Solutions innovantes d'ASI pour les ordinateurs de bord des chemins de fer : Garantir votre performance sur les rails

L'adoption de l'intelligence artificielle (IA) dans les systèmes ferroviaires est en hausse. Néanmoins, l'introduction de modules informatiques d'intelligence artificielle dans les ordinateurs industriels peut entraîner une augmentation substantielle de la consommation totale d'énergie, qui peut dépasser 300W. Cette augmentation de la consommation d'énergie pose des défis particuliers en ce qui concerne la conception d'un système d'alimentation sans coupure (ASC) efficace pour une alimentation de secours fiable.

Les systèmes ferroviaires ont toujours été des moyens de transport cruciaux dont les gens dépendent. Ces dernières années, l'attention portée à l'efficacité énergétique et à la réduction des émissions de carbone dans le monde entier a incité les pays à donner la priorité à la modernisation de leurs réseaux ferroviaires. L'Agence internationale de l'énergie (AIE) a explicitement déclaré dans son rapport public que si les volumes de passagers et de conteneurs doublent d'ici 2050, comme prévu, la demande d'énergie augmentera, ce qui entraînera une hausse des émissions de dioxyde de carbone et une aggravation de la pollution de l'air. Un recours accru aux systèmes ferroviaires pourrait contrecarrer cette tendance croissante.

Dans divers secteurs, on observe une volonté notable d'intégrer l'IA pour obtenir des améliorations "intelligentes", l'objectif principal étant d'exploiter la technologie pour effectuer des calculs précis, des analyses perspicaces et des capacités prédictives afin de renforcer l'efficacité et de lutter contre les émissions de carbone. Parallèlement, le secteur ferroviaire fait des progrès considérables dans l'intégration de l'IA afin de développer des systèmes ferroviaires qui privilégient la sécurité, l'intelligence et l'efficacité. Claus Bahlmann, qui dirige l'équipe de R&D en IA de Siemens Mobility, a souligné la complexité croissante des systèmes ferroviaires, associée à des limitations en termes de coûts et d'expansion de l'infrastructure, tout en assurant le flux ininterrompu des opérations ferroviaires régulières. Pour relever ces défis, l'IA apparaît comme la clé de voûte de l'automatisation des chemins de fer.

Les systèmes ferroviaires alimentés par l'IA sont un trésor d'avantages avec un potentiel de marché important. Claus a méticuleusement exploré les avantages de l'intégration de l'IA dans l'infrastructure ferroviaire, notamment la réduction notable des temps d'arrêt dus à la maintenance et à d'autres facteurs. Cette technologie améliore également la flexibilité des horaires, en particulier pendant les périodes de pointe. En outre, l'intégration de caméras embarquées offre aux passagers un confort accru, leur permettant d'évaluer les niveaux d'occupation des véhicules et de prendre des décisions d'embarquement en connaissance de cause. Tout en reconnaissant les défis persistants sur la voie de l'automatisation complète des chemins de fer, Claus a envisagé un avenir pour les systèmes de transport caractérisé par une flexibilité accrue, une fiabilité inébranlable et un niveau élevé de confort pour les passagers. Cette vision s'aligne parfaitement sur l'évolution des besoins des navetteurs modernes.

Stimulé par la demande persistante de systèmes de transport excellents en termes de sécurité, d'efficacité, de rentabilité, de vitesse et de fiabilité, le marché mondial de l'automatisation des chemins de fer est promis à une expansion continue dans les années à venir. Selon le dernier rapport de l'agence de recherche internationale "The Business Research Company", le marché mondial de l'automatisation des chemins de fer devrait atteindre une taille de 9,79 milliards de dollars US pour l'année en cours et devrait atteindre 13 milliards de dollars US d'ici 2027, grâce à un taux de croissance annuel composé (TCAC) robuste de 7,4 %. En termes de dominance régionale, l'Europe occidentale devrait dominer le marché, suivie de près par la région Asie-Pacifique.

Si l'"IA" peut sembler un mot à la mode, son application aux systèmes ferroviaires, où la sécurité de nombreuses personnes est en jeu, souligne l'importance primordiale de la stabilité, en particulier à mesure que nous avançons vers des systèmes entièrement sans conducteur. Une solution recherchée, capable de répondre aux attentes des acteurs de l'industrie, s'articule autour d'un système caractérisé par une installation simple, une convivialité et une résilience face aux conditions environnementales défavorables et aux terrains accidentés. À la lumière de ces critères essentiels, les ordinateurs industriels se sont imposés comme un choix de premier plan. Les ordinateurs industriels se distinguent par des cycles de vie prolongés, une stabilité robuste et un large éventail de fonctions, notamment une connectivité transparente avec divers périphériques, des capacités de mise en réseau et des fonctions complètes de protection contre les pannes d'électricité.

Contrairement aux ordinateurs professionnels standard, les ordinateurs industriels se distinguent par leur stabilité et leur durabilité remarquables dans des environnements difficiles, ce qui en fait un choix idéal pour un large éventail d'applications. Les systèmes ferroviaires, en particulier, sont souvent confrontés à des sources d'alimentation instables, ce qui rend les ordinateurs industriels exceptionnellement bien adaptés à de tels scénarios en raison de leur solide tolérance à la tension. Par exemple, le RC300, la solution spécialisée de DFIprenons l'exemple du RC300-CS, la solution dédiée à l'industrie ferroviaire, qui a été méticuleusement conçue pour les systèmes ferroviaires. Elle se targue d'une plage de tension de fonctionnement impressionnante, supportant des fluctuations de 9V à 36V ou de 77V à 137,5V.

Cette stabilité exceptionnelle est le résultat d'un ensemble complet de caractéristiques, notamment une plage de température de fonctionnement étendue, une conception sans ventilateur et des capacités d'étanchéité à la poussière et à l'eau. Cet engagement inébranlable en faveur de la résilience a valu au RC300-CS de multiples certifications conformes aux normes ferroviaires de l'UE, telles que la très estimée certification des équipements électroniques EN50155, la certification de protection contre l'incendie EN45545 et la certification de résistance aux chocs et aux vibrations EN61373.

DFI a démontré ses prouesses en matière de technologie de R&D dans le domaine de l'alimentation électrique avec le RC300-CS, établissant une référence dans l'industrie grâce à son alimentation sans interruption (ASI) intégrée de haute puissance qui garantit que le système reste opérationnel jusqu'à cinq minutes, même en cas de coupure de courant. Cette réussite est particulièrement remarquable si l'on considère l'ajout du module de processeur graphique (GPU) Nvidia MXM à la carte mère de l'ordinateur d'origine, visant à accélérer le traitement graphique de la vision IA et de l'apprentissage automatique. Cet ajout augmente considérablement la consommation d'énergie globale, ce qui pose des problèmes pour le chargement de l'onduleur.

La carte mère du système RC300-CS fonctionne avec une tension d'entrée de 12 V, l'onduleur contenant trois ensembles de batteries au lithium formant un circuit qui peut atteindre environ 12,6 V lorsqu'il est complètement chargé. Dans des conditions normales, il se peut que l'onduleur n'atteigne pas sa pleine charge. Par conséquent, malgré la capacité théorique de fournir un minimum de 12V pendant les coupures de courant, la tension finale fournie au système peut être inférieure en raison des pertes de la voie de décharge.

Le RC300-CS prenant en charge le module MXM, dont la consommation maximale est de 115 W, la consommation globale du système pourrait atteindre 300 W lors de l'intégration de la carte mère. En cas de niveaux de tension insuffisants, le système risque de s'arrêter en raison d'une alimentation électrique inadéquate.

L'une des méthodes les plus couramment utilisées pour obtenir une charge complète sur un onduleur consiste à ajouter un circuit de suralimentation. Cependant, cette approche entraîne non seulement une augmentation de la consommation d'énergie, mais génère également un excès de chaleur, ce qui peut présenter des risques plus importants pour le système et faire grimper les coûts globaux. Dans les cas où la conception reste inchangée, de nombreux autres produits similaires dans l'industrie ont recours au plafonnement de la puissance globale ou au retrait du module MXM pour éviter de tels problèmes. Néanmoins, ces méthodes de limitation de la puissance ou de retrait du module se font au prix d'inconvénients liés au déploiement et à l'utilisation du système, tout en compromettant l'expérience de l'utilisateur.

En réponse à ce défi, DFIpour répondre à ce défi, l'équipe chargée de l'alimentation électrique a eu recours à une conception architecturale spécialisée afin de résoudre efficacement le problème. L'onduleur intégré dans le RC300-CS assure une sécurité ininterrompue des trains tout en maintenant, voire en améliorant, la compétitivité des coûts.

En plus de tirer parti de la recherche et du développement pour améliorer la stabilité des produits, l'entreprise a stratégiquement rassemblé une vaste collection de "circuits modulaires", DFI ce trésor comprend plus de 200 circuits modulaires distincts, chacun remplissant des fonctions spécifiques. Ces circuits modulaires renforcent non seulement l'engagement permanent de DFIces circuits modulaires ne renforcent pas seulement l'engagement permanent d'EMC en faveur de la qualité, mais consolident également sa position de leader au sein de l'industrie.

Les circuits modulaires jouent un rôle essentiel dans la normalisation des conceptions de circuits antérieures, qui englobent des circuits intégrés (CI) et une gamme variée de matériaux. Ces circuits sont méticuleusement prédéfinis, ce qui simplifie le processus de recherche et de développement (R&D) en permettant aux membres de l'équipe de trouver rapidement le circuit correspondant en fonction des fonctions et des spécifications de l'unité de produit. Cette approche ressemble étrangement à l'utilisation de "blocs de construction" dans la conception de circuits électriques. L'utilisation de circuits modulaires en conjonction avec la nomenclature automatique a le potentiel d'accélérer considérablement la R&D, en réduisant potentiellement la création de la nomenclature de plusieurs jours à quelques heures.

En outre, ces modules font l'objet d'un examen approfondi et d'un perfectionnement, sous la supervision d'une équipe spécialisée chargée de la gestion et de la mise à jour des versions des modules. Cette approche rigoureuse sert de catalyseur puissant pour l'amélioration de la qualité globale des produits. Cet impact est particulièrement prononcé dans la conception des blocs d'alimentation, où les méthodes traditionnelles impliquent souvent des tests répétitifs de validation qui prennent du temps et nécessitent une main-d'œuvre importante. Les circuits modulaires rationalisent efficacement ces processus de validation laborieux.

Tournées vers l'avenir, les technologies émergentes telles que l'Edge AI et l'intelligence artificielle des objets (AIoT) ne se limitent pas aux systèmes ferroviaires, mais deviennent progressivement des parties intégrantes de notre vie quotidienne. Pour propulser l'avancée de ces technologies de pointe et répondre à leurs exigences élevées en matière de puissance de calcul, il devient primordial de les soumettre à des tests rigoureux. Ces tests portent sur des aspects essentiels tels que la stabilité opérationnelle du système, la gestion de la chaleur et la consommation d'énergie.

Dans les années à venir, la R&D sur les ordinateurs industriels mettra l'accent sur le maintien de la stabilité et de la qualité, tout en réduisant l'encombrement, en accélérant les vitesses de traitement et en augmentant la productivité. En s'appuyant sur ses forces et ses avantages existants, DFI s'est engagée à renforcer encore ses efforts de recherche et développement. Il s'agit notamment d'intégrer des pratiques d'usine intelligente dans les processus de production, en favorisant l'optimisation de la rentabilité et de l'efficacité opérationnelle. L'objectif global est de consolider la position de DFIl'objectif global est de consolider la position d'Ipsos en tant que partenaire de premier plan pour l'IA industrielle et la transformation intelligente à l'avenir.

L'informatique de pointe en matière d'IA sur les chemins de fer : RC300-CS avec MXM et 5G

DFIle RC300-CS d'Intel® est un ordinateur ferroviaire de pointe, sans ventilateur, enrichi de capacités d'IA. Doté de processeurs Intel® 9th/8th Gen Core™ et judicieusement intégré aux modules NVIDIA MXM, le RC300-CS excelle dans l'accélération du traitement graphique pour les applications de vision et d'apprentissage automatique pilotées par l'IA. De plus, sa capacité 5G autonomise la communication en temps réel et les réponses rapides, en particulier à la périphérie des opérations ferroviaires.

Le RC300-CS est une merveille de haute performance qui apporte un soutien inestimable à l'assistance avancée à la conduite, à l'évaluation prédictive des risques, au diagnostic des voies et des pantographes, ainsi qu'à la surveillance à bord. Parallèlement, il reste dédié à l'amélioration du confort et de la sécurité des passagers dans le cadre des opérations de plus en plus complexes du matériel roulant d'aujourd'hui.

Amélioration de l'I.A. New Force par MXM

Dans le domaine dynamique des chemins de fer en mouvement, les exigences de la vision IA et de l'apprentissage automatique dépendent d'une abondance d'images et de données. Cela souligne le caractère de plus en plus indispensable de la technologie GPU pour façonner l'avenir des chemins de fer. Le RC300-CS, équipé d'un formidable module MXM3.1, offre des capacités de traitement qui atteignent des sommets impressionnants, avec une puissance allant jusqu'à 150 W, 3072 cœurs CUDA et 64 Tflops. Ces capacités en font une force redoutable, plus que capable de répondre aux exigences de calcul des tâches de conduite autonome.

Le RC300-CS se distingue également par son design compact et robuste, conçu pour une dissipation thermique optimale. L'ensemble de ces caractéristiques en fait un choix de premier ordre parmi les ordinateurs embarqués.L'ère de la 5G, c'est aussi la synchronisation des données en temps réel

Dans le cadre de l'optimisation du futur écosystème ferroviaire, la capacité de transférer et d'analyser efficacement de nombreuses données en temps réel est primordiale. C'est pourquoi le réseau 5G, réputé pour ses vitesses de plusieurs gigabits et son temps de latence exceptionnellement faible, joue un rôle essentiel. Cette merveille technologique améliore la collaboration entre les appareils, favorisant une communication à la fois transparente et très efficace. Elle s'avère essentielle pour permettre une détection immédiate des dangers sur les voies et une réponse rapide aux situations d'urgence.

Fonction et interface tout compris

Le RC300-CS se distingue par la polyvalence de ses fonctions. Outre la prise en charge de quatre ports d'alimentation par Ethernet (PoE) 15W M12 à codage X et d'interfaces d'entrées/sorties numériques (DIO) isolées 2kV, il offre de nombreuses options d'E/S renforcées. De plus, le RC300-CS est équipé de plusieurs emplacements M.2 et mini PCIe, permettant une intégration transparente des fonctionnalités LTE, 5G, WiFi, GNSS, bus CAN et MVB. En outre, il incorpore quatre disques d'État solides (SSD) externes de 2,5″, garantissant une grande capacité de stockage des données et facilitant les opérations de réseau de disques. Cette suite complète de choix d'E/S est conçue pour répondre à un large éventail d'exigences système, qu'il s'agisse d'applications en bordure de voie ou à bord dans le domaine de l'exploitation ferroviaire.

Protection exceptionnelle de l'alimentation

Dans le domaine des systèmes ferroviaires, l'alimentation électronique passe fréquemment d'une source à l'autre, ce qui entraîne des fluctuations de tension qui posent des risques pour la stabilité. La mise sous tension ou hors tension du système présente une vulnérabilité spécifique, car elle peut soumettre le convertisseur à des variations de tension importantes et au risque d'endommagement. Pour répondre de manière proactive à ces préoccupations, le RC300-CS est doté d'une fonction d'allumage, qui garantit un fonctionnement fiable sur une plage de tension large et ininterrompue de 9 à 36 V ou de 77 à 137,5 V. Cette conception résiliente fonctionne comme un bouclier protecteur contre les dommages potentiels.

Équilibre parfait entre hautes performances et dissipation de la chaleur

Les opérations de matériel roulant sont souvent confrontées à d'importantes fluctuations de température, et les répercussions financières des pannes d'ordinateurs ferroviaires peuvent être considérables. Le RC300-CS est une solution exceptionnelle dotée de remarquables capacités de dissipation de la chaleur. Il ne se contente pas de prospérer dans des environnements difficiles, il maintient également une fonctionnalité optimale sur un large spectre de températures, allant de -25°C à 70°C. Qu'il soit placé sous les sièges du conducteur ou du passager, il excelle en toute transparence, sans nécessiter de ventilateurs actifs.

Atteindre la norme incassable

Le RC300-CS est fier de détenir les certifications des normes ferroviaires de l'Union européenne, notamment la certification des équipements électroniques EN50155, la certification de la protection contre l'incendie EN45545 et la certification des vibrations et des chocs EN61373. Ces certifications soulignent son rôle en tant que choix ultime de l'industrie ferroviaire pour une solution informatique embarquée fiable, sécurisée et robuste.

Problème

Les onduleurs traditionnels ne peuvent pas se charger complètement dans un système 12V, ce qui peut entraîner l'arrêt du système en cas d'interruption de l'alimentation électrique.

Solution

DFI utilise une architecture unique pour améliorer le circuit électrique de l'onduleur RC300-CSet résoudre le problème de son incapacité à se charger complètement.

Résultat

En cas de coupure de courant, l'onduleur peut continuer à fonctionner pendant au moins 5 minutes, ce qui lui permet de rester compétitif sur le plan des coûts.

Autres caractéristiques spéciales

• Modules de fonction réseau 5G/LTE/4G extensibles
• 4 ensembles d'emplacements d'extension pour disques d'état solide (SSD) de 2,5 pouces
• Conception sans ventilateur pour une plage de température de -25o~70o C (sans MXM)
• Certifications conformes aux normes ferroviaires de l'UE, y compris la certification des équipements électroniques EN50155, la certification de la protection contre l'incendie EN45545 et la certification des chocs/vibrations EN61373