuihin perustuva lähestymistapa tarjoaa vaihtoehdon: sulautettu laitteisto ja ohjelmisto modernisoidaan kohdennetusti, mutta mekaaninen järjestelmä säilytetään ennallaan. Näin valmius voidaan saavuttaa huomattavasti pienemmin kustannuksin ja vähemmällä työllä kuin vaihtamalla koko järjestelmä.

SBC-pohjainen lähestymistapa — esikonfiguroitu ja helposti mukautettava

Incapilla on erikoisosaamista Single-Board Computer (SBC) -pohjaisista sulautetuista alustoista juuri tällaisiin modernisointitarpeisiin. Esikonfiguroidut SBC-kehitysalustat tarjoavat testatun ja kustannustehokkaan perustan nopeaan ja joustavaan mukautukseen erilaisiin teollisiin ympäristöihin. Niiden avulla IIoT-yhteys voidaan lisätä olemassa oleviin järjestelmiin vähäisellä muutostarpeella ja useimmissa tapauksissa ilman pitkiä sääntelyyn liittyviä uudelleenhyväksyntöjä.

Keskeinen periaate on reunalaskenta: kun tietojenkäsittely siirretään IIoT-verkon päätepisteisiin — antureihin, toimilaitteisiin, yhdyskäytäviin — älykkyys sijoitetaan sinne, missä data syntyy. Tämä vähentää kaistanleveyteen, viiveeseen ja turvallisuuteen liittyviä riskejä, joita syntyy, kun kaikki data reititetään keskitetyn järjestelmän kautta. Samalla se mahdollistaa reaaliaikaisen paikallisen käsittelyn sekä vain olennaisen datan siirtämisen pilvi- tai tehdastason järjestelmiin.

Ratkaisut

  • Virransyöttö 12 V:n kautta (UPS-ominaisuudella)

  • Viestintäarkkitehtuuri ja protokollien hallinta

  • Datan keruu ja tallennus sekä järjestelmätason tietovirrat

  • Reunakäsittely ja laitetason älykkyys

  • Sulautettu ohjaus verkkoon kytkettyihin tuotteisiin

  • Integraatio pilviympäristöihin tai paikallisiin ympäristöihin

  • Visualisointi ja sovellustason käyttöliittymät

IIoT-jälkiasennuksen käytännön hyödyt

Kun olemassa oleva ohjausjärjestelmä varustetaan Incapin IIoT-moduulilla, se voi tyypillisesti alkaa tuottaa prosessi- ja konetietoa, jota ei aiemmin ollut saatavilla. Dataa voidaan ohjata analytiikkaratkaisuihin, pilvipalveluihin tai MES-järjestelmiin, joissa se jalostuu reaaliaikaiseksi tilannekuvaksi toiminnasta.

Hyödyt ovat konkreettisia: ennakoiva kunnossapito vähentää koneiden seisokkiaikaa, datalähtöinen optimointi parantaa energiatehokkuutta ja todellinen operatiivinen data auttaa kehittämään liiketoimintaa pelkkien insinööriarvioiden sijaan.

Keskeistä on, että jälkiasennus ei yleensä vaadi pitkiä hyväksymismenettelyjä. Tämä on merkittävä etu säännellyillä toimialoilla, kuten lääketieteellisessä teknologiassa, rautatie- tai energia-alalla, joissa koko järjestelmän vaihtaminen voi käynnistää laajan uudelleenhyväksynnän. Hyvin toteutettu IIoT-jälkiasennus voi maksaa itsensä takaisin lyhyessäkin ajassa, usein ilman merkittäviä uusia laitehankintoja.

IoT-työpajat — yhteisen perustan rakentaminen

Incap tarjoaa jäsenneltyjä IoT-työpajoja asiakkaille, jotka ovat IIoT-kehityksensä alkuvaiheessa. Johdolle, projektipäälliköille ja kehitystiimeille suunnatut työpajat tarjoavat käytännönläheisen johdatuksen IIoT-konsepteihin, arkkitehtuuriratkaisuihin ja toteutusvaihtoehtoihin.

Työpajat rakentuvat 4OR-periaatteen ympärille: Storming, Forming, Norming, Producing. Työpajat kattavat koko tuotannon muutokseen liittyvien aiheiden kirjon laitteistosta ja anturiteknologiasta liitettävyyteen, reunalaskentaan ja pilvialustoihin, sovelluskehitykseen ja digitaalisten kaksosten visualisointiin. Kaikki osallistujat saavat koulutustodistuksen ja työpajamateriaalit sisäiseen käyttöön.

Aiheet

  • Yleiskatsaus IIoT-toiminnallisuuksiin ja arkkitehtuurimalleihin

  • Laitteiston valinta ja anturiteknologia

  • Liitettävyys ja viestintäteknologia (langallinen, langaton, kenttäväylä)

  • Reunalaskenta — arkkitehtuuri, käyttötapaukset ja suunnitteluperiaatteet

  • Platform as a Service / Software as a Service -mallien vertailu

  • Sovellukset, visualisointi ja digitaalisten kaksosten konseptit

  • Turvallisuusnäkökohdat teollisessa IoT:ssä

Sectors we serve