Flexible Umsetzung von Industrial Analytics Funktionen auf rekonfigurierbaren Systems-on-Chip (rSoC) (T01*)

• Fachliche Zuordnung: Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 160364472

Industrial Analytics bezeichnet den aktuellen Trend in der Automatisierungstechnik, eine Vielzahl von Messwerten von Maschinen und aus Produktionsprozessen zu erfassen und zu analysieren, um einen Mehrwert für den zukünftigen Betrieb zu erzeugen. Das Unternehmen Weidmüller positioniert sich auf diesem Geschäftsfeld und setzt im Bereich der Embedded Analytics, d.h. der Umsetzung von Analysefunktionen direkt in den Automatisierungsgeräten innerhalb einer Produktionsanlage, rekonfigurierbare System-on-Chip (rSoC) ein. Die Herausforderungen beim Einsatz von rSoC für Industrial Analytics sind einerseits die benötigte Flexibilität in der Systemauslegung und andererseits die zunehmende Heterogenität der rSoC-Plattformen. Flexibilität wird beim Entwurf benötigt, da die Funktionen der Industrial Analytics anwendungsspezifisch ausgewählt, konfiguriert und zusammengestellt werden müssen. Dabei ist eine flexible Systemauslegung auf dem rSoC sehr wichtig, um rasch Entwurfsalternativen bewerten und den gewünschten Entwurf als Hardware/Software-Implementierung umsetzen zu können. Flexibilität wird aber auch während der Laufzeit benötigt, um die rSoC-Ressourcen unter sich ändernden Lasten effizient nutzen zu können. Die technologische Entwicklung bei rSoC-Plattformen geht hin zu stärker heterogeneren Architekturen. Diese versprechen zwar eine verbesserte Leistungsfähigkeit, machen aber den Entwicklungsprozess und den Entwurf von Laufzeitmethoden für eine effiziente Nutzung der Ressourcen deutlich komplexer. Die Kombination von zunehmender Dynamik der Aufgaben und Heterogenität der zugrundeliegenden Architekturen ist auch das Leitthema der wissenschaftlichen Grundlagenforschung im Teilprojekt C2 des SBF 901 ”On-The-Fly Computing". Dort untersuchen wir neuartige Architekturen und Programmiermodelle für heterogene Rechenknoten. Insbesondere entwickeln wir Verfahren für die transmodale und heterogene Migration, bei der Funktionen zwischen Software und Hardware, aber auch zwischen verschiedenen Prozessortypen, verschoben werden können, um Ausführungszeit und Energieaufnahme zu optimieren. In diesem Transferprojekt wollen wir folgende Ziele erreichen: (i) Wir werden wesentliche Funktionen der Industrial Analytics charakterisieren und für eine rSoC-Implementierung geeignete Hardware/Software-Partitionierungen entwerfen. (ii) Wir werden Architekturen und Programmierumgebungen entwickeln, um die transmodale und heterogene Migration auf rSoC für Industrial Analytics Funktionen zu ermöglichen. (iii) Die Umsetzbarkeit und Leistungsfähigkeit der entwickelten Methoden werden wir an zwei industriellen Demonstratoren, einer Spritzgussmaschine und einem Industrie-Router, experimentell nachweisen.

• DFG-Verfahren: Sonderforschungsbereiche (Transferprojekt)
• Teilprojekt zu: SFB 901: On-The-Fly Computing - Individualisierte IT-Dienstleistungen in dynamischen Märkten
• Antragstellende Institution: Universität Paderborn
• Unternehmen: Weidmüller Interface GmbH & Co. KG
• Teilprojektleiter: Professor Dr. Marco Platzner