Con uno Starter Kit per Raspberry Pi di livello industrial, Kontron pone le basi per l'uso industriale e commerciale della piattaforma Raspberry Pi in aziende e organizzazioni. La scheda, diffusa come PC per hobbisti e ampiamente utilizzata come piattaforma sperimentale, può davvero acquisire punti con la sua immagine a buon mercato rispetto ai PC industriali standard di alta qualità? I requisiti nell'uso industriale in termini di prestazioni, affidabilità e disponibilità a lungo termine sono molto spesso superiori a quelli dei laboratori universitari o delle hobby rooms.
Secondo l'esperienza di Kontron Electronics (precedentemente exceet electronics di Ebbs in Austria e ora parte di Kontron e S&T Group), l'ascesa del Raspberry Pi è davvero inarrestabile. Ciò ha meno a che fare con il fatto che è tecnologicamente unico, ma piuttosto con il fatto che è ben noto e affermato tra i nuovi dispositivi professionali. In questo è paragonabile ai prodotti Microsoft Office o Adobe: i prodotti economici di livello base sono per loro stessa natura molto popolari nelle scuole e nelle università a scopo didattico. Successivamente, nel perseguire una carriera, questa esperienza li rende convenienti per le aziende dal punto di vista della formazione. Pertanto, spesso si accontentano, loro malgrado, di un software commerciale sconosciuto.
Questa è anche l'esperienza che Kontron Electronics ha avuto in circa cinque anni: i progetti forniti dai clienti sono sempre più basati su prototipi sperimentali di Raspberry Pi. Gli ingegneri e gli sviluppatori lato client sono stati formati su questa piattaforma, ottenendo risultati su piattaforme a basso costo come Raspberry Pi, Arduino o Beagle Board, con Raspberry Pi che rappresenta il ruolo di leader. La stessa Kontron Electronics non è del tutto estranea a questo sviluppo, in quanto Raspberry Pi viene spesso utilizzato per tesi di laurea e master supportati dalla società.
UTENTI E SVILUPPATORI LATO CLIENT RICHIEDONO RASPBERRY
Kontron Electronics ha molti anni di esperienza nella selezione della giusta piattaforma embedded per le esigenze dei clienti e nel portare un progetto esistente verso la produzione in serie. Questo spesso significa che i progetti completi basati su Raspberry Pi necessitavano di essere sviluppati da zero in termini di hardware e software al fine di ottenere un processore industriale e una piattaforma on-board per la produzione in serie. Le spese finanziarie e legate al tempo per i clienti erano di conseguenza elevate, il time-to-market del prodotto - dalla prima bozza a una piattaforma pronta per la produzione - altrettanto lungo. Per Kontron Electronics, questa è stata una motivazione sufficiente per impegnarsi a rendere Raspberry Pi come un’alternativa - o piuttosto come un supplemento - alle piattaforme industriali standard.
Nel frattempo, Kontron Electronics ha completato i primi progetti commerciali basati su Raspberry Pi e può trarre le prime conclusioni. Contrariamente all'intuizione, ma non inaspettato da un punto di vista professionale, il basso prezzo iniziale della piattaforma non si traduce in un basso prezzo nel volume di produzione per uso industriale. È stato dimostrato che per i prototipi basati su Raspberry Pi, convertirli in un prodotto industriale pronto per la produzione in serie richiede una consulenza. In alcuni casi, la piattaforma industriale risultante non è più economica di una piattaforma embedded standardizzata. Kontron Electronics può persino indicare applicazioni in cui, dopo la fase di consulenza, è diventato evidente che un prodotto standard industriale fosse più conveniente per la produzione in serie in generale.
IL PREZZO NON E' SEMPRE A FAVORE DEL RASPBERRY PI
Spesso, tuttavia, il prezzo non è l'unico argomento decisivo: ciò che a volte è più importante per Raspberry è la semplicità di utilizzo del software. Il sistema operativo di Raspberry basato su Linux, Raspbian OS, infatti, è molto semplice da usare. I pacchetti software possono essere facilmente installati successivamente, il che consente di risparmiare tempo. L’embedded Linux, ad esempio, è molto più difficile da installare e amministrare. Anche in questo caso, il perchè della sua semplicità sta nel fatto che il Raspberry era originariamente destinato solo ad un utilizzo nella ricerca e nell'istruzione.
Questo è al centro di un motivo in più per parlare dell'uso di Raspberry: il supporto disponibile da una community mondiale di fan e specialisti, che nessuna azienda commerciale è in grado di offrire. In particolare, il fatto che molti studenti e giovani makers investano le loro conoscenze e competenze in Raspberry, porta a un alto grado di apertura e disponibilità, come nel caso dei social networks, dei quali anche le aziende possono beneficiare.
EMERGENDO DA HOBBYIST CORNER ATTRAVERSO IL SUPPORTO E LA COMMUNITY
Le dimensioni di questa community mostrano anche un ulteriore vantaggio: la piattaforma Raspberry è stata venduta circa 18 milioni di volte complessivamente (agli inizi del 2018). Nessun PC industriale standard può eguagliare le dimensioni di questa base di utenti. Una copertura di test più elevata è praticamente impossibile, e la piattaforma è di conseguenza ben sviluppata, motivo per cui l'immagine "hobbista" non è accurata come spesso si afferma.
La base open source del sistema operativo e molte applicazioni, al contrario, hanno solo un beneficio limitato per gli utenti industriali. Sebbene molte applicazioni siano disponibili con una licenza gratuita, anche qualsiasi codice sorgente adattato deve essere pubblicato con la licenza gratuita. Naturalmente, molte aziende commerciali trovano ciò difficile da realizzare quando il software prodotto da loro deve essere reso disponibile a tutti gratuitamente. La situazione non è molto diversa quando si utilizzano singoli moduli da applicazioni esistenti. Di solito, i programmi derivati da questi moduli devono essere pubblicati a loro volta con una licenza gratuita. Tuttavia, quelli che non dipendono da Linux hanno la possibilità di eseguire Windows IoT Core sulla piattaforma.
SVANTAGGI DA CONSIDERARE
Tuttavia, ci sono anche degli svantaggi nell'ambiente industriale per l'uso di Raspberry Pi, che dovrebbero essere menzionati. Uno è sicuramente la mancanza di standardizzazione rispetto a standard come SMARC ™, COM Express® o Qseven (Figura 1 e Figura 2). Inoltre, il Raspberry è commercializzato solo dalla Raspberry Foundation o dai suoi distributori. Pertanto, non esiste varietà, ad esempio, in termini di prestazioni, consumo energetico o strumenti.
Attualmente sono disponibili solo due generazioni di processori come moduli di calcolo: il Compute Module 1 a partire dal 2014 e il Compute Module 3, che è stato introdotto all'inizio del 2017. Il Raspberry non offre le opzioni del processore Intel®, AMD o NXP per diverse applicazioni. La disponibilità a lungo termine garantita oltre i sette anni, come le offerte di Kontron per molti PC industriali standard, non è disponibile per Raspberry Pi.
Figura 1. Modulo SMARC (Kontron S&T Group)
Figura 2. Moduli Qseven (Kontron S&T Group)
Questi svantaggi mostrano anche perché non è possibile fare una dichiarazione generale su quali applicazioni o settori sono adatti per il Raspberry. La scelta di solito dipende dall'applicazione. Aziende come Kontron Electronics offrono quindi uno "Starter Kit Industriale", che può essere utilizzato per determinare rapidamente se il modulo di elaborazione Raspberry soddisfa i requisiti. Il kit iniziale ha tutte le interfacce comunemente utilizzate nell'industria, come Ethernet, CAN bus, 1-wire e RS485/RS232. Il progetto collaudato del circuito e la connessione di alimentazione industriale standard a 24 Volt garantiscono un utilizzo altamente affidabile. Ulteriori Input/Output industriali analogici e digitali consentono l'integrazione in applicazioni predefinite. Lo Starter Kit può essere utilizzato per abbreviare significativamente il percorso verso il prototipo e quindi verso il prodotto finito.
Figura 3. Caratteristiche tecniche del Compute Module RPi
ESEMPIO DI APPLICAZIONE DEL RASPBERRY PI NEGLI AMBIENTI OSPEDALIERI
In collaborazione con un cliente, Kontron Electronics ha sviluppato una soluzione mobile per la registrazione continua in tempo reale dei dati vitali dei pazienti costretti a letto. Una scatola nascosta, senza contatto, situata sotto il letto d'ospedale, misura e registra costantemente i dati vitali e avvisa infermieri e medici in caso di gravi variazioni. Non è necessario alcun contatto diretto con il paziente per registrare i dati relativi a frequenza cardiaca, frequenza respiratoria, decubito e prevenzione delle cadute. Grazie al funzionamento a batteria, la scatola può essere facilmente installata sotto qualsiasi letto. Durante lo sviluppo dell'hardware, anche i seguenti requisiti tecnici erano in primo piano: supporto Linux - in questo caso era necessario utilizzare Yocto Linux; supporto per diverse interfacce come WLAN, LAN e Bluetooth; elevata potenza di calcolo che consente anche l'apprendimento automatico; nonché l'integrazione di un processore indipendente aggiuntivo per garantire i risultati della misurazione.
CERTIFICAZIONE COME POSSIBILE DISPOSITIVO MEDICO
In generale, il prodotto dovrebbe ovviamente essere certificabile per l'uso in un ambiente clinico: dovrebbe essere approvato come dispositivo medico di Classe 2b, che corrisponde alla seconda classe più alta, come ad esempio l'anestesia e le apparecchiature respiratorie. Dovrebbe, inoltre, essere conforme alla norma EN 60601 che definisce i requisiti di sicurezza ed ergonomici per le apparecchiature mediche elettriche e i sistemi medici. Inoltre, sono richiesti una rapida implementazione, una disponibilità a lungo termine e un buon rapporto qualità-prezzo.
Insieme al cliente, si è deciso di utilizzare il Compute Module 3 per il prodotto. Rispetto ai requisiti, presentava degli svantaggi in termini di consumo energetico e disponibilità a lungo termine. Tuttavia, i vantaggi in termini di potenza computazionale, supporto di Linux e non ultimo nel rapporto qualità-prezzo, hanno compensato gli svantaggi in questo caso.
L'implementazione è stata completata rapidamente grazie allo Starter Kit; i test di compatibilità elettromagnetica del prototipo (che sono i più importanti per gli ambienti clinici) sono stati soddisfacenti sin dall'inizio. Le interfacce potrebbero essere verificate molto rapidamente con il sistema operativo Raspbian. Alcuni problemi sono sorti in merito al trasferimento del prototipo su Yocto Linux, ma sono stati risolti con l'aiuto della community e del know-how professionale dell’S&T Group, di cui fa parte Kontron Electronics.
Il kit di sviluppo per Raspberry Pi di Kontron include una scheda di sviluppo conforme alle specifiche SBC, un Raspberry Pi Compute Module 3 Light e una scheda SD con sistema operativo Raspbian preconfigurato. Con questa offerta, Kontron soddisfa le esigenze del dipartimento di sviluppo di vari settori che sviluppano prototipi basati su Raspberry Pi, ma finora sono stati restii a utilizzare la piattaforma nell’industria a causa della mancanza di un supporto professionale. Inoltre, molte applicazioni e programmi disponibili gratuitamente per Raspberry Pi dalla community open source possono ora essere utilizzati in applicazioni industriali senza ulteriori sforzi di sviluppo.
RIFERIMENTI DOCUMENTAZIONE TECNICA DI SUPPORTO
