Soluciones SAI innovadoras para ordenadores de a bordo ferroviarios AI: Garantizando su rendimiento en la vía

La adopción de la inteligencia artificial (IA) en los sistemas ferroviarios va en aumento. Sin embargo, la introducción de módulos informáticos de IA en los ordenadores industriales puede dar lugar a un aumento sustancial del consumo total de energía, que puede superar los 300W. Este aumento del consumo de energía supone un gran reto a la hora de diseñar un sistema de alimentación ininterrumpida (SAI) que proporcione una energía de reserva fiable.

Los sistemas ferroviarios siempre han sido activos de transporte cruciales de los que dependen las personas. En los últimos años se ha prestado mayor atención a la eficiencia energética y la reducción de las emisiones de carbono en todo el mundo, lo que ha llevado a los países a dar prioridad a la modernización de sus redes ferroviarias. La Agencia Internacional de la Energía (AIE) ha declarado explícitamente en su informe público que si el volumen de pasajeros y contenedores se duplica para 2050, como está previsto, habrá una mayor demanda de energía, lo que provocará un aumento de las emisiones de dióxido de carbono y una contaminación atmosférica exacerbada. Una mayor dependencia de los sistemas ferroviarios tiene el potencial de contrarrestar esta tendencia creciente.

En varias industrias, existe un impulso notable para adoptar la integración de la IA como medio para lograr mejoras "inteligentes", con el objetivo general de aprovechar la tecnología para cálculos precisos, análisis perspicaces y capacidades predictivas para reforzar la eficiencia y combatir las emisiones de carbono. Paralelamente, el sector ferroviario está dando pasos importantes en la integración de la IA para cultivar sistemas ferroviarios que den prioridad a la seguridad, la inteligencia y la eficiencia. Claus Bahlmann, que dirige el equipo de I+D de IA de Siemens Mobility, hizo hincapié en la creciente complejidad de los sistemas ferroviarios, unida a las limitaciones de costes y de expansión de las infraestructuras, al tiempo que se garantiza el flujo ininterrumpido de las operaciones ferroviarias regulares. Para superar estos retos, la IA se perfila como el eje de la automatización ferroviaria.

Los sistemas ferroviarios impulsados por IA son un tesoro de ventajas con un importante potencial de mercado. Claus ha estudiado meticulosamente las ventajas de la integración de la IA en la infraestructura ferroviaria, como la notable reducción de los tiempos de inactividad por mantenimiento y otros factores. Esta tecnología también mejora la flexibilidad de los horarios, sobre todo en horas punta. Además, la incorporación de cámaras en los vehículos ofrece a los pasajeros una mayor comodidad, ya que les permite medir los niveles de ocupación de los vehículos y tomar decisiones de embarque con conocimiento de causa. Sin dejar de reconocer los retos que persisten en el camino hacia la plena automatización ferroviaria, Claus imaginó un futuro para los sistemas de transporte caracterizado por una mayor flexibilidad, una fiabilidad inquebrantable y un elevado nivel de comodidad para los pasajeros. Esta visión se ajusta perfectamente a las necesidades cambiantes de los viajeros modernos.

Impulsado por la persistente demanda de sistemas de transporte que destaquen por su seguridad, eficiencia, rentabilidad, velocidad y fiabilidad, el mercado mundial de la automatización ferroviaria está preparado para seguir creciendo en los próximos años. Según el último informe de la agencia internacional de investigación "The Business Research Company", se prevé que el mercado mundial de la automatización ferroviaria alcance un tamaño de 9.790 millones de dólares en el año en curso y que llegue a los 13.000 millones de dólares en 2027, impulsado por una sólida tasa de crecimiento anual compuesto (TCAC) del 7,4%. En términos de dominio regional, se espera que Europa Occidental lidere el mercado, seguida de cerca por la región Asia-Pacífico.

Aunque "IA" pueda parecer una palabra de moda, su aplicación en los sistemas ferroviarios, donde está en juego la seguridad de muchas personas, subraya la importancia primordial de la estabilidad, sobre todo a medida que avanzamos hacia sistemas totalmente no tripulados. La solución buscada, capaz de responder a las expectativas de las partes interesadas del sector, gira en torno a un sistema caracterizado por una instalación sencilla, facilidad de uso y resistencia ante condiciones ambientales adversas y terrenos accidentados. A la luz de estos criterios críticos, los ordenadores industriales se han convertido en una opción líder. Los ordenadores industriales destacan por ofrecer ciclos de vida prolongados, estabilidad robusta y una gama versátil de funciones, incluida la conectividad perfecta con diversos dispositivos periféricos, capacidades de red y funciones completas de protección de energía.

A diferencia de los ordenadores comerciales estándar, los ordenadores industriales destacan por su notable estabilidad y durabilidad en entornos difíciles, lo que los convierte en la opción ideal para una amplia gama de aplicaciones. Los sistemas ferroviarios, en particular, se enfrentan a menudo a fuentes de alimentación inestables, por lo que los ordenadores industriales son excepcionalmente adecuados para este tipo de situaciones gracias a su gran tolerancia a la tensión. Por ejemplo, considere DFIel RC300-CS, diseñado meticulosamente para sistemas ferroviarios. Presume de un impresionante rango de tensión de funcionamiento, que admite fluctuaciones de 9 V a 36 V o de 77 V a 137,5 V.

Esta excepcional estabilidad es el resultado de un completo conjunto de características, entre las que se incluyen un rango de temperatura de funcionamiento ampliado, un diseño sin ventilador y capacidades a prueba de polvo y agua. Este compromiso inquebrantable con la resistencia le ha valido al RC300-CS múltiples certificaciones acordes con las normas ferroviarias de la UE, como la apreciada certificación de equipos electrónicos EN50155, la certificación de protección contra incendios EN45545 y la certificación de choque/vibración EN61373.

DFI ha demostrado su destreza en la tecnología de I+D de fuentes de alimentación a través del RC300-CS, estableciendo un punto de referencia en el sector con su sistema de alimentación ininterrumpida (SAI) integrado de alta potencia que garantiza que el sistema permanezca operativo hasta cinco minutos incluso en caso de corte del suministro eléctrico. Este logro es especialmente notable si se tiene en cuenta la incorporación del módulo de procesador gráfico (GPU) Nvidia MXM a la placa base original del ordenador, destinado a acelerar el procesamiento de gráficos de visión artificial y aprendizaje automático. Este aumento eleva sustancialmente el consumo total de energía, lo que plantea retos en la carga del SAI.

La placa base del sistema RC300-CS funciona con una tensión de entrada de 12 V, y el SAI alberga tres conjuntos de baterías de litio que forman un circuito que puede alcanzar una tensión aproximada de 12,6 V cuando está totalmente cargado. En condiciones estándar, es posible que el SAI no alcance la carga completa. En consecuencia, a pesar de la capacidad teórica de suministrar un mínimo de 12 V durante las interrupciones del suministro eléctrico, la tensión final suministrada al sistema puede quedarse corta debido a las pérdidas en la vía de descarga.

Dado que el RC300-CS es compatible con el módulo MXM, que tiene un consumo máximo de 115 W, el consumo total del sistema podría aumentar hasta 300 W si se integra en la placa base. En caso de niveles de tensión insuficientes, el sistema corre el riesgo de apagarse debido a un suministro de energía inadecuado.

Uno de los métodos más comúnmente asociados para conseguir una carga completa en un SAI consiste en añadir un circuito de refuerzo. Sin embargo, este método no sólo supone un mayor consumo de energía, sino que también genera un exceso de calor, lo que puede introducir mayores riesgos en el sistema y aumentar los costes generales. En los casos en que el diseño permanece inalterado, muchos otros productos similares del sector recurren a la limitación de la potencia total o a la eliminación del módulo MXM para evitar estos problemas. Sin embargo, estos métodos de limitación de la potencia o de retirada del módulo tienen el coste de los inconvenientes de despliegue y uso del sistema, además de comprometer la experiencia del usuario.

En respuesta a este reto, DFIha empleado un diseño arquitectónico especializado para resolver eficazmente el problema. El SAI integrado en el RC300-CS garantiza la seguridad ininterrumpida del tren al tiempo que mantiene o incluso mejora la competitividad de costes.

Además de aprovechar la investigación y el desarrollo para mejorar la estabilidad de los productos, DFI ha reunido estratégicamente una amplia colección de "circuitos modulares", un tesoro que incluye más de 200 circuitos modulares distintos, cada uno con funciones específicas. Estos circuitos modulares no sólo refuerzan DFIsino que también consolidan su posición de liderazgo en el sector.

Los circuitos modulares desempeñan un papel fundamental en la estandarización de diseños de circuitos anteriores, que abarcan circuitos integrados (CI) y una amplia gama de materiales. Estos circuitos están meticulosamente predefinidos, lo que simplifica el proceso de investigación y desarrollo (I+D) al permitir a los miembros del equipo localizar rápidamente el circuito correspondiente en función de las funciones y especificaciones de la unidad de producto. Este enfoque se asemeja mucho al uso de "bloques de construcción" en el diseño de circuitos eléctricos. La utilización de circuitos modulares junto con listas de materiales automáticas puede agilizar considerablemente el proceso de I+D y reducir la creación de listas de materiales de días a cuestión de horas.

Además, estos módulos se someten a un exhaustivo escrutinio y perfeccionamiento, supervisados por un equipo especializado responsable de gestionar y actualizar las versiones de los módulos. Este riguroso enfoque sirve de potente catalizador para mejorar la calidad general del producto. Este impacto es especialmente pronunciado en el diseño de fuentes de alimentación, donde los métodos tradicionales a menudo implican pruebas repetitivas de validación que requieren mucho tiempo y mano de obra. Los circuitos modulares agilizan eficazmente estos laboriosos procesos de validación.

Con la vista puesta en el futuro, tecnologías emergentes como Edge AI y Artificial Intelligence of Things (AIoT) no se limitan a los sistemas ferroviarios, sino que se están convirtiendo progresivamente en parte integrante de nuestra vida cotidiana. Para impulsar el avance de estas tecnologías de vanguardia y satisfacer sus exigentes requisitos de alta potencia informática, resulta primordial someterlas a pruebas rigurosas. Estas pruebas abarcan aspectos esenciales como la estabilidad operativa del sistema, la gestión del calor y el consumo de energía.

En los próximos años, la I+D de ordenadores industriales hará especial hincapié en mantener la estabilidad y la calidad y, al mismo tiempo, reducir el tamaño, acelerar la velocidad de procesamiento y aumentar la productividad. Basándose en sus puntos fuertes y ventajas actuales, DFI se ha comprometido a seguir reforzando sus esfuerzos en I+D. Esto incluye la incorporación de prácticas de fábrica inteligentes. Esto incluye la incorporación de prácticas de fábrica inteligente en los procesos de producción, fomentando la optimización de la rentabilidad y la eficiencia operativa. El objetivo global es consolidar DFIcomo socio preeminente para la IA industrial y la transformación inteligente en el futuro.

AI Edge Computing en el ferrocarril: RC300-CS con MXM y 5G

DFIel RC300-CS de NVIDIA es un ordenador ferroviario de última generación, sin ventilador y enriquecido con funciones de IA. Impulsado por procesadores Intel® 9th/8th Gen Core™ y cuidadosamente integrado con módulos NVIDIA MXM, el RC300-CS sobresale en la aceleración del procesamiento gráfico para aplicaciones de visión y aprendizaje automático impulsadas por IA. Además, su capacidad 5G potencia la comunicación en tiempo real y las respuestas rápidas, especialmente en el borde de las operaciones ferroviarias.

El RC300-CS es una maravilla de alto rendimiento que ofrece un apoyo inestimable para la asistencia avanzada al conductor, la evaluación predictiva de riesgos, el diagnóstico de vías y pantógrafos y la vigilancia a bordo. Al mismo tiempo, sigue dedicándose a elevar el confort y la seguridad de los pasajeros en medio de las operaciones actuales, cada vez más complejas, del material rodante.

Nueva fuerza de la I.A. mejorada de MXM

En el dinámico ámbito de los ferrocarriles en movimiento, las exigencias de la visión artificial y el aprendizaje automático dependen de un abundante suministro de imágenes y datos. Esto subraya la creciente indispensabilidad de la tecnología de GPU para dar forma al futuro de los ferrocarriles. La RC300-CS, equipada con un formidable módulo MXM3.1, ofrece una capacidad de procesamiento que alcanza cotas impresionantes, con hasta 150 W de potencia, 3072 núcleos CUDA y 64TFlops. Estas capacidades lo sitúan como una fuerza formidable, más que capaz de manejar las demandas computacionales de las tareas de conducción autónoma.

Lo que distingue aún más al RC300-CS es su diseño compacto y robusto, concebido para una disipación óptima del calor. Todos estos atributos lo convierten en una opción superior entre los ordenadores ferroviarios.La era 5G iguala la sincronización de datos en tiempo real

En la búsqueda de la optimización del futuro ecosistema ferroviario, la capacidad de transferir y analizar eficientemente una gran cantidad de datos en tiempo real es primordial. Esto pone de relieve el papel fundamental que desempeña la red 5G, célebre por sus velocidades de varios gigabits y su latencia excepcionalmente baja. Esta maravilla tecnológica mejora la colaboración entre dispositivos, fomentando una comunicación fluida y altamente eficiente. Resulta fundamental para permitir la detección inmediata de peligros en la vía y una rápida respuesta de emergencia.

Interfaz y funciones todo incluido

El RC300-CS se distingue por ofrecer una versátil gama de funciones. Además de admitir cuatro puertos M12 X-coded Power over Ethernet (PoE) de 15 W e interfaces de entrada/salida digital (DIO) aisladas de 2 kV, cuenta con numerosas opciones de E/S reforzadas. Además, el RC300-CS está equipado con varias ranuras M.2 y mini PCIe, lo que permite una integración perfecta de las funcionalidades LTE, 5G, WiFi, GNSS, bus CAN y MVB. Además, incorpora cuatro unidades de estado sólido (SSD) externas de 2,5″, lo que garantiza una amplia capacidad de almacenamiento de datos y facilita las operaciones de matriz de discos. Este completo conjunto de opciones de E/S está cuidadosamente diseñado para satisfacer toda una serie de requisitos del sistema, ya sea para aplicaciones en tierra o a bordo en el ámbito de las operaciones ferroviarias.

Excelente protección eléctrica

En el ámbito de los sistemas ferroviarios, la alimentación electrónica cambia con frecuencia entre diversas fuentes, lo que provoca fluctuaciones de tensión que plantean riesgos de estabilidad. El acto de encender y apagar el sistema presenta una vulnerabilidad específica, que puede someter al convertidor a variaciones de tensión sustanciales y al riesgo de daños. Para hacer frente de forma proactiva a estos problemas, el RC300-CS incorpora una función de encendido, que garantiza un funcionamiento fiable en un rango de tensión amplio e ininterrumpido de 9-36 V o 77-137,5 V. Este diseño resistente funciona como un escudo protector contra posibles daños.

Equilibrio perfecto entre alto rendimiento y disipación del calor

Las operaciones de material rodante a menudo se enfrentan a importantes fluctuaciones de temperatura, y las repercusiones financieras de los fallos de los ordenadores ferroviarios pueden ser considerables. El RC300-CS es una solución excepcional equipada con una extraordinaria capacidad de disipación del calor. No sólo se desenvuelve con soltura en entornos difíciles, sino que también mantiene una funcionalidad óptima en un amplio espectro de temperaturas, que van de -25 °C a 70 °C. Tanto si se coloca debajo de los asientos del conductor como de los pasajeros, funciona a la perfección, sin necesidad de ventiladores activos.

Alcance el estándar irrompible

El RC300-CS posee con orgullo las certificaciones de las normas ferroviarias de la Unión Europea, incluida la certificación de equipos electrónicos EN50155, la certificación de protección contra incendios EN45545 y la certificación de vibraciones y choques EN61373. Estas certificaciones subrayan su papel como la elección definitiva del sector ferroviario para una solución informática integrada fiable, segura y robusta.

Problema

Los SAI tradicionales no pueden cargarse completamente en un sistema de 12 V, lo que podría provocar que el sistema se apagara cuando se interrumpiera el suministro eléctrico.

Solución

DFI utiliza una arquitectura única para mejorar el circuito eléctrico del SAI RC300-CSy resolver el problema de que no pueda cargarse completamente.

Resultado

Durante un corte del suministro eléctrico, puede seguir funcionando durante al menos 5 minutos, manteniendo su ventaja en competitividad de costes.

Otras características especiales

• Módulos de función de red 5G/LTE/4G ampliables
• 4 conjuntos de ranuras de expansión para unidades de estado sólido (SSD) de 2,5 pulgadas
• El diseño sin ventilador admite temperaturas de -25o~70o C (sin MXM)
• Ha superado las certificaciones de las normas ferroviarias de la UE, incluida la certificación de equipos electrónicos EN50155, la certificación de protección contra incendios EN45545 y la certificación de golpes/vibraciones EN61373