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Hardware-Entwicklung 4.0
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
In 15 Tagen zum Prototyp
Mit dem neuen Designangebot „Rapid Demonstrator Service“ (RDS) von Phytec kann bereits im Rahmen eines Vorprojektes oder bei der Abklärung der Machbarkeit einer Produktidee ein spezifisches Funktionsmuster auf Basis von serienerprobten Schaltungsteilen und vorgefertigten Layout-Blöcken erstellt werden. Mit der eingesetzten CPU hat man ggf. schon durch das phyBOARD-Mira Kontakt gehabt und erste Erfahrungen sammeln können. Die Spezifikation aus über 50 zur Verfügung stehenden Funktionseinheiten kann nun eigenständig im Online-Konfigurator [6] vorgenommen werden. Nach nur 15 Arbeitstagen hält der Kunde das spezifische Funktionsmuster mit angepasstem Yocto-Linux-BSP und Designdokumentation in den Händen.
Kern des Rapid Demonstrator ist das sehr leistungsfähige SOM (System-on-Module) phyCore-i.MX6 (Cortex-A9 von NXP) in der Variante mit 1-GHz-Quadcore, 1 GB RAM und 1 GB Flash, wodurch es möglich ist, im Funktionsmuster sogar Funktionen über den erwarteten Umfang hinaus zu implementieren. Im Rahmen der folgenden Entwicklung kann die Funktion dann an die noch detailliert auszuarbeitenden Funktionsspezifikationen angepasst werden.
Das Design des Rapid Demonstrator basiert auf serientauglichen und erprobten Schaltungsteilen unter Verwendung von industriellen Bauteilen und Komponenten. Ohne diese Vorleistung wären die weitergehenden Qualifizierungsmaßnahmen für Elektronik-Hardware und die Anpassung des Betriebssystems wesentlich komplexer. In der Regel kann auf Basis eines mit dem Rapid Demonstrator Service erstellten Designs sehr einfach und ohne größere Risiken das Serienprodukt spezifiziert werden. Der Demonstrator bildet dabei die Grundlage für das Lastenheft in der Entwicklungsphase, anschließend an die Konzeptphase.
Bezüglich Serienqualifizierung und/oder Weiterentwicklung zum Serienprodukt kann dann beispielsweise eine endgültige Umsetzung im Rahmen einer kundenspezifischen Entwicklung durch Phytec nach dem SBCplus-Service erfolgen [7]. Aufbauend auf diesen heute umgesetzten Merkmalen werden kundenspezifische Entwicklungen durch weitere Dienstleistungen unterstützt:
- Inbetriebnahme eines DragonFly-2020-Platinendruckers 2017, um die Lieferzeit weiter verkürzen zu können [8],
- Unterstützung weiterer Prozessorplattformen,
- Ausbau des Software-Lieferumfangs und -Support (u.a. Raspberry-Pi-kompatible Bibliotheken, Phyton Compile),
- umfangreiches Zubehör wie Gehäuse, verschiedene Displays, Funkmodule etc.
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Zum Prototyp - Tab. 2, Bild 3, 4
Durch Aufruf der URL http://www.rapid-demonstrator.de erreicht man den Rapid Demonstrator Service und wird sehr übersichtlich durch den weiteren Prozess geführt. Die in Tabelle 2 angegebenen Funktionsgruppen können hier interaktiv konfiguriert werden. Je nach Auswahl der auf dem Demonstrator zu implementierenden Funktionen wird sich die Größe der Leiterplatte gestalten. Am Ende des Vorgangs werden die resultierende Größe der Leiterplatte und die damit verbundenen Kosten ausgewiesen (Bild 3). Ist man mit dem Resultat einverstanden, dann kann nach Eingabe der Kontaktinformationen eine unverbindliche Anfrage zum Hersteller geschickt und die vorgenommene Konfiguration zur Kontrolle ausgedruckt werden.
Die Rückmeldung der Realisierbarkeit in Form eines Blockschaltbildes mit vorläufiger Platzierung der Funktionen und ein offizielles Angebot für diesen spezifischen Rapid Demonstrator Service erfolgen in der Regel innerhalb eines Arbeitstages. Um einen Eindruck von einem auf diesem Weg vorgenommenen Design zur erhalten, ist in Bild 4 ein Referenzdesign angegeben.
Vom Prototyp zum Serienprodukt
Mit Hilfe des über den RDS erzeugten Demonstrator kann die Funktion des Prototyps ausgiebig getestet und bereits Anwendungs-Software geschrieben werden. Zur Umsetzung in ein Serienprodukt kann der Kunde dann ein System-on-Module, wie das phyCore-i.MX6, auf einem von ihm selbst entwickelten, anwendungsspezifischen Basis-Board einsetzen oder er beauftragt Phytec mit einer kundenspezifischen Entwicklung im Rahmen des SBCplus-Service.
Die Vorteile dieser Vorgehensweise liegen in der Verwendung vorgefertigter Funktionsblöcke auf der Ebene des Schaltplans. Es kommen ausschließlich von Phytec erprobte und im Einsatz bewährte Funktionsblöcke zum Einsatz. Schutzmaßnahmen für einen störungsfreien und sicheren Betrieb werden automatisch implementiert. Die so entwickelten Carrier Boards sind konform zur EMV-Richtlinie 2014/30/EU und das resultierende OEM-Produkt erfüllt die Normen EN 55022 und EN 55024.
Bild 5 zeigt ein Carrier Board und eine Auswahl der möglichen Funktionsblöcke. Anhand der ausgewählten Funktionen entsteht auf der Basis der in der SBC-Design-Library vorhandenen Funktionsblöcke (Schaltplan- und/oder Layout-Bausteine) ein kundenspezifisches Carrier Board. Bei allen Boards wird vom Hersteller nicht nur auf die Bauteilauswahl geachtet, sondern auch die Software in einer eigenen Testfarm ständigen Testläufen unterzogen. Hierbei wird die Testumgebung auch thermisch gestresst. Der Hersteller bietet bei zulassungsrelevanten Projekten (z.B. Medizin-, Fahrzeugtechnik, Luft- und Raumfahrt) auch an, den Produktionsprozess den Anforderungen gemäß durchzuführen.
Die nächsten Schritte
Mit dem Rapid Demonstrator Service gibt Phytec dem Entwickler ein Werkzeug in die Hand, welches die Evaluierung einer Produktidee bzw. den Aufbau eines Funktionsmusters oder Prototypen mit einem seriennahen Entwicklungsstand ermöglicht. Durch Einsatz eines solchen Design Tools wird es möglich, eine Entwicklung ohne Designbruch auf der Grundlage erprobter Hard- und Software-Komponenten vorzunehmen. Durch die Wiederverwendung erprobter Komponenten sinkt das Entwicklungsrisiko beträchtlich. Nachdem in diesem Beitrag der Entwicklungsprozess unter Verwendung des Rapid Demonstrator Service betrachtet wurde, wird dieser Service in einer zweiten Folge von der Eingabe der gewünschten Funktionalität bis hin zur Inbetriebnahme des resultierenden Board untersucht werden.
Weitere Informationen
[1] Kühnel, C.: Maker – Startups – Unternehmen (Teil 2). Design & Elektronik 3/2016, S. 36–38.
[2] Projektstudie:
de.wikipedia.org/wiki/Projektstudie
[3] Agiles V-Modell – ein Widerspruch? www.computerwoche.de/a/agiles-v-modell-ein-widerspruch,1900867
[4] Open-Source Hardware Product Creation.
openhomeautomation.net/open-source-hardware-product-creation/
[5] Design and Document files for the BeagleBone Black from BeagleBoard.org. github.com/beagleboard/BeagleBone-Black
[6] Rapid Demonstrator Service:
www.phytec.de/projekte/rapid-demonstrator/rapid-demonstrator-service/
[7] SBCPlus Konzept:
www.phytec.de/projekte/single-board-computer/sbc-plus-konzept/
[8] Nano Dimension liefert DragonFly 2020 Elektronik-Drucker an Phytec.
3druck.com/hersteller/nano-dimension-liefert-dragonfly-2020-elektronik-drucker-an-phytec-4251810/
Der Autor
| Dr.-Ing. Claus Kühnel |
|---|
| studierte und promovierte an der Technischen Universität Dresden auf dem Gebiet der Informationselektronik und bildete sich später in Biomedizintechnik weiter. Bis zu seiner Pensionierung 2016 war er bei der Qiagen Instruments AG in Hombrechtikon (CH) als Director Electronic Engineering & Embedded Systems für die Entwicklung von Elektronik-Hardware und Hardware-naher Software verantwortlich. Aktuell arbeitet er als Consultant und weiterhin als Autor. |
info@ckuehnel.ch
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