Professionelle IPC-System - Fertigung - “IPC Factory” von Spectra

Professionelle IPC-System - Fertigung - “IPC Factory” von Spectra
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19" Industrie-PC mit passivem Backplane und CPU-Board. Leere Steckplätze ISA, PCI, PCIe
09.03.2010 | Was oft recht einfach erscheint, erweist sich in der Praxis häufig als erheblich komplexer und dornenreicher als erwartet. Dies gilt in besonderem Masse für die Produktion von qualitativ hochwertigen Industrie-PC Systemen. Ziel dieses Artikels ist es aufzuzeigen, wo die Probleme beim Design und der Fertigung von Industrie-PC Systemen versteckt sind und welche Resourcen erforderlich sind.

Spectra (Schweiz) AG ist die Tochtergesellschaft der Spectra Computersysteme GmbH aus Deutschland und profiliert sich als technisches Dienstleistungs- und Handelsunternehmen in den Bereichen „Industrial IT & Automation“. In der „IPC Factory“ von Spectra werden jährlich an die 10’000 kundenspezifische IPC-Komplettsysteme professionell gefertigt.

Unzählige Kombinationen
Ein Industrie - PC System gibt es bekanntlich nicht. Im Gegenteil, besonders im Industrial IT Bereich regiert die Vielfalt. Zu unterschiedlich sind die Anwendungen und die daraus resultierenden Anforderungen bezüglich Grösse und Art des Gehäuses, Anzahl der Laufwerke, Art und Leistungsfähigkeit der CPU, Anzahl und Art der E/A Schnittstellen, Anzahl der freien Steckplätze für Erweiterungskarten, Art und Umfang der Schutzart gegen Umwelteinflüsse sowie Art Stromversorgung  (AC oder DC). Bei zahlreichen Applikationen ist darüber hinaus ein integriertes Display und/oder eine integrierte Folientatstatur gefragt. Letztlich stellt sich die Frage nach dem Betriebssystem. Hier sind Windows NT / 2000 / XP und LINUX derzeit die eindeutigen Favoriten im Industrie-PC Bereich. Letzteres wird meistens bei Serversystemen eingesetzt.

Jeder System - Typ stellt  ganz spezifische Ansprüche an denjenigen der ein System konzipiert. Bei einem kleinen Serversystem im 1HE 19“ Gehäuse oder bei den meisten Sondergehäusen mit geringen Abmassen steht z. B. die Frage im Vordergrund, ob alle, vom Anwender gewünschten Komponenten mechanisch in das Gehäuse passen und ob der Luftdurchsatz der Lüfter für eine genügende Kühlung des System ausreicht. Ganz anders stellt sich die Problematik bei einem 19“ System mit  12 PCI und 8 ISA Steckplätzen dar. Hier geht es in erster Linie darum, ob die Stromversorgung bezüglich +5V, -5V, +12V, -12V für die, zum Zeitpunkt der Fertigung oder für weitere später beim Kunden zu installierenden Einsteckarten ausreicht, und ob die eingesetzte CPU Karte auch wirklich so viele Steckplätze unterstützt.  Wiederum unterschiedlich sieht die Problematik bei einem großen RAID Serversystem mit vielen großen Laufwerken aus. Bei einem derartigen System muss besonders auf ausreichende Kühlung der schnell drehenden Festplattenlaufwerke und der meist sehr leistungsfähigen Hochleistungsprozessoren geachtet werden. Darüber hinaus ist es ein Muss, dass derartige Systeme mit einer extrem hohen Ausfallsicherheit ausgestattet sein müssen. Die Installation einer leistungsfähigen Hardware - Überwachung für Temperatur, Stromversorgung und Lüfterdrehzahl, sowie die Verwendung einer redundanten Stromversorgungseinheit ist hier eine Pflicht.

Massgeschneiderte Systeme mit hohem Qualitäts-Standard

Massgeschneiderte Systeme mit hohem Qualitäts-Standard
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Spectra HQ in Deutschland. Hier werden alle Industrie-PC Komplettsysteme zusammen-gebaut, getestet und ausgeliefert.
Der Käufer eines Industrie - PC Systems erwartet im Normalfall ein auf die Anforderungen  seiner Anwendung exakt zugeschnittenes System. Dies führt im Normalfall dazu, dass ein Interessent häufig nicht bereit ist, ein vom Anbieter vorkonfiguriertes Industrie - PC System „von der Stange“ zu kaufen. Zumindest kleinere Änderungen wie geänderte Festplattenkapazität, anderer Speicherausbau oder andere Prozessorbestückung werden gewünscht. Dies führt automatisch zu einer deutlichen Kostensteigerung bei der Fertigung gegenüber Standard Office PCs, denn eine kostengünstigere Vorproduktion von Lager - Komponenten ist in den seltensten Fällen sinnvoll. Es gibt zwar auch im Industrie - PC Business die Aufträge mit mehreren hundert baugleichen Systemen. Dies stellt aber wohl bei keinem Anbieter den typischen Standardauftrag dar. Die Stückzahlen bei klassischen Industrie - PC Bestellungen liegen zwischen 1 und 5 gleichartigen Systemen.  Aus dem oben gesagten ergibt sich, dass die eigentliche Herausforderung beim Verkauf und der Fertigung von Industrie - PC Systemen darin besteht, eine Vielzahl von sehr unterschiedlich ausgelegten Systemen zu designen und mit einem hohen Qualitätsstandard zu fertigen. Grundvoraussetzung für die Fähigkeit eines Anbieters zur Fertigung massgeschneiderter Systeme ist die Lagerhaltung eines möglichst breiten Produktspektrums an Gehäusen, CPU Karten, passiven Busplatinen bzw. Motherboards. Dies garantiert einerseits eine rasche Lieferfähigkeit, andererseits  ist sichergestellt, dass mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit ein optimal auf die Kundenbedürfnisse zugeschnittenes System geliefert werden kann.

Qualität beginnt beim Produktmanagement
Die Qualität eines Industrie - PC Systems hängt nicht zuletzt von der Qualität und der Vielseitigkeit der eingesetzten Komponenten ab. Ein Beispiel möge dies verdeutlichen:
Zahlreiche Industrie-PC Systeme sind in sogenannter Passiv Bus Technologie aufgebaut. Hier wird eine Busplatine mit ISA, PCI und PCI-Express Steckplätzen in ein Gehäuse eingebaut. Als Rechnerplatine wird dann eine CPU - Karte in eine dieser Slots eingesteckt.  Diese CPU Karte verfügt über Steckplätze für Prozessor und Speicher sowie über alle üblichen E/A Schnittstellen wie man sie von herkömmlichen Motherboards kennt. Hinzu tritt häufig noch ein Watchdog, sowie zusätzliche Steckplätze für PC/104 Erweiterungsplatinen oder für Halbleiterdisks. Gerade bei der Auswahl von CPU Karten, welche in der Fertigung von IPC Komplettsystemen eingesetzt werden, ist ein erfahrener Produktmanager gefragt. Er muss umfangreiche Tests mit den in Frage kommenden Produkten durchführen um die Tauglichkeit einer bestimmten  CPU Karte für unterschiedliche Systemkonfigurationen unter den verschiedenen Betriebssystemen zu prüfen. Erst nachdem ein Produkt diese Prüfungen erfolgreich bestanden hat, darf es für den Einsatz in der "IPC Factory" freigegeben werden. Gleiches gilt naturgemäss für alle anderen Komponenten, die für ein IPC System verwendet werden. Was nützt z.B. das schönste Gehäuse, wenn es von der Konstruktion her nicht EMV oder EMC tauglich ist?

Hohe Fachkompetenz im Verkauf
Aufgrund der Tatsache, dass die meisten IPC Systeme die verkauft werden, nicht Produkte von der Stange sind, sondern eher individuelle Systemlösungen darstellen, hat der Verkaufs-Ingenieur für IPC Komplettsysteme eine sehr stark beratende Funktion. Er stellt dem Kunden häufig schon am Telefon, ein auf seine Bedürfnisse zugeschnittenes System zusammen. Es gehört ein grosses Mass an  Erfahrung dazu, aus der Vielzahl von Komponenten nicht nur ein der Aufgabenstellung angemessenes und bezüglich des Preises optimiertes, sondern auch ein machbares System zusammenzustellen. Machbar bedeutet, dass alle Komponenten mechanisch und elektrisch miteinander harmonieren, die Erwärmung des fertigen Systems innerhalb erlaubter Grenzen bleibt, die gewählte Stromversorgungseinheit über genügend Kapazität verfügt und das Betriebssystem die ausgewählten Komponenten auch  unterstützt. Der Product–Manager kann dem Verkaufsingenieur die Arbeit durch die Zusammenstellung geeigneter Datensätze in einer Datenbank erleichtern. Die grosse Bandbreite möglicher Systeme erfordert jedoch trotzdem immer wieder den erfahrenen Spezialisten.

Eine weitere Erschwernis für das Design von Komplettsystemen stellt die Tatsache dar, dass manche Komponenten wie Prozessoren, Festplatten, CPU Karten und Motherboards oft nur wenige Monate auf dem Markt unbeschränkt verfügbar sind. Hier ist eine enge Zusammenarbeit zwischen Vertrieb, Produktmanagement und Einkauf gefragt, um insbesondere bei längerfristigen Projekten keine böse Überraschungen zu erleben.

“IPC Factory“ = Handwerkliches Geschick

“IPC Factory“ = Handwerkliches Geschick
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Die meist geringe Stückzahl bei vielen Fertigungsaufträgen für Industrie-PC Systeme macht es  im allgemeinen unmöglich die Produktion als Taktproduktion abzuwickeln, bei der an jeder Station nur wenige, aber immer die gleichen Arbeitsschritte durchgeführt werden. Bei einem derartigen Fertigungs-verfahren könnten die Abläufe an einer Station genau beschrieben und vorgegeben werden. Bei dieser Produktionsmethode ist der Einsatz von niedrig qualifiziertem, angelerntem Personal sehr gut möglich. Nicht so bei Spectra. Normalerweise führt bei der “IPC Factory“ ein Mitarbeiter alle Arbeitsschritte bis zum fertig getesteten System durch. CPU Karten und andere Einsteckkarten müssen richtig eingestellt (gejumpert), Busplatinen und Laufwerke mechanisch eingebaut werden, die Kabelverbindungen zwischen Stromversorgung, CPU Karte, Laufwerken und Systemüberwachungseinheiten müssen hergestellt und das Betriebssystem muss installiert werden.

Alle diese Tätigkeiten erfordern handwerkliches Geschick, ein gutes Verständnis für die PC-Technologie im Allgemeinen und die Belange der Industrie-PC´s im Besonderen.

So muss z.B. bei der Verkabelung darauf geachtet werden, dass die Kabel nicht nur nach optischen Gesichtspunkten verlegt werden, sondern auch so, dass die Luftzirkulation im Gehäuse nicht behindert wird. Da die Systeme in der Fertigung bezüglich des Gehäuses, der Bestückung mit Massenspeichern, CPU Karten und sonstigen E/A Karten sehr unterschiedlich sein können, ist es extrem wichtig, gut geschultes und erfahrenes Personal einzusetzen. Die “IPC Factory“ ist nichts für kurzfristig angelernte Kräfte. Das macht allerdings die Produktion dieser Systeme auch nicht billiger.
 
Endkontrolle in der “IPC Factory“ von Spectra
Jedes System muss nach der Fertigung eine Test- und Endabnahme durchlaufen. In einem ersten Schritt wird visuell eine Kontrolle des fertigen Systems auf Übereinstimmung mit dem Kundenauftrag durchgeführt und der korrekte Einbau aller Komponenten, sowie saubere und korrekte Verkabelung geprüft. Wichtig ist dabei, dass diese Kontrolle nicht durch den Mitarbeiter durchgeführt wird, der das System assembliert hat. Ein “unbefangener” Kontrolleur sieht mehr ! Das System erhält dann einen 24 h Burn in. Danach wird ein Funktionstest mit einem PC Testprogramm durchgeführt und ein entsprechendes Testprotokoll ausgedruckt, welches dem System beigelegt wird. Nicht zuletzt deshalb kann die “IPC Factory“ von Spectra www.ipc-factory.ch  auf alle gefertigten Systeme 24 Monate Garantie geben.

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