Embedded Computer und Touch Panel Computer

Von der Kundenanfrage zum kundenspezifischen Touch Panel Computer

Die Kern AG mit Sitz im schweizerischen Konolfingen stellt Kuvertiermaschinen her. Als das zur Steuerung der Maschinen verwendete Touch Panel Computer abgekündigt wird, steht Kern vor einem Problem. Drohen aufwändige Software-Anpassungen oder gar ein Redesign der Gesamtanlage? Nein, die Embedded-Spezialistin Syslogic entwickelt in Rekordzeit einen Eins-zu-eins-Ersatz. Lesen Sie das Entwicklertagebuch.


Die Kern AG mit Sitz im schweizerischen Konolfingen nahe Bern stellt qualitativ hochwertige Kuvertiermaschinen her, die sich insbesondere durch ihre lange Lebensdauer auszeichnen. Das inhabergeführte Unternehmen produziert hauptsächlich in der Schweiz, verfügt aber über zahlreiche Vertriebs- und Serviceniederlassungen weltweit. Die Kuvertiermaschinen von Kern überzeugen nicht nur durch ihre langen Lebenszyklen von zehn Jahren und mehr, sondern auch durch ihre modulare Bauweise. Je nach Kundenwunsch werden die Kuvertiermaschinen mit Modulen wie Falzeinheiten, Einzelblattzuführgeräten oder Druckmodulen ergänzt. Merkmale der Kern-Maschinen sind die kompakte Bauweise und die hohe Leistung – bis zu 24 000 Kuvertierungen pro Stunde schafft beispielsweise das Topmodell Kern 3500. Dank diesen Eigenschaften genießt die Kern AG weltweit einen ausgezeichneten Ruf und liefert ihre Systeme nicht nur nach Europa, sondern auch nach Afrika, Asien und in die USA.

Zur Steuerung ihrer Maschinen setzt die Kern AG seit Neuestem auf die Touch Panel Computer der Embedded-Spezialistin Syslogic. Doch der Reihe nach.

Kundenanfrage: Panel-Computer abgekündigt – Was nun?
Die Kern AG setzt für die Steuerung ihrer erfolgreichen Kuvertiermaschinen K2500 und K3500, die beide seit einigen Jahren auf dem Markt sind, einen Touch-Panel-Computer ein. Dieser wird willkürlich abgekündigt und ist nicht mehr erhältlich.

Die Suche nach einem Nachfolgegerät stellt Kern vor ungeahnte Schwierigkeiten. Die Anschlüsse sowie die Mechanik zur Befestigung der Panels an der Maschine sollen eins zu eins übernommen werden. Zudem soll auch die bestehende Software weiter verwendet werden.

Schwierig gestaltet sich insbesondere die Software-Kompatibilität. Das, weil es sich dabei um eine ältere Software, je nach Maschine basierend auf MS DOS oder auf Windows NT, handelt. Die zuständigen Ingenieure Markus Bachmann und Rolf Nussbaum werden auf der Suche nach einem geeigneten Anbieter auf Syslogic aufmerksam. Nussbaum und Bachmann meinen dazu: «Syslogic kennen wir bereits von den Embedded Computern her, die wir in unseren Maschinen einsetzen.» Dass Syslogic auch HMI-Systeme anbiete, hätten sie gewusst, fahren Nussbaum und Bachmann fort. Dass Syslogic bereits ab kleinen Stückzahlen kundenspezifische Anpassungen realisiere, habe sie aber überrascht.

  • <p>Kern fertigt vorwiegend in der Schweiz. Das Bild zeigt das Werk Konolfingen, in der nähe von Bern.</p>

    Kern fertigt vorwiegend in der Schweiz. Das Bild zeigt das Werk Konolfingen, in der nähe von Bern.

  • <p>Die von Kern verwendeten Touch Panel Computer wurden abgekündigt.</p>

    Die von Kern verwendeten Touch Panel Computer wurden abgekündigt.

  • <p>Kern 3500 – gut für 24 000 Kuvertierungen pro Stunde.</p>

    Kern 3500 – gut für 24 000 Kuvertierungen pro Stunde.

  • <p>Florian Egger, Leiter Vertrieb bei Syslogic, nimmt die Anfrage entgegen.</p>

    Florian Egger, Leiter Vertrieb bei Syslogic, nimmt die Anfrage entgegen.

  • <p>Kern fertigt vorwiegend in der Schweiz. Das Bild zeigt das Werk Konolfingen, in der nähe von Bern.</p>
  • <p>Die von Kern verwendeten Touch Panel Computer wurden abgekündigt.</p>
  • <p>Kern 3500 – gut für 24 000 Kuvertierungen pro Stunde.</p>
  • <p>Florian Egger, Leiter Vertrieb bei Syslogic, nimmt die Anfrage entgegen.</p>

Syslogic hat ihr Produktportfolio an Touch-Panel- und Embedded-Computern modular aufgebaut. Dabei stehen frei kombinierbare Komponenten wie verschiedene Prozessorplattformen und Schnittstellen sowie unterschiedliche Betriebssysteme zur Verfügung. Außerdem bietet Syslogic bei den Industrierechnern verschiedene Gehäusetypen und bei den Touch Panels verschiedene Touch-Technologien. Basierend auf einem Standardgerät ist Syslogic dank der hauseigenen Entwicklung und Fertigung in der Lage innert weniger Wochen ein Testgerät herzustellen, das die vom Kunden gewünschten Funktionen enthält.

Bachmann erklärt, wie die Zusammenarbeit mit Syslogic zustande kam: «Das modulare Konzept von Syslogic hat uns auf Anhieb überzeugt.» Zudem verfüge Syslogic nicht nur über das nötige Know-how in Sachen Hardware, sondern auch in Sachen Software, führt Bachmann aus. Damit sei Syslogic das einzige Unternehmen gewesen, das innert so kurzer Zeit ein passendes Ersatz-Panel für Kern geboten habe.

Mustergerät: Syslogic produziert basierend auf Standardprodukt ersten Panel Computer

Die Kern AG hat sich für Syslogic entschieden. Innert kurzer Zeit sind die abgekündigten HMI-Systeme durch neue zu ersetzen. Um den straffen Zeitplan einzuhalten, machen sich die Syslogic Soft- und Hardware-Ingenieure umgehend daran, ein Testgerät aufzusetzen. Als Basis dafür dient ein herkömmliches 15-Zoll-Aufbau-Panel aus der PCT Serie (Projektiv Kapazitiv Touch Panel Serie). Als Rechner setzt Syslogic auf den eigenen IPC/COMPACT7, der mit seinem Atom-Prozessor die ideale Plattform für Linux-Anwendungen bietet.

Die Herausforderung besteht darin, die in die Jahre gekommene Steuerungs-Software auf den modernen Panel Computern zum Laufen zu bringen. In der Entwicklungsabteilung entscheidet man sich für ein Linux-Betriebssystem als Basis. Über eine Virtual Machine wird die passende Laufzeitumgebung für die DOS- oder Windows-NT-Anwendung geschaffen. Dr. Ivo Trajkovic, Software-Ingenieur bei Syslogic, erklärt: «Damit sich die alte Software mit der neuen Hardware verträgt, wird ein virtueller Computer dazwischengeschaltet». Dabei handle es sich um eine Lösung, die Syslogic bereits bei zahlreichen Retrofit-Projekten erprobt habe, sagt Trajkovic.

Nach der Installation der Virtual Machine bedarf es Detailarbeit. Trajkovic passt den Linux-Kernel an und stimmt den Touch-Controller, die seriellen Schnittstellen sowie die grafische Benutzeroberfläche (GUI) auf die Software ab. Dadurch erreicht er, dass die Kern-Software stabil funktioniert. Anschließend wird das HMI-System zu Kern geliefert, um es dort an den verschiedenen Maschinentypen zu prüfen.

Testphase: Erster Touch Panel Computer wird an Kuvertiermaschine getestet

Syslogic Vertriebsleiter Florian Egger liefert das Testgerät ins Kern-Werk nach Stalden, nahe Bern. In der dortigen Testabteilung wird insbesondere die Software-Kompatibilität des HMI-Systems geprüft. Markus Bachmann, der die Tests bei Kern begleitet, meint dazu: «Während dieser ersten Phase ist es für uns elementar, herauszufinden, ob unsere bestehende Software tatsächlich eins zu eins übernommen werden kann.» Schnittstellen, Schalter, Halterung und Kabel seien gemäß Bachmann zu diesem Zeitpunkt noch zu vernachlässigen.

Die Kern-Ingenieure schließen das Standard-Touch-Panel an Testmaschinen der Typen K2500 und K3500 an. Je nach Maschine statten sie das Touch Panel mit unterschiedlich programmierten CFast-Flash-Karten aus. Die K2500 benötigt die DOS-Version, die K3500 die Windows-NT-Version. Über mehrere Tage simuliert Kern den Betrieb, um mögliche Schwächen des HMI-Systems oder der Software auszumachen. Bachmann meint nach den ersten erfolgreichen Tests: «Die Syslogic Software-Ingenieure haben ganze Arbeit geleistet.» Gemäß Bachmann bedürfe es noch Detailarbeit, doch die Idee mit dem Linux-System und der Virtual-Machine für die DOS-Anwendung funktioniere. Damit habe das Projekt die erste große Hürde genommen.

  • <p>Das Standard-HMI-System aus Syslogic’s Projektiv Kapazitiv Touch Panel Serie wurde mit kundenspezifischer Software ausgestattet. Im Testcenter von Kern am Standort Stalden wird der Touch Panel Computer an den Kuvertiermaschinen getestet.</p>

    Das Standard-HMI-System aus Syslogic’s Projektiv Kapazitiv Touch Panel Serie wurde mit kundenspezifischer Software ausgestattet. Im Testcenter von Kern am Standort Stalden wird der Touch Panel Computer an den Kuvertiermaschinen getestet.

  • <p>Ein Mitarbeiter von Kern simuliert den Alltagsbetrieb im Testcenter.</p>

    Ein Mitarbeiter von Kern simuliert den Alltagsbetrieb im Testcenter.

  • <p>Markus Bachmann, technischer Projektleiter bei Kern, leitet die Tests an der Maschine.</p>

    Markus Bachmann, technischer Projektleiter bei Kern, leitet die Tests an der Maschine.

  • <p>Dr. Ivo Trajkovic ist Software-Ingenieur bei Syslogic. Um die MS-DOS-Software auf den modernen Touch Panels zum Laufen zu bringen, installiert er auf dem Linux-Betriebssystem eine Virtual Machine</p>

    Dr. Ivo Trajkovic ist Software-Ingenieur bei Syslogic. Um die MS-DOS-Software auf den modernen Touch Panels zum Laufen zu bringen, installiert er auf dem Linux-Betriebssystem eine Virtual Machine

  • <p>Ein Standardpanel aus der PCT Serie (Projektiv Kapazitiv Touch Panel Serie) wird mit einer provisorischen Test-Software bestückt.</p>

    Ein Standardpanel aus der PCT Serie (Projektiv Kapazitiv Touch Panel Serie) wird mit einer provisorischen Test-Software bestückt.

  • <p>Das Standard-HMI-System aus Syslogic’s Projektiv Kapazitiv Touch Panel Serie wurde mit kundenspezifischer Software ausgestattet. Im Testcenter von Kern am Standort Stalden wird der Touch Panel Computer an den Kuvertiermaschinen getestet.</p>
  • <p>Ein Mitarbeiter von Kern simuliert den Alltagsbetrieb im Testcenter.</p>
  • <p>Markus Bachmann, technischer Projektleiter bei Kern, leitet die Tests an der Maschine.</p>
  • <p>Dr. Ivo Trajkovic ist Software-Ingenieur bei Syslogic. Um die MS-DOS-Software auf den modernen Touch Panels zum Laufen zu bringen, installiert er auf dem Linux-Betriebssystem eine Virtual Machine</p>
  • <p>Ein Standardpanel aus der PCT Serie (Projektiv Kapazitiv Touch Panel Serie) wird mit einer provisorischen Test-Software bestückt.</p>

Produktionsdaten: Vorbereitung zur Fertigung der ersten Prototypen

Die Syslogic Software-Ingenieure lassen aufgrund der Ergebnisse der rund zweiwöchigen Testphase bei Kern Anpassungen und Verbesserungen ins Linux-Betriebssystem einfließen. Gleichzeitig arbeiten die Konstrukteure und Hardware-Ingenieure auf Hochtouren und bereiten die Prototypenfertigung vor.

Der neue Touch Panel Computer soll zu hundert Prozent kompatibel mit der Vorgängerlösung sein. Um das zu garantieren, stellt Syslogic sicher, dass sämtliche Kabel und Schnittstellen sowie die Aufnahme für die Flanschhalterung übereinstimmen. Eine Eigenheit bei den Kern-HMI-Systemen ist die Speisung. Anstelle der für die Industrie üblichen 24 Volt arbeitet Kern mit einer Speisung von 230 Volt. Um sicherzustellen, dass die Touch Panel Computer auch bei Speisungsschwankungen, wie sie in gewissen Ländern vorkommen, zuverlässig funktionieren, entscheidet sich Syslogic für ein Netzteil, das für Spannungen von 110 bis 240 Volt ausgelegt ist.

Parallel zur Arbeit der Ingenieure kümmern sich die Einkäufer darum, dass sämtliche zugekauften Komponenten, beispielsweise die Schalter oder das nach den Zeichnungen von Syslogic konstruierte Gehäuse, rechtzeitig im Syslogic Fertigungswerk nahe Dresden eintreffen, um die Produktion termingerecht zu starten.

  • <p>Die Syslogic Konstrukteurin zeichnet im CAD-Programm das Gehäuse des HMI-Systems.</p>

    Die Syslogic Konstrukteurin zeichnet im CAD-Programm das Gehäuse des HMI-Systems.

  • <p>Software-Ingenieur Ivo Trajkovic passt das Linux-Betriebssystem für das HMI-System aufgrund der Testergebnisse an.</p>

    Software-Ingenieur Ivo Trajkovic passt das Linux-Betriebssystem für das HMI-System aufgrund der Testergebnisse an.

  • <p>Sämtliche CPU-Boards für die HMI-Systeme bestückt Syslogic selbst. Die Bestückungsmaschine in Aktion</p>

    Sämtliche CPU-Boards für die HMI-Systeme bestückt Syslogic selbst. Die Bestückungsmaschine in Aktion

  • <p>Bestückte Boards der Compact 71 Serie, wie sie in den Touch Panel Computern für Kern eingesetzt werden.</p>

    Bestückte Boards der Compact 71 Serie, wie sie in den Touch Panel Computern für Kern eingesetzt werden.

  • <p>Die Syslogic Konstrukteurin zeichnet im CAD-Programm das Gehäuse des HMI-Systems.</p>
  • <p>Software-Ingenieur Ivo Trajkovic passt das Linux-Betriebssystem für das HMI-System aufgrund der Testergebnisse an.</p>
  • <p>Sämtliche CPU-Boards für die HMI-Systeme bestückt Syslogic selbst. Die Bestückungsmaschine in Aktion</p>
  • <p>Bestückte Boards der Compact 71 Serie, wie sie in den Touch Panel Computern für Kern eingesetzt werden.</p>

Erstfertigung: Die HMI-Systeme für Kern werden hergestellt

Das definitive Board Support Package ist erstellt. Das CPU-Board ist aufbauend auf einem Syslogic Standardprodukt entworfen. Das Gehäuse ist durch ein Partnerunternehmen gefertigt. Syslogic beginnt mit der Fertigung der ersten Prototypen.

Die CPU-Boards entnimmt Syslogic der eigenen Compact 71 Serie, die mit ihren leistungsstarken Intel-Atom-Prozessoren ideal für anspruchsvolle Anwendungen geeignet ist. Die CFast-Flash-Karten, auf denen das Betriebssystem mit dem dazugehörigen Board Support Package installiert ist, werden eingesetzt. Die Computer sind nun betriebsbereit und werden im Gehäuse installiert. Bevor die Touch-Sensoren eingesetzt werden, unterzieht Syslogic die Computer einem ausgiebigen Burn-In-Test. Roger Gimmi, Produktionsleiter bei Syslogic erklärt: «Die Geräte werden intensiven Temperaturschwankungen ausgesetzt und durchlaufen während 72 Stunden rund 200 Kaltstarts.» Laut Gimmi würden dank diesen Tests Feldausfälle erfolgreich vermieden.

Nachdem die Computer die Tests bestanden haben, folgt der letzte Arbeitsschritt. Die Touchscreens, welche Syslogic von einem langjährigen Partnerunternehmen einkauft, werden mit dem Computer verschraubt. Anschließend würden gemäß Gimmi sämtliche Touch-Funktionen getestet. Wenn die Touch Panel Computer auch diesen Test bestanden haben, werden sie verpackt und nach Stalden zu Kern geliefert.

  • <p>Die Ingenieure von Kern begutachten den ersten Prototypen des neuen Touch Panel Computers.</p>

    Die Ingenieure von Kern begutachten den ersten Prototypen des neuen Touch Panel Computers.

  • <p>Die Projektleiter Rolf Nussbaum und Markus Bachmann sind mit dem Ergebnis zufrieden. Sie sagen: «Der Touch Panel Computer erfüllt all unsere Anforderungen.»</p>

    Die Projektleiter Rolf Nussbaum und Markus Bachmann sind mit dem Ergebnis zufrieden. Sie sagen: «Der Touch Panel Computer erfüllt all unsere Anforderungen.»

  • <p>Die Syslogic Panels bewähren sich – die bestehende Software konnte übernommen werden.</p>

    Die Syslogic Panels bewähren sich – die bestehende Software konnte übernommen werden.

  • <p>Der Syslogic Touch Panel Computer an der Kuvertiermaschine K3500 angebracht.</p>

    Der Syslogic Touch Panel Computer an der Kuvertiermaschine K3500 angebracht.

  • <p>Die Touch Panel Computer für Kern in der Serienproduktion.</p>

    Die Touch Panel Computer für Kern in der Serienproduktion.

  • <p>Die Ingenieure von Kern begutachten den ersten Prototypen des neuen Touch Panel Computers.</p>
  • <p>Die Projektleiter Rolf Nussbaum und Markus Bachmann sind mit dem Ergebnis zufrieden. Sie sagen: «Der Touch Panel Computer erfüllt all unsere Anforderungen.»</p>
  • <p>Die Syslogic Panels bewähren sich – die bestehende Software konnte übernommen werden.</p>
  • <p>Der Syslogic Touch Panel Computer an der Kuvertiermaschine K3500 angebracht.</p>
  • <p>Die Touch Panel Computer für Kern in der Serienproduktion.</p>

Serienfertigung: Erste HMI-Systeme im Einsatz, Fertigung läuft an
Die vier ersten Prototypen werden bei Kern in Kuvertiermaschinen des Typs K3500 eingebaut. Markus Bachmann, einer der leitenden Ingenieure bei Kern, freut sich, dass die neuen HMI-Systeme reibungslos funktionieren. Er meint dazu: "Zusammen mit Syslogic als starke Partnerin haben wir das geschafft, was anfänglich unmöglich schien. Innerhalb weniger Monate wurde ein vollwertiger Ersatz für die bestehenden Touch Panels entwickelt." Bachmann ergänzt, dass nicht nur die Zeit- sondern auch die Kostenvorgaben von Kern ehrgeizig gewesen seien und dass die Realisierung nur durch die clevere Komponentenbauweise von Syslogic möglich geworden sei.
Entsprechend konnte ein Standard-HMI-System als Basis verwendet werden. Anstelle einer kompletten Neuentwicklung hat Syslogic lediglich ein vorhandenes HMI-System so angepasst, dass es den Anforderungen von Kern entspricht. Florian Egger, Vertriebsleiter bei Syslogic, sagt: "Unser Systemansatz beweist, dass kundenspezifische Anpassungen nicht zwingend in einer langen Entwicklungsphase und in Kostenexzessen enden müssen."

Während die ersten Touch Panels bereits im Einsatz stehen, läuft bei Syslogic in Dresden die Serienfertigung an. Der erste Abruf beträgt 30 Exemplare. Jährlich wird Kern rund 150 Exemplare nachfragen. Einerseits werden die neuen Kuvertiermaschinen mit den Panel Computern ausgestattet, andererseits werden die Vorgänger-Panels bei einem Ausfall ersetzt. Bachmann dazu: «Die Syslogic Touch Panels sind wesentlich widerstandsfähiger als die alten Panels, zudem verfügen sie dank ihrem Industriedesign über eine wesentlich längere Lebensdauer.»
Syslogic Vertriebsleiter Egger meint abschließend: «Das Beispiel Kern zeigt, wie flexibel Syslogic auf Kundenwünsche reagieren kann». Mit dieser Flexibilität, dem langjährigen Know-how und mit tiefen Gesamtinvestitionskosten wolle Syslogic ihre Marktpräsenz weiter ausbauen, sagt Egger.

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