Door voordelen als de compacte constructie, laag stroomverbruik en de voordelige aanschafprijs zijn ontwikkelboards geschikt voor een groot aantal projecten. Ook in de industrie worden ze steeds vaker gebruikt. Ingenieurs beschikken inmiddels over een aantal interessante ontwikkelboards – vooral de producten van Arduino. Hieronder bekijken we aan welke criteria voor industriële toepassingen moet worden voldaan, hoe ver de ontwikkelboards hier al zijn gevorderd en hoe ontwikkelboards in de industrie kunnen worden gebruikt.
Wat is er nodig in de industrie?
Industriële bedrijven hebben lange tijd geaarzeld om ontwikkelboards te gebruiken, en daar hadden ze goede redenen voor. De industriële omgeving verlangt onder andere de grootste robuustheid, betrouwbare prestaties (ook bij langdurig en intensief gebruik) en interoperabiliteit met gangbare overdrachtsprotocollen en firm- en software. Wat voor indruk maken ontwikkelboards in dit opzicht op bedrijven?
In principe moet hierbij onderscheid worden gemaakt tussen twee verschillende soorten toepassingen: het gebruik in een product of het gebruik in het eigen bedrijf, bijvoorbeeld als besturingselement in het productieproces.
Ontwikkelboards in producten
Als een ontwikkelboard in een product moet worden ingebouwd, moet er grondig over het product worden nagedacht. Aan het begin van het productontwikkelingsproces moeten de eindeisen aan het product volledig worden gedefinieerd om later onaangename verrassingen te voorkomen. Daaronder vallen natuurlijk technische eigenschappen zoals grootte, gewicht, datatransmissiesnelheid, verbindingsprotocollen en meer.
Bovendien moet een aantal commerciële aspecten worden bekeken. Een daarvan is de levensduur van een product: hoelang wordt de levensduur van het geplande product ingeschat en kan een ontwikkelboard aan deze periode voldoen? De levensduur van het board moet worden gedekt door de leveringstoezegging van de fabrikant. Natuurlijk moet het ontwikkelboard ook in de gewenste aantallen beschikbaar zijn. Ook hier moet de producent een toezegging doen.
Ook het thema geplande distributiegebieden, dat op zijn beurt gevolgen heeft voor goedkeuringen en normen, mag niet worden onderschat. Bij de distributie naar verschillende markten kunnen verschillende normen en certificeringen gelden. Zo is een CE-certificering, die gebaseerd is op Europese normen, mogelijk nutteloos voor de Amerikaanse of Aziatische markt. De voor-certificering van geleverde onderdelen is daarom nuttig, maar ontheft de fabrikant niet van de tests die nodig zijn voor de certificering van het complete apparaat. Deze normen en certificeringen garanderen het veilige gebruik van het product, bijvoorbeeld met het oog op gebruik bij verschillende temperaturen of veranderende luchtvochtigheid.
Gebruik van ontwikkelboards voor bedrijfsprocessen
Daarnaast kunnen ontwikkelboards ook worden gebruikt voor het aansturen van processen binnen het bedrijf zelf, bijvoorbeeld in de productie of in het eigen logistieke centrum. Ontwikkelboards kunnen de taken van industriële besturingen gedeeltelijk overnemen, of bijvoorbeeld de door sensoren verzamelde gegevens voorbewerken en deze naar de cloud of centrale server verzenden. Daarbij ontstaan bijzonder hoge eisen aan de datatransmissiesnelheid, het rekenvermogen en het werkgeheugen. Bovendien moeten er natuurlijk industriële verbindingsnormen zijn.
Cruciaal voor industrieel gebruik is de weerstand tegen extreme omstandigheden. Vaak moeten producten zeer hoge temperaturen tot 50 °C, temperaturen onder nul of grote temperatuurschommelingen doorstaan. Robuustheid tegen hoge luchtvochtigheid kan ook een belangrijke vereiste zijn. Bovendien kan in de industrie een zeer hoge weerstand tegen stoten of trillingen worden geëist. Momenteel ontbreken bij de ontwikkelboards vaak nog betrouwbare gegevens. Het is meestal omslachtig en tijdrovend om de gegevens zelf te verzamelen, daarom kan het voor bedrijven de moeite waard zijn om kant-en-klare modules van een design- of technologiepartner te gebruiken. U kunt bijvoorbeeld bepaalde extreme omstandigheden simuleren door tests vooraf te laten uitvoeren, waardoor u kunt bepalen of het gewenste ontwikkelboard geschikt is of dat het gebruik van speciale extra behuizingen, schokdempers of koelmodules veilig kan worden gegarandeerd.
Wat bieden ontwikkelboards nu al?
Kunnen ontwikkelboards die oorspronkelijk voor studenten en knutselende techniekenthousiasten zijn gebouwd, aan deze eisen voldoen? In de afgelopen jaren zijn er veel stappen gezet, zodat Arduino & Co. ook deel uit kunnen maken van de industrie. De ontwikkelboards zijn bijvoorbeeld qua temperatuur zeer flexibel inzetbaar: ze zijn ervoor gemaakt om bij een omgeving van 0 °C tot +50 °C consistent hoge prestaties te leveren. Daardoor kunnen ze in hete ruimten voor machines evenals in gekoelde opslagruimten worden gebruikt.
Omdat de boards in grote aantallen worden geproduceerd, worden het uitrustingsproces en de functioneringstest doorgaans onder geautomatiseerde productieomstandigheden uitgevoerd. Zo kunnen ingenieurs op een hoge productiekwaliteit vertrouwen. Een verscheidenheid aan hats en shields garandeert bovendien een hoge interoperabiliteit met industriële overdrachtsprotocollen en bussen.
Ontwikkelboards staan vooral bekend om de gemakkelijke programmeerbaarheid en de vele toepassingsmogelijkheden. De meeste ontwikkelboards werken via een opensourcesysteem en maken het werk op deze manier toegankelijk voor een groot aantal ingenieurs en softwareontwikkelaars. De grote gemeenschap is vooral bij de ontwikkeling van prototypes van onschatbare waarde. Aan de andere kant moet u zelf ook over betrouwbare kennis beschikken om uit een groot aantal aangeboden oplossingen de juiste te kunnen identificeren. Bovendien mag u niet vergeten bij open source-oplossingen rekening te houden met de conformiteit van de licenties voor de gewenste toepassing. Afhankelijk van de kennis van de onderneming en de complexiteit van het project moet dus worden besloten wat de beste manier is.
Deze ontwikkelboards worden al gebruikt in de industrie
Er zijn al verschillende ontwikkelboards die de genoemde kenmerken bieden. Op de eerste plaats valt de allrounder Arduino Pro te noemen – vooral de modellen Portenta H7 en X8 en de talrijke uitbreidingen daarvan. Arduino’s brede scala biedt voor bedrijven uit alle sectoren het juiste product voor het naar hun specifieke behoefte ontwerpen en implementeren van slimme oplossingen. Zo wordt de hardware van Arduino door een internationaal wintervoertuigenbedrijf gebruikt om elk voertuig in een sneeuwploegvloot precies te kunnen lokaliseren en de snelheid ervan vast te kunnen stellen. Het is zoal mogelijk om afzonderlijke sneeuwploegen sneller en efficiënter naar nog dichtgesneeuwde wegen te leiden waardoor wegen sneller vrij en veilig voor het verkeer worden.
Een ander voorbeeld is het gebruik van een Arduino-board in combinatie met een vloeistofsensor. Zo slaagde een Canadese start-up erin de oliekwaliteit in de zware industrie beter in te schatten. Vaak wordt olie veel te vroeg ververst, omdat de kwaliteit van buitenaf moeilijk te bepalen is en men schade door vervuilde olie wil voorkomen. Wanneer een sensor exacte informatie kan geven over de kwaliteit van de olie in de machine, besparen bedrijven waardevolle middelen en werken ze bovendien duurzamer. Eén voorbeeld van de manier waarop Arduino-hardware in producten wordt gebruikt, komt uit Italië. Daar gebruikt een fabrikant van industriële ovens een ontwikkelboard om de ovens met slimme functies uit te rusten waardoor het gebruik eenvoudiger wordt. Zo kunnen de ovens nu op afstand worden aangestuurd om de gebruikers erover te informeren wanneer het bakproces door technische problemen zoals stroomstoringen onderbroken wordt. Door de geïntegreerde Predictive Maintenance-functie wordt bovendien automatisch herkend wanneer een onderdeel verslijt. Zo kan het worden vervangen voordat het defect is. Tot slot vormen gebruikersgegevens een belangrijke bron van informatie over de voorkeuren van klanten. Hiermee wordt rekening gehouden bij de ontwikkeling van nieuwe industriële ovens.
Een ander ontwikkelboard dat in industriële omgevingen al vaak wordt toegepast, is de Raspberry Pi-productfamilie. Deze blinkt vooral uit door de grote ontwikkelaarsgemeenschap en de vele hats en shields, die het board geschikt maken voor alle soorten projecten. Vermeldenswaard in dit verband is de Revolution Pi, een industriële mini-PC op basis van de Raspberry Pi. Deze werd ontwikkeld voor de automatisering en besturing van processen in de industrie. Daardoor is de mini-PC uitgerust met standaard zeer krachtige verbinding en is bovendien bijzonder robuust. De behuizing past perfect in DIN-genormeerde schakelkasten. Hierdoor is de Revolution Pi geschikt voor de besturing van productie-installaties of de automatisering van gebouwen.
Er zijn ook andere fabrikanten die ontwikkelboards aanbieden die in een industriële omgeving worden gebruikt. Bijvoorbeeld de Espressif ESP8266– en ATtiny416-modellen, die vooral bij IoT-projecten naam hebben gemaakt. In de productportfolio van de fabrikant zitten niet alleen de boards, maar ook bijpassende modules en SOC’s. Zo wordt het hele systeem onder één dak aangeboden, wat de toepassing ervan voor ingenieurs aanzienlijk eenvoudiger maakt. Het WisBlock-systeem van RAKwireless is een modulair systeem dat de implementatie van IoT-knooppunten aanzienlijk vergemakkelijkt. Via een carrier-board kunnen CPU-modules, sensormodules en interfacemodules worden verbonden. Voor buitengebruik is zelfs een IP67-behuizing met zonnecellen beschikbaar. Zo zijn ingenieurs heel flexibel bij installaties in een grote ruimte.
De Adafruit Feather-serie is bijzonder licht en compact, en is dus zeer geschikt voor draagbare apparaten – bijvoorbeeld voor de monitoring van omgevingsomstandigheden, zoals temperatuur, luchtvochtigheid of luchtdruk. Net zo klein en compact zijn de Teensy Boards. Ze zijn goedkoop en dus interessant als er met een beperkt budget moet worden gewerkt.
Conclusie
Ontwikkelboards zijn oorspronkelijk ontworpen voor privégebruik, maar worden steeds vaker in een industriële context gebruikt. Dat is ook terecht, want ze hebben veel eigenschappen die industriële productieprocessen en bedrijfsprocessen vergemakkelijken. Dit zal bedrijven nieuwe mogelijkheden bieden.
Vóór het gebruik moet er wel altijd op worden gelet dat de interfaces met bestaande processen in het bedrijf overeenkomen, net als met de vereiste certificering van het gehele apparaat. Er moet ook rekening worden gehouden met de stabiliteit en aanpasmogelijkheden binnen de gebruikte ontwikkelomgeving en de gebruikte basissoftware/firmware. Als alle noodzakelijke regelingen vóór toepassingsbegin worden getroffen, zijn de programmeerbare mini-computers in industriële omgevingen absoluut valide hulpmiddelen van hoge kwaliteit.
Afbeelding: Adobe Stock
