Innovative UPS-Lösungen für AI-Bahn-Bordcomputer: Sicherstellung Ihrer On-Track-Leistung

Der Einsatz von künstlicher Intelligenz (KI) in Eisenbahnsystemen ist im Vormarsch. Dennoch kann die Einführung von KI-Rechenmodulen in Industriecomputern zu einem erheblichen Anstieg des Gesamtstromverbrauchs führen, der 300 W übersteigen kann. Dieser erhöhte Stromverbrauch stellt eine besondere Herausforderung bei der Entwicklung einer effektiven unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV) für eine zuverlässige Notstromversorgung dar.

Eisenbahnsysteme waren schon immer wichtige Transportmittel, auf die die Menschen angewiesen sind. In den letzten Jahren wurde weltweit ein verstärktes Augenmerk auf Energieeffizienz und Kohlenstoffreduzierung gelegt, was die Länder dazu veranlasste, der Modernisierung ihrer Eisenbahnnetze Priorität einzuräumen. Die Internationale Energieagentur (IEA) hat in ihrem öffentlichen Bericht ausdrücklich darauf hingewiesen, dass bei einer Verdoppelung des Passagier- und Containeraufkommens bis 2050, wie prognostiziert, ein erhöhter Energiebedarf entstehen wird, der zu einem Anstieg der Kohlendioxidemissionen und einer Verschärfung der Luftverschmutzung führt. Eine weitere Verlagerung auf die Schiene hat das Potenzial, diesem Trend entgegenzuwirken.

In verschiedenen Branchen gibt es einen bemerkenswerten Trend zur Integration von KI als Mittel zur Erzielung "intelligenter" Verbesserungen, mit dem übergreifenden Ziel, Technologie für präzise Berechnungen, aufschlussreiche Analysen und Vorhersagefähigkeiten zu nutzen, um die Effizienz zu steigern und den Kohlendioxidausstoß zu verringern. Parallel dazu macht der Eisenbahnsektor große Fortschritte bei der Integration von KI, um Eisenbahnsysteme zu entwickeln, die Sicherheit, Intelligenz und Effizienz in den Vordergrund stellen. Claus Bahlmann, Leiter des KI-Forschungsteams bei Siemens Mobility, wies auf die zunehmende Komplexität von Bahnsystemen hin, verbunden mit Einschränkungen bei den Kosten und der Erweiterung der Infrastruktur, während gleichzeitig ein ununterbrochener Bahnbetrieb gewährleistet werden muss. Bei der Bewältigung dieser Herausforderungen erweist sich KI als Dreh- und Angelpunkt bei der Realisierung der Bahnautomatisierung.

KI-gestützte Bahnsysteme sind eine Fundgrube von Vorteilen mit erheblichem Marktpotenzial. Claus hat die Vorteile der KI-Integration in die Eisenbahninfrastruktur eingehend untersucht, darunter eine deutliche Verringerung der Ausfallzeiten aufgrund von Wartungsarbeiten und anderen Faktoren. Diese Technologie erhöht auch die Flexibilität bei der Fahrplangestaltung, insbesondere während der Hauptverkehrszeiten. Darüber hinaus bietet die Integration von Fahrzeugkameras den Fahrgästen zusätzlichen Komfort, da sie die Fahrzeugauslastung einschätzen und fundierte Entscheidungen zum Einsteigen treffen können. Claus ist sich der anhaltenden Herausforderungen auf dem Weg zur vollständigen Automatisierung des Schienenverkehrs bewusst, hat aber auch eine Vision für die Zukunft der Verkehrssysteme, die sich durch erhöhte Flexibilität, unerschütterliche Zuverlässigkeit und ein höheres Maß an Fahrgastkomfort auszeichnet. Diese Vision deckt sich nahtlos mit den sich wandelnden Bedürfnissen der modernen Pendler.

Angetrieben von der anhaltenden Nachfrage nach Transportsystemen, die sich durch Sicherheit, Effizienz, Kosteneffizienz, Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit auszeichnen, ist der globale Markt für Bahnautomatisierung für eine weitere Expansion in den kommenden Jahren gerüstet. Laut dem neuesten Bericht des internationalen Forschungsinstituts "The Business Research Company" wird der globale Markt für Bahnautomatisierung im laufenden Jahr voraussichtlich ein Volumen von 9,79 Mrd. USD erreichen und bis 2027 auf 13 Mrd. USD anwachsen, angetrieben durch eine robuste jährliche Wachstumsrate (CAGR) von 7,4%. Was die regionale Dominanz betrifft, so wird erwartet, dass Westeuropa den Markt anführt, dicht gefolgt von der Region Asien-Pazifik.

Auch wenn "KI" wie ein Modewort erscheinen mag, unterstreicht ihre Anwendung in Eisenbahnsystemen, bei denen die Sicherheit vieler Menschen auf dem Spiel steht, die überragende Bedeutung von Stabilität, insbesondere auf dem Weg zu vollständig unbemannten Systemen. Die gesuchte Lösung, die den Erwartungen der Akteure in der Branche gerecht wird, ist ein System, das sich durch einfache Installation, Benutzerfreundlichkeit und Widerstandsfähigkeit gegenüber widrigen Umweltbedingungen und unwegsamem Gelände auszeichnet. In Anbetracht dieser kritischen Kriterien haben sich Industriecomputer zu einer führenden Wahl entwickelt. Industriecomputer zeichnen sich durch längere Lebenszyklen, robuste Stabilität und ein vielseitiges Funktionsspektrum aus, darunter nahtlose Konnektivität mit verschiedenen Peripheriegeräten, Netzwerkfähigkeit und umfassende Stromversorgungsschutzfunktionen.

Im Gegensatz zu Standard-Business-Computern zeichnen sich Industriecomputer durch ihre bemerkenswerte Stabilität und Langlebigkeit in anspruchsvollen Umgebungen aus, was sie zu einer idealen Wahl für eine Vielzahl von Anwendungen macht. Insbesondere Bahnsysteme haben oft mit instabilen Stromquellen zu kämpfen, so dass Industriecomputer aufgrund ihrer robusten Spannungstoleranz für solche Szenarien besonders gut geeignet sind. Betrachten Sie zum Beispiel DFIdie spezielle Lösung RC300-CS, die sorgfältig für Bahnsysteme entwickelt wurde. Er verfügt über einen beeindruckenden Betriebsspannungsbereich, der Schwankungen von 9 V bis 36 V oder 77 V bis 137,5 V aushält.

Diese außergewöhnliche Stabilität ist das Ergebnis einer umfassenden Reihe von Merkmalen, darunter ein erweiterter Betriebstemperaturbereich, ein lüfterloses Design und staub- und wasserdichte Eigenschaften. Dank dieses unermüdlichen Einsatzes hat der RC300-CS mehrere Zertifizierungen erhalten, die mit den EU-Eisenbahnnormen übereinstimmen, z. B. die geschätzte Zertifizierung für elektronische Geräte EN50155, die Brandschutzzertifizierung EN45545 und die Schock-/Vibrationszertifizierung EN61373.

DFI hat mit dem RC300-CS seine Kompetenz in der Entwicklung von Stromversorgungssystemen unter Beweis gestellt und mit der integrierten unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV) mit hoher Wattzahl, die sicherstellt, dass das System auch bei einem Stromausfall bis zu fünf Minuten lang betriebsbereit bleibt, einen neuen Industriestandard gesetzt. Diese Leistung ist besonders bemerkenswert, wenn man bedenkt, dass die Hauptplatine um das Nvidia MXM-Grafikprozessormodul (GPU) erweitert wurde, das die Grafikverarbeitung für KI-Vision und maschinelles Lernen beschleunigen soll. Diese Erweiterung erhöht den Gesamtstromverbrauch erheblich und stellt eine Herausforderung für die USV-Ladung dar.

Die Hauptplatine des RC300-CS-Systems arbeitet mit einer Eingangsspannung von 12 V, wobei die USV drei Sätze von Lithiumbatterien enthält, die einen Stromkreis bilden, der bei voller Ladung etwa 12,6 V erreichen kann. Unter Standardbedingungen erreicht die USV möglicherweise nicht die volle Ladung. Obwohl sie theoretisch in der Lage ist, bei Stromunterbrechungen mindestens 12 V zu liefern, kann die an das System gelieferte Endspannung aufgrund von Verlusten im Entladungspfad geringer sein.

Da die RC300-CS das MXM-Modul mit einer maximalen Leistungsaufnahme von 115 W unterstützt, kann die Leistungsaufnahme des Gesamtsystems bei Integration des Motherboards auf 300 W ansteigen. Bei unzureichenden Spannungsniveaus besteht die Gefahr, dass das System aufgrund einer unzureichenden Stromversorgung abgeschaltet wird.

Eine der gebräuchlichsten Methoden, um eine volle Ladung einer USV zu erreichen, ist das Hinzufügen einer Boost-Schaltung. Dieser Ansatz führt jedoch nicht nur zu einem erhöhten Stromverbrauch, sondern auch zu einer übermäßigen Wärmeentwicklung, die größere Risiken für das System mit sich bringen und die Gesamtkosten in die Höhe treiben kann. In Fällen, in denen das Design unverändert bleibt, greifen viele andere ähnliche Produkte in der Branche auf die Begrenzung der Gesamtleistung oder das Entfernen des MXM-Moduls zurück, um solche Probleme zu vermeiden. Diese Methoden der Leistungsbegrenzung oder der Entfernung des Moduls sind jedoch mit Unannehmlichkeiten bei der Systembereitstellung und -nutzung verbunden und beeinträchtigen zudem das Benutzererlebnis.

Als Antwort auf diese Herausforderung, DFIhat das Stromversorgungs-Team eine spezielle Architektur entwickelt, um das Problem effektiv zu lösen. Die in die RC300-CS integrierte USV gewährleistet die unterbrechungsfreie Sicherheit der Züge, während sie gleichzeitig die Kostenwettbewerbsfähigkeit aufrechterhält oder sogar verbessert.

Neben der Nutzung von Forschung und Entwicklung zur Verbesserung der Produktstabilität hat das Unternehmen eine umfangreiche Sammlung modularer Schaltungen zusammengestellt, DFI diese Fundgrube umfasst mehr als 200 verschiedene Modulschaltungen, die jeweils spezifische Funktionen erfüllen. Diese modularen Schaltungen untermauern nicht nur DFIdie modularen Schaltkreise untermauern nicht nur das kontinuierliche Qualitätsstreben des Unternehmens, sondern festigen auch seine führende Position in der Branche.

Modulare Schaltungen spielen eine zentrale Rolle bei der Standardisierung früherer Schaltungsdesigns, die integrierte Schaltungen (ICs) und eine Vielzahl von Materialien umfassen. Diese Schaltungen sind sorgfältig vordefiniert und vereinfachen den Forschungs- und Entwicklungsprozess (F&E), indem sie es den Teammitgliedern ermöglichen, die entsprechende Schaltung auf der Grundlage der Funktionen und Spezifikationen der Produkteinheit schnell zu finden. Dieser Ansatz ähnelt auffallend der Verwendung von "Bausteinen" beim Entwurf elektrischer Schaltungen. Die Nutzung modularer Schaltungen in Verbindung mit der Auto Bill of Materials (BOM) hat das Potenzial, die Forschung und Entwicklung erheblich zu beschleunigen und die Erstellung von BOMs von Tagen auf wenige Stunden zu reduzieren.

Darüber hinaus werden diese Module einer gründlichen Prüfung und Verfeinerung unterzogen, die von einem speziellen Team überwacht wird, das für die Verwaltung und Aktualisierung der Modulversionen verantwortlich ist. Dieser rigorose Ansatz ist ein starker Katalysator für die Verbesserung der gesamten Produktqualität. Besonders ausgeprägt ist diese Auswirkung bei der Entwicklung von Stromversorgungen, wo herkömmliche Methoden oft zeit- und arbeitsintensive, wiederholte Tests zur Validierung erfordern. Modulare Schaltungen rationalisieren diese mühsamen Validierungsprozesse effektiv.

Mit Blick auf die Zukunft sind aufkommende Technologien wie Edge AI und Künstliche Intelligenz der Dinge (AIoT) nicht auf Eisenbahnsysteme beschränkt, sondern werden zunehmend zu einem integralen Bestandteil unseres täglichen Lebens. Um den Fortschritt dieser Spitzentechnologien voranzutreiben und ihren hohen Anforderungen an die Rechenleistung gerecht zu werden, ist es von größter Bedeutung, sie strengen Tests zu unterziehen. Diese Tests umfassen wesentliche Aspekte wie Systembetriebsstabilität, Wärmemanagement und Stromverbrauch.

In den kommenden Jahren wird bei der Forschung und Entwicklung von Industriecomputern der Schwerpunkt auf der Aufrechterhaltung von Stabilität und Qualität liegen, während gleichzeitig ein geringerer Platzbedarf, schnellere Verarbeitungsgeschwindigkeiten und eine höhere Produktivität erreicht werden. Aufbauend auf seinen bestehenden Stärken und Vorteilen, DFI ist bestrebt, seine F&E-Bemühungen weiter zu verstärken. Dazu gehört auch die Einbindung intelligenter Fabrikverfahren in die Produktionsprozesse, die die Optimierung der Kosten- und Betriebseffizienz fördern. Das übergreifende Ziel ist die Festigung der DFIist es, seine Position als führender Partner für industrielle KI und intelligente Transformation in der Zukunft zu festigen.

AI Edge Computing in der Eisenbahn: RC300-CS mit MXM und 5G

DFIder RC300-CS ist ein hochmoderner, lüfterloser Bahncomputer, der mit KI-Funktionen ausgestattet ist. Angetrieben von Intel® 9th/8th Gen Core™ Prozessoren und durchdacht integriert mit NVIDIA MXM-Modulen, zeichnet sich der RC300-CS durch die Beschleunigung der Grafikverarbeitung für KI-gesteuerte Bildverarbeitungs- und Machine-Learning-Anwendungen aus. Darüber hinaus ermöglicht seine 5G-Fähigkeit Echtzeitkommunikation und schnelle Reaktionen, insbesondere an den Rändern des Bahnbetriebs.

Der RC300-CS ist ein leistungsstarkes Wunderwerk, das unschätzbare Unterstützung für fortschrittliche Fahrerassistenz, vorausschauende Risikobewertung, Gleis- und Stromabnehmerdiagnose sowie Onboard-Überwachung bietet. Gleichzeitig erhöht es den Komfort und die Sicherheit der Fahrgäste inmitten des immer komplexer werdenden Bahnbetriebs.

Erweiterte A.I. New Force von MXM

In der dynamischen Welt der fahrenden Eisenbahnen sind die Anforderungen der KI-Vision und des maschinellen Lernens von einer großen Menge an Bildern und Daten abhängig. Dies unterstreicht die wachsende Unverzichtbarkeit der GPU-Technologie bei der Gestaltung der Zukunft der Eisenbahn. Die RC300-CS, ausgestattet mit einem beeindruckenden MXM3.1-Modul, bietet eine beeindruckende Verarbeitungsleistung mit bis zu 150 W Leistung, 3072 CUDA-Kernen und 64 TFlops. Diese Fähigkeiten machen ihn zu einer beeindruckenden Kraft, die mehr als in der Lage ist, die Rechenanforderungen von Aufgaben des autonomen Fahrens zu bewältigen.

Darüber hinaus zeichnet sich der RC300-CS durch sein kompaktes und robustes Design aus, das für eine optimale Wärmeableitung ausgelegt ist. Diese Eigenschaften machen ihn zu einer überlegenen Wahl unter den bahninternen Computern.5G-Ära Gleiche Echtzeit-Datensynchronisation

Bei der Optimierung des zukünftigen Bahn-Ökosystems ist die Fähigkeit, umfangreiche Echtzeitdaten effizient zu übertragen und zu analysieren, von größter Bedeutung. Dies unterstreicht die zentrale Rolle des 5G-Netzes, das für seine Multi-Gigabit-Geschwindigkeiten und außergewöhnlich niedrigen Latenzzeiten bekannt ist. Dieses technische Wunderwerk verbessert die Zusammenarbeit der Geräte und fördert eine nahtlose und hocheffiziente Kommunikation. Es ermöglicht die sofortige Erkennung von Gefahren auf der Strecke und eine schnelle Reaktion im Notfall.

All-inclusive-Funktion und Schnittstelle

Die RC300-CS zeichnet sich durch eine Vielzahl von Funktionen aus. Zusätzlich zur Unterstützung von vier 15-W-M12-PoE-Ports (Power over Ethernet) und isolierten 2-kV-DIO-Schnittstellen (Digital Input/Output) bietet er zahlreiche robuste E/A-Optionen. Darüber hinaus ist der RC300-CS mit mehreren M.2- und Mini-PCIe-Steckplätzen ausgestattet, die eine nahtlose Integration von LTE-, 5G-, WiFi-, GNSS-, CAN-Bus- und MVB-Funktionalitäten ermöglichen. Darüber hinaus sind vier externe 2,5″ Solid State Drives (SSD) integriert, die eine große Datenspeicherkapazität gewährleisten und den Betrieb von Disk-Arrays erleichtern. Diese umfassende Auswahl an E/A-Optionen ist so konzipiert, dass sie eine Reihe von Systemanforderungen erfüllt, sei es für Anwendungen am Wegesrand oder an Bord des Fahrzeugs im Bereich des Zugbetriebs.

Hervorragender Stromversorgungsschutz

Im Bereich der Bahnsysteme wechselt die elektronische Stromversorgung häufig zwischen verschiedenen Quellen, was zu Spannungsschwankungen führt, die ein Stabilitätsrisiko darstellen. Der Vorgang des Ein- und Ausschaltens des Systems stellt eine besondere Schwachstelle dar, da der Umrichter möglicherweise erheblichen Spannungsschwankungen und dem Risiko einer Beschädigung ausgesetzt ist. Um diesen Problemen vorzubeugen, verfügt der RC300-CS über eine Power Ignition-Funktion, die einen zuverlässigen Betrieb über einen weiten und ununterbrochenen Spannungsbereich von 9-36 V oder 77-137,5 V gewährleistet. Dieses widerstandsfähige Design fungiert als Schutzschild gegen potenzielle Schäden.

Perfektes Gleichgewicht zwischen hoher Leistung und Wärmeableitung

Der Betrieb von Schienenfahrzeugen ist oft mit erheblichen Temperaturschwankungen konfrontiert, und die finanziellen Auswirkungen von Computerausfällen in der Bahn können beträchtlich sein. Hier kommt der RC300-CS ins Spiel, eine herausragende Lösung mit bemerkenswerten Wärmeableitungseigenschaften. Er kann nicht nur in schwierigen Umgebungen eingesetzt werden, sondern behält auch seine optimale Funktionalität über ein breites Temperaturspektrum von -25°C bis 70°C bei. Ob unter dem Fahrer- oder dem Beifahrersitz positioniert, es funktioniert nahtlos, ohne dass aktive Lüfter erforderlich sind.

Erreichen Sie den unzerbrechlichen Standard

Der RC300-CS ist stolz darauf, die Zertifizierungen der Eisenbahnnormen der Europäischen Union zu besitzen, einschließlich der Zertifizierung für elektronische Geräte EN50155, der Brandschutzzertifizierung EN45545 und der Zertifizierung für Vibrationen und Stöße EN61373. Diese Zertifizierungen unterstreichen seine Rolle als die ultimative Wahl der Bahnindustrie für eine zuverlässige, sichere und robuste Embedded-Computer-Lösung.

Problem

Herkömmliche USVs können in einem 12-Volt-System nicht vollständig aufgeladen werden, was dazu führen kann, dass sich das System bei einer Unterbrechung der Stromversorgung abschaltet.

Lösung

DFI der USV-Stromkreis der RC300-CSwurde durch eine einzigartige Architektur verbessert, um das Problem der unvollständigen Aufladung zu beheben.

Ergebnis

Bei einem Stromausfall kann das System mindestens 5 Minuten lang weiterarbeiten, wodurch es seinen Kostenvorteil beibehält.

Weitere besondere Merkmale

• Erweiterbare 5G/LTE/4G-Netzwerkfunktionsmodule
• 4 Sätze von 2,5-Zoll-Solid-State-Drive (SSD)-Erweiterungssteckplätzen
• Lüfterloses Design unterstützt einen Temperaturbereich von -25o~70o C (ohne MXM)
• Erfüllt die EU-Zertifizierungen für Eisenbahnstandards, einschließlich der Zertifizierung für elektronische Geräte EN50155, der Brandschutzzertifizierung EN45545 und der Schock-/Vibrationszertifizierung EN61373