الجمع بين الأجهزة والبرمجيات والخبرة معاً

مع التوسع المستمر في التطبيقات أصبحت الحزمة المتكاملة من الأجهزة، والبرمجيات، والخبرة عاملًا حاسمًا في نجاح هذه التطبيقات على المدى الطويل. خيث تعتمد تطبيقات إنترنت الأشياء الحديثة على أجهزة قوية وقابلة للانتشار، إضافة إلى معايير اتصالات متطورة مثل 5G وTSN .

أدى تلاشي الفاصل بين شبكات الأتمتة التقليدية وإنترنت البيانات إلى تحوّل ثوري، حيث اندمجت أنظمة التحكم، الاستشعار، الكاميرات، التحليلات، والتشغيل عن بعد لتشكّل منظومة تُسمى بإنترنت الأشياء (IoT) . حيث أصبحت تنتشر هذه المنظومة في مختلف القطاعات وتُنتج باستمرار تطبيقات و استخدامات جديدة في وقتنا الحالي.

بحسب مؤسسة  IDC، من المتوقع أن يتضاعف عدد أجهزة إنترنت الأشياء من 20.4 مليار جهاز في عام 2020 إلى 75 مليار جهاز بحلول 2025، مع نمو حجم السوق من 1.8 إلى 3 تريليون دولار أمريكي، بمعدل نمو سنوي يبلغ 11% ، ومن المتوقع أن يستمر هذا الاتجاه في السنوات القادمة.

تضاعف أهمية البرمجيات

تُسهم أنظمة الفحص المعتمدة على الذكاء الاصطناعي في ضمان جودة عمليات الإنتاج وأداء المركبات والأنظمة الصناعية. ونشهد اليوم انتشار مراكز التحكم الرقمية  ضمن واجهات التشغيل الصناعية (HMIs)، إلى جانب استخدامها في محطات المعلومات داخل البنوك والمطارات ومحطات القطارات، فضلاً عن تطبيقات الوسائط المتعددة في وسائل النقل مثل القطارات والسفن والطائرات.

في هذا السياق، طوّرت شركة Kontron مجموعة أدوات متكاملة باسم "susietec"  تجمع بين حلول العتاد والبرمجيات والخدمات، ما يُتيح دمج التطبيقات الجديدة بسرعة وكفاءة. ولهذا السبب، يجب أن تصبح التكنولوجيا المستخدمة أكثر قوة وذكاءً وشمولية من أي وقت مضى.

الإدارة الذكية لأساطيل الأجهزة

توفر منصة ”K-Port“ ضمن مجموعة أدوات ” susietec“ حلاً متكاملاً لإدارة وتشغيل وصيانة أجهزة إنترنت الأشياء المادية والافتراضية بطريقة مستقلة عن الشركة المصنعة. كما تشمل المنصة كذلك إدارة أنظمة التشغيل والتطبيقات، بما في ذلك تلك التي تعمل ضمن حاويات Docker، ويمكن دمجها بسهولة في تطبيقات العملاء من خلال واجهات برمجة التطبيقات (APIs). كما تتيح أدوات مدمجة لإدارة الأجهزة عن بعد، وتشخيص الأعطال، وتفعيل التنبيهات في الوقت الفعلي، وذلك تحت اسم "Remoting".

من جهة أخرى، توفر بوابة "EquipmentCloud" لمصنّعي الآلات والبُنى التحتية الصناعية إمكانية الوصول إلى بيانات أجهزتهم من خلال منصة موحدة تعمل عبر تطبيقات مختلفة. هذه البوابة تُسهّل عمليات الإدارة والتحديث، وتُقلل من أوقات التوقف من خلال تسريع الوصول إلى المعلومات الضرورية. كما تُمكن من الحفاظ على توحيد إصدارات البرمجيات ضمن أساطيل الأجهزة وتحديثها بشكل مركزي، ما يُمكّن من تطبيق نماذج متقدمة لخدمات ما بعد البيع، مثل الصيانة الاستباقية.

بفضل القوى العاملة من سوسيتيك يُسمح لنا القيام بالإدارة وتخطيط نشر فرق الخدمة. حيث تتوفر جميع المعلومات ذات الصلة على كل من الأجهزة الطرفية المحمولة والثابتة، بغض النظر عن الموقع.  أما بالنسبة للمهام التي لا تتطلب بنية سحابية أو التي تقتصر على تطبيقات جزئية، يمكن الاستعانة بمنصة FabEagle المحلية، التي تشمل وحدات متعددة مثل أنظمة التنفيذ الصناعي (MES)، المراقبة، أو وحدات الحوسبة الرئيسية.

أحد العناصر الرئيسية لتطبيقات إنترنت الأشياء هو الربط الوثيق بين توليد البيانات ومعالجتها وتوفيرها. يتم استخدام العديد من تنسيقات البيانات وبروتوكولات الاتصال المختلفة هنا، على سبيل المثال:

• لتشمل الاستعلام عن بيانات المستشعرات والقياس عن بُعد
• حفظ المعلومات في قواعد البيانات
• الاتصال بين أنظمة التحكم وأنظمة تخطيط موارد المؤسسات (ERP)، وأنظمة تخطيط موارد المؤسسات (MES) وأنظمة التحكم الإشرافي والحصول على البيانات (SCADA)
• بالإضافة إلى تحليل البيانات في البيئات السحابية.

تضمن أداة FabEagleConnect، اتصالاً سلساً من طرف إلى طرف مع مرونة عالية في التشغيل البيني، مما يعفي المطورين من عبء إنشاء واجهات مخصصة أو تنفيذ عمليات تحويل معقدة للبيانات.

التكامل بين البرامج والأجهزة

تأتي أجهزة Kontron IoT في مجموعة سوسيتيك مزودة بنظام التشغيل SecureOS، وهو نظام تشغيل لينكس الذي يقوم مطورو Kontron بتخصيصه لكل جهاز. ونقطة البداية هي بنية Yocto، التي تسمح بالتحكم الكامل في جميع المكونات والمكتبات المستخدمة، وبالتالي تتيح عملية تحديث دقيقة وإدارة مفصلة للتصحيح. يوفر نظام SecureOS الأمان ليس فقط على جانب الأجهزة، ولكن أيضاً على قنوات الاتصال، وهو أمر ضروري للتحديثات الآمنة عبر الأثير. وبذلك تقدم Kontron مساهمة مهمة للتغلب على تحدٍ كبير في سوق إنترنت الأشياء. كما تم تحسين الأجهزة أيضاً من أجل برنامج الأتمتة المفتوح K-SYS ”Codesys inside“.

تعمل كونترون باستمرار على تطوير مكونات سوسيتيك. وهذا يتضمن خبرتها الخاصة، على سبيل المثال من الإنتاج في موقع أوغسبورغ. هنا، يتم استخدام أنظمة الرؤية القائمة على الذكاء الاصطناعي مع ست كاميرات IP لمراقبة الجودة. يُستخدم الذكاء الاصطناعي أيضاً في تطبيق ”Edge

توسيع نطاق الأداء

يعتمد التوسع المتسارع في تطبيقات إنترنت الأشياء (IoT) وإنترنت الأشياء الصناعي (IIoT) على منظومة واسعة من الأجهزة المدمجة المتقدمة. ومن خلال أحدث جيل من اللوحات الأم Mini-ITX وµATX  وATX، المزودة بمعالجات Intel Core من الجيل الثاني عشر من معالجات Intel من الجيل الثاني عشر (المعروف سابقاً باسم Alder Lake-S)، تواصل Kontron دفع حدود الأداء في عوامل الشكل هذه. وستتبعها وحدة C بحجم العميل COM-HPC مع المعالج قريباً. وتتيح البنية الهجينة مع ما يصل إلى 16 نواة ذات أداء وفعالية و24 خيطاً بقدرة 35 إلى 65 واط على شريحة واحدة، بالإضافة إلى ”مدير الخيط“ من Intel، زيادة الأداء الفردي والمتعدد الخيوط مقارنة بالجيل السابق. إنها أول سلسلة معالجات حاسوبية أساسية لسطح المكتب مزودة بإمكانية العمل في الوقت الحقيقي، وشبكة جيجابت إيثرنت (GbE) وشبكة 2.5 جيجابت، بالإضافة إلى قدرات الشبكة الحساسة للوقت (TSN). تستفيد تطبيقات إنترنت الأشياء من ذلك لمهام الحوسبة عالية الأداء واستخدام الذكاء الاصطناعي، على سبيل المثال في القطاعات الصناعية والطبية والأكشاك/التجزئة والتذاكر/المبيعات والمقامرة والترفيه..

هذا التطور يعزز أداء الحوسبة عالية الكفاءة وتطبيقات الذكاء الاصطناعي في معالجات Intel Xeon D-1700 و D-2700 الجديدة (المعروفة سابقاً باسم Ice Lake-D) مناسبة بشكل مثالي لتطبيقات الحوسبة والاتصالات المتطلبة على الحافة.

تعد وحدة خادم COM-HPC بحجم D (160 مم × 160 مم) ”COMh-sdID“ قابلة للتوسعة من 4 إلى 20 نواة، مع تصميم ملائم للظروف الصناعية الشاقة، وتوفر 48 خط PCIe ودعم إيثرنت بسرعة تصل إلى 100 جيجابت/ثانية، ما يجعلها مثالية للبُنى الشبكية ذات الإنتاجية العالية. مع 48 ممر PCIe (32 ممر PCIe Gen4 بالإضافة إلى 16 ممر PCIe Gen3) وواجهتي LAN رباعية تدعم ما يصل إلى 100 جيجابت/ثانية من الإيثرنت، تعتبر الوحدة منصة مثالية لمعدلات إنتاجية عالية للبيانات في هياكل الإدخال/الإخراج والشبكات المتطلبة.

تعتمد وحدة COM Express Basic Type 7 من النوع 7 ”COMe-bID7“ على عائلة معالجات Intel Xeon D-1700 مع 4 إلى 10 أنوية. وتحتوي على ما يصل إلى أربعة مآخذ SO-DIMM بحد أقصى 128 جيجابايت من الذاكرة، واختيارياً مع محرك أقراص NVMe SSD ملحوم على NVMe بسعة تخزين تصل إلى 1 تيرابايت. تعتمد توصيلات الشبكة والإدخال/الإخراج على 16 ممر PCIe Gen4 بالإضافة إلى 16 ممر PCIe Gen3 وأربع واجهات 10GBASE-KR.

تتميز كلتا الوحدتين بوجود مشتقات تدعم قدرات العمل في الوقت الحقيقي، وذلك من خلال تقنيات مثل الكمون المنخفض والحتمية باستخدام الحوسبة المنسقة زمنياً (Time-Sensitive Networking - TSN)، بالإضافة إلى دعم تقنية Intel  QuickAssist التي تساهم في تسريع عمليات التشفير وفك التشفير وضغط البيانات. كما تدعم الوحدات أيضًا تسريع عمليات الذكاء الاصطناعي بفضل تقنية AVX-512 من إنتل، التي توفر أداءً عاليًا في معالجة البيانات المعقدة مثل أنظمة الاختبار والقياس والروبوتات الصناعية والحوسبة متعددة الحواف بالاضافة إلى شبكات الاتصال الحديثة من الجيل (5G RAN).

تتوفر وحدة قابلة للحام مباشرة مزوّدة بمعالج i.MX8M Mini  من شركة NXP Semiconductors، وتعتمد على عامل الشكل القياسي المفتوح الجديد للوحدات صغيرة الحجم (S-Size)، والذي يبلغ مقاسه 30 × 30 مم فقط. وتُستخدم هذه الوحدة كأساس لإنشاء كمبيوتر أحادي اللوحة (SBC) مخصص لتطبيقات الأنظمة المدمجة المعتمدة على معمارية  ARM .

أما بالنسبة إلى الكمبيوتر أحادي اللوحة (SBC) القائم على Raspberry Pi Pi-Tron CM4 من الجيل الرابع، والمزوّد بوحدة المعالجة المركزية Broadcom BCM2711، فهو يتمتع بدعم واسع من حيث البرامج، حيث تتوفر له قاعدة برمجيات شاملة تضم العديد من حزم البرامج المترجمة مسبقًا. كما تُعد وحدات التوسعة التي تعتمد على رأس GPIO من العناصر الأساسية ذات القيمة المضافة ضمن النظام البيئي لـ Raspberry Pi، لما توفره من مرونة في التوصيل والتكامل مع مختلف التطبيقات الصناعية والتعليمية.

كما تلاحظ شركة كونترون أيضاً تزايد الطلب على مجموعة أوسع من توزيعات لينكس، إلى جانب التحديثات الأمنية المنتظمة للأجهزة المتقدمة المعتمدة على معمارية  ARM . ويبحث المطورون بشكل متزايد عن حلول توفر قابلية نقل عالية ونماذج أولية سريعة وسهلة لتطبيقات إنترنت الأشياء الخاصة بهم، مع الاعتماد على نظام بيئي موحد يقلل الحاجة إلى خبرات متعمقة في البرمجيات المدمجة. وفي هذا السياق، يأتي دور مشروع Arm’s Cassini، الذي يوفر بيئة تطوير قياسية. وقد تبنت Kontron بالفعل ثلاث منصات حوسبة متقدمة ضمن هذا المشروع، بهدف تسريع عمليات التطوير وتبسيط التكامل البرمجي.

تقدّم شركة Kontron  منصة كمبيوتر أحادي اللوحة (SBC) بقياس 2.5 بوصة تحت اسم "pITX-iMX8M-AI-H8"  (المعتمدة على معمارية ARM)، بالإضافة إلى جهاز "KBox A-150-WKL-AI-H8"  (المزوّد بمعالج مركزي من انتل تم تصميمهما خصيصاً لتلبية متطلبات تطبيقات الذكاء الاصطناعي في الزمن شبه الحقيقي. وبفضل دمجهما لمعالج الذكاء الاصطناعي Hailo-8  من الشريك التكنولوجي الإسرائيلي، يقدّمان قدرة معالجة تصل إلى 26 تيرا عملية في الثانية (TOPS) بمعدل فعلي يبلغ 3 TOPS/واط، مما يسمح بأداء يعادل قدرات الحوسبة السحابية ولكن بدون تأخير زمني كبير أو مخاطر انقطاع الاتصال. لذلك، فإن هذه المنتجات تعد مثالية لتطبيقات الصناعة 4.0، المدن الذكية، والتجزئة الذكية.

وتدعم هذه المنصات عدداً من الشبكات العصبية المدربة مسبقاً، كما تشمل محاكي أداء، وأداة تحليل شاملة، بالإضافة إلى مترجم تدفق البيانات Hailo Dataflow Compiler، ما يساعد على تسريع الوصول إلى السوق وتقليل التكاليف المرتبطة بعمليات التطوير.

فضلًا عن ذلك، بات بإمكان مصنّعي المعدات الأصلية (OEM) وشركات تكامل الأنظمة الآن تنفيذ حلول إنترنت الأشياء مع ضمانات السلامة الوظيفية (Functional Safety – FuSa). وتوفّر وحدة تحكم السلامة المعيارية المدمجة من Kontron إمكانيات لتطبيقات تعتمد على FuSa تصل حتى مستوى SIL 3 أو PLe Cat4، وذلك من خلال بطاقة توسعة M.2-2242 معتمدة مسبقاً، ومتكاملة ضمن منصة KBox A-150-WKL الصناعية.

المعرفة الواسعة المطلوبة

يتزايد استخدام أجهزة إنترنت الأشياء (IoT) بشكل متسارع، إذ لا تكاد توجد حدود لقدرات الأداء الممكنة حاليًا. وتُسهم التطورات الحديثة في وحدات المعالجة المركزية (CPUs)، ومعالجات الرسومات (GPUs)، ورقاقات تسريع الذكاء الاصطناعي، إلى جانب معايير الاتصال الجديدة مثل WiFi 6  و5G —وفي المستقبل القريب 6G —بدور محوري في هذا التطور التقني. ومع ذلك، فإن قوة الأداء وحدها لا تكفي. فالتحدي الأكبر يكمن في مواءمة التطبيقات التقنية مع نماذج الأعمال الجديدة الخاصة بإنترنت الأشياء. فبدون وجود انسجام فعّال بين الأجهزة والبرمجيات، يصعب تحقيق حلول متكاملة ومستدامة. من هنا، تصبح الكفاءة في التكامل بين العتاد، والبرمجيات، والخبرة المقدمة من مزودي التكنولوجيا هي العامل الحاسم. فقط من خلال هذا التكامل يمكن تحقيق الابتكارات التقنية فعلياً وتحويلها إلى منتجات قابلة للتطبيق العملي بكفاءة في البيئات الصناعية والتجارية.