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Konzepte gegen Lieferengpässe

Modularität ist Trumpf

Francesco Pesce, Plattform-Manager bei Carel
Francesco Pesce, Programmable Controllers Platform Manager bei Carel Industries: »Bei der Auswahl eines neuen Mikrocontrollers steht für uns die Zuverlässigkeit der Lieferkette an erster Stelle und an zweiter Stelle die technische Kompatibilität.«
© Carel

Not macht erfinderisch. Sind elektronische Bauteile wie Mikrocontroller rar und nur mit langen Lieferzeiten erhältlich, müssen Alternativen gefunden werden. Im Interview spricht Francesco Pesce, Programmable Controllers Platform Manager bei Carel Industries, über sein Konzept.

?   Welche Auswirkung hatte der Lieferengpass für einen Mikrocontroller bei Carel?

!   Francesco Pesce: Wie viele andere Industrieunternehmen ist auch Carel von der Chip-Krise 2020/2021 betroffen, aber diese Erfahrung war nicht neu, da 2016 bereits Strategien für die Chip-Pivotisierung definiert und getestet wurden, um die Folgen plötzlicher Unterbrechungen in der Lieferkette für kritische Komponenten abzumildern.

Vor einigen Jahren musste Carel den in der c.pCO-Produktlinie (Anmerkung der Redaktion: ein Controller für die Heizung, Lüftung und Klimatechnik) verwendeten Haupt-Mikrocontroller zweimal austauschen, da der ursprüngliche Mikrocontroller und später auch das Ersatzmodell von Engpässen betroffen waren.

Dank des modularen Produktaufbaus konnte jeweils innerhalb weniger Wochen ein Hardware-Redesign durchgeführt werden und dank des Einsatzes von Seggers All-in-One Embedded OS emPower OS konnte die Anwendungssoftware unverändert in den neuen Entwurf übernommen werden. Ein Produktionsstopp konnte somit vermieden werden.

Bevor wir mit Engpässen konfrontiert wurden, war der Wechsel des Mikrocontrollers in der Regel eine Folge der Entwicklung neuer Produktgenerationen, wobei wir die Vorteile modernster Komponenten nutzen, die uns bei unserer Produktinnovation helfen.

In diesem Innovationsprozess prüfen wir regelmäßig bei den Mikrocontroller-Anbietern – insbesondere bei unseren vertrauenswürdigen Lieferanten –, was sie in ihrer Roadmap haben.

Heutzutage ist die Fähigkeit, sich an das Marktangebot anzupassen, wichtiger als die perfekte technische Lösung.
Francesco Pesce, Carel
© Carel

Als wir vor fünf Jahren zum ersten Mal in eine Zulieferkrise gerieten, nachdem eine Naturkatastrophe eine Halbleiterfabrik für längere Zeit lahmgelegt hatte, begannen wir, unsere Denkweise zu ändern und erkannten, dass es auch innerhalb des Produktlebenszyklus sinnvoll ist, den Mikrocontroller zu wechseln.

Die Schaltungen unsere programmierbaren Steuerungen werden seitdem mit einem modularen Ansatz entwickelt, bei dem sich der Mikrocontrollerteil in einem speziellen Modul befindet und nicht einfach in die Hauptplatine des Produkts eingebaut wird. Diese Modularität ist eine große Hilfe beim Wechsel zwischen verschiedenen Mikrocontrollern, da die Auswirkungen der Umgestaltung nur auf einen kleinen Teil des Produkts beschränkt sind.

Dasselbe Modularitätskonzept wird auch für die Firmware verwendet: Die Verwendung eines modularisierten eingebetteten Betriebssystems ermöglicht es, den Mikrocontroller zu ändern, indem einfach das Low-Level-BSP (Board Support Package) ausgetauscht wird, wobei alle unsere Mehrwert-Middleware- und Anwendungsschichten unangetastet bleiben.

?   Welche Kriterien sind für Sie bei der Auswahl von Mikrocontrollern entscheidend?

Die Fähigkeit und Flexibilität von Carel, zwischen mehreren Alternativen zu wählen, trägt definitiv dazu bei, die Folgen der weltweiten Knappheit zu mildern.
Francesco Pesce, Carel
© Carel

!   Pesce: Die Schlüsselfaktoren bei der Auswahl eines neuen Mikrocontrollers in unserer Chip-Pivoting-Strategie sind an erster Stelle die Zuverlässigkeit der Lieferkette und an zweiter Stelle die technische Kompatibilität. Dies unterscheidet sich deutlich von einem klassischen technischen Ansatz, bei dem die technische Kompatibilität an erster Stelle steht.

Heutzutage ist die Fähigkeit, sich an das Marktangebot anzupassen, wichtiger als die perfekte technische Lösung. Bei der Auswahl werden Komponenten mit einer stabilen Lieferkette bevorzugt, die nicht durch stark schwankende Märkte gefährdet sind, z. B. Automobilindustrie, Telekommunikation.

?  Wie hat Sie der Halbleiterhersteller bzw. der Distributor unterstützt?

!   Pesce: Die Hersteller leisten in der Regel wertvolle Unterstützung bei der Suche nach den praktikabelsten Alternativen in Bezug auf Produktähnlichkeiten, Platzbedarf und Verfügbarkeit von Komponenten. Ihre FAEs sind dann eine wichtige Ressource bei den notwendigen Anpassungen der Schaltung und der Portierung der Firmware-Treiber.

Distributoren spielen eine Rolle bei der Unterstützung mit Restmengen der knappen Komponenten, um wertvolle Zeit bei der Durchführung des Redesigns zu gewinnen. Sie sind auch sehr hilfreich bei der frühzeitigen Reservierung der neuen Komponente, die die fehlende Komponente ersetzt.

?   Welche Unterstützung brauchten Sie vom OS-Anbieter Segger Microcontroller?

!   Pesce: Der Vorteil eines Embedded-Betriebssystems wie emPower OS besteht darin, dass wir von den Entwicklungen eines Partners profitieren, dessen Kerngeschäft in diesem Bereich liegt, und wir uns auf unseren Mehrwert – Middleware und Anwendungs-Firmware – konzentrieren.

Als wir in eine Allokationskrise gerieten, verfügte Segger bereits über alle notwendigen Komponenten, um unsere Firmware schnell an einen anderen Mikrocontroller anzupassen, so dass wir die neuen Komponenten erworben und die alten ersetzt haben. Mit ihrer wertvollen Unterstützung und dem Engagement der Carel-Forschungsteams hatten wir das neue Produkt innerhalb weniger Wochen produktionsreif.

?   Konnten Sie einen Stillstand in der Produktion vermeiden?

!   Pesce: Vor fünf Jahren konnten wir einen kompletten Stillstand vermeiden, trotz eines ernsthaften Stopps des Halbleiterwerkes, wir hatten nur ein paar Wochen lang Schluckauf.

2021 ist sicherlich eine größere Herausforderung, da alle Mikrocontroller-Hersteller von Nachfragespitzen und Kapazitätsengpässen betroffen zu sein scheinen, aber die Fähigkeit und Flexibilität von Carel, zwischen mehreren Alternativen zu wählen, trägt definitiv dazu bei, die Folgen der weltweiten Knappheit zu mildern.

Bis heute haben wir drei verschiedene Mikrocontroller-Kerne, die dank emPower OS leicht austauschbar sind.

Die nächste Herausforderung sind die NAND-Speicher, aber auch hier haben wir dank des emFile NAND-Treibers, der viele moderne NAND-Komponenten unterstützt, bereits viele Alternativen.

?   Welche Lehren haben Sie aus dieser Situation gezogen und was sollten Halbleiterhersteller und Distributoren Ihrer Meinung nach aus der Krise lernen?

!   Pesce: Modularität ist ein Schlüsselkonzept. Sie ist die Basis für die Nutzung mehrerer alternativer Schaltungen – mit begrenztem Aufwand und einem für Kunden nahtlosen Übergang.

Meiner Meinung nach besteht die größte Herausforderung für viele Halbleiterhersteller darin, dass sie nicht über den gesamten Produktionsprozess verfügen. Für einige kritische Schritte, wie z.B. das Bonden und Testen, sind sie auf wenige große Unternehmen angewiesen. Außerdem gibt es für einige kritische Teile des Produktionsprozesses keine geografischen Redundanzen: Die jüngste Schließung in Malaysia hatte für viele Mikrocontroller-Anbieter Konsequenzen.

Ich denke, es wird jetzt für viele Branchen klar, dass es einige kritische Teile der Lieferkette gibt, die wir nicht mehr kontrollieren können, und dass wir wahrscheinlich einige nachhaltige Lösungen für die Zukunft finden müssen.

Francesco Pesce

Francesco Pesce, Plattform-Manager bei Carel
Francesco Pesce, Carel
© Carel

wurde in Padua, Italien, geboren und machte seinen Abschluss in Computertechnik an der Universität Padua, während er am Konservatorium für Musik in Castelfranco Veneto Klavier und Komposition studierte. Im Jahr 2000 kam er zu Alcatel und begann eine 10-jährige Karriere als Firmware-Entwickler und später als Projektmanager in der Telekommunikation, wo er fünf Patente für WiFi-MIMO-Kommunikationssysteme anmeldete.

Heute arbeitet er als Plattform-Manager für Carel und verwaltet den gesamten Lebenszyklus der Produktlinien für programmierbare Steuerungen. In seiner Freizeit spielt er gerne klassische Musik auf dem Klavier und züchtet Bonsai-Bäume in seinem Garten.

francesco.pesce@carel.com


  1. Modularität ist Trumpf
  2. Steckbrief: Carel Industries

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