Industrie-PCs in der Fertigung & Automatisierung – Neousys Lösungen für die Smart Factory

Die moderne Fertigung steht vor einem grundlegenden Wandel: Produktionslinien werden vernetzter, Qualitätsanforderungen steigen und Stillstandszeiten sind teurer denn je. Gleichzeitig wächst der Druck, Prozesse in Echtzeit zu überwachen, Daten für vorausschauende Wartung zu erfassen und maschinelles Sehen in die Qualitätskontrolle zu integrieren. Herkömmliche Büro-PCs versagen in diesem Umfeld – sie vertragen weder die hohen Temperaturen an Werkzeugmaschinen noch die Vibrationen neben Pressen und Robotern.

Industrie-PCs bilden das Rückgrat der digitalisierten Fertigung. Sie arbeiten lüfterlos und damit ohne bewegliche Teile, vertragen Betriebstemperaturen von –25 °C bis +70 °C und sind nach MIL-STD-810H gegen Schock und Vibration geprüft. Dieser Artikel zeigt Ihnen, welche Anforderungen die Fertigungsautomatisierung an die Hardware stellt, welche Neousys-Systeme sich für typische Anwendungen eignen und worauf Sie bei der Auswahl achten sollten.

Typische Anwendungen in der Fertigung

Industrie-PCs übernehmen in modernen Produktionsumgebungen eine Vielzahl von Aufgaben. Die folgenden sechs Einsatzszenarien repräsentieren die häufigsten Anforderungen, denen wir bei OMTEC in der Praxis begegnen.

1. SPS-Anbindung und Prozesssteuerung

Der Industrie-PC fungiert als Bindeglied zwischen speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) und übergeordneten Systemen. Über serielle Schnittstellen (RS-232/422/485) und Ethernet kommuniziert er mit Steuerungen verschiedener Hersteller und leitet Prozessdaten an SCADA- oder HMI-Systeme weiter. Entscheidend ist hier eine zuverlässige Echtzeit-Kommunikation – selbst Millisekunden Verzögerung können in zeitkritischen Fertigungsprozessen zu Ausschuss führen. [1]

2. Machine Vision und Qualitätskontrolle

Kamerabasierte Inspektionssysteme prüfen Werkstücke inline auf Maßhaltigkeit, Oberflächenfehler und Vollständigkeit. Der Industrie-PC verarbeitet die Bilddaten in Echtzeit und trifft Gut/Schlecht-Entscheidungen innerhalb weniger Millisekunden. Dafür benötigt er GigE-PoE-Ports für die direkte Kameraanbindung, ausreichend CPU-Leistung für Bildverarbeitungsalgorithmen und optimalerweise KI-Beschleunigung über integrierte NPUs oder GPU-Erweiterungen. [2]

3. Predictive Maintenance – Vorausschauende Wartung

Sensordaten von Motoren, Lagern und Getrieben werden kontinuierlich erfasst und ausgewertet, um drohende Ausfälle frühzeitig zu erkennen. Der Industrie-PC sammelt Vibrations-, Temperatur- und Stromdaten über isolierte digitale Ein-/Ausgänge (DIO) und analoge Sensoren, verarbeitet diese lokal per Edge-KI und meldet Anomalien an das MES oder die Instandhaltung. Der Vorteil gegenüber einer reinen Cloud-Lösung: Die Auswertung erfolgt direkt an der Maschine – ohne Latenz und ohne Abhängigkeit von der Netzwerkverfügbarkeit. [3]

4. MES-Integration und Produktionsdatenerfassung

Manufacturing Execution Systems (MES) benötigen lückenlose Daten aus der Produktion: Stückzahlen, Taktzeiten, Maschinenzustände und Qualitätskennzahlen. Der Industrie-PC dient als Datenknoten, der Informationen von SPS, Sensoren und Barcode-Scannern aggregiert, lokal zwischenspeichert und an das MES weiterleitet. Mehrere Ethernet-Ports ermöglichen die gleichzeitige Anbindung an das Produktionsnetz und das Office-Netz – physisch getrennt und damit sicher. [4]

5. Robotersteuerung und Cobot-Integration

Kollaborative Roboter und herkömmliche Industrieroboter benötigen leistungsfähige Steuerungsrechner für Bahnplanung, Kraft-Momenten-Regelung und die Integration von Greifersystemen. Besonders bei Vision-geführten Robotern, die Werkstücke erkennen und greifen müssen, sind hohe CPU-Leistung und schnelle Schnittstellen unverzichtbar. PCIe-Erweiterungsslots erlauben den Einbau spezialisierter Motion-Control-Karten. [5]

6. Datenerfassung und Edge Computing

An der Produktionslinie fallen enorme Datenmengen an. Statt alle Rohdaten in die Cloud zu senden, filtert und verdichtet der Industrie-PC die Informationen vor Ort. Nur relevante Ergebnisse und Kennzahlen werden übertragen. Das spart Bandbreite, reduziert Latenz und erhöht die Datensicherheit. Für diesen Einsatz eignen sich besonders kompakte Systeme, die sich platzsparend im Schaltschrank oder direkt an der Maschine montieren lassen. [6]

Anforderungen an die Hardware

Die Fertigungsumgebung stellt extreme Anforderungen an die eingesetzte Computertechnik. Die folgenden Kriterien sollten Sie bei der Auswahl eines Industrie-PCs für die Automatisierung berücksichtigen.

Temperaturbereich und Kühlung

In der Nähe von Öfen, Schweißanlagen oder Tiefkühllagern schwanken die Umgebungstemperaturen erheblich. Ein erweiterter Betriebstemperaturbereich von –25 °C bis +70 °C ist daher essenziell. Lüfterlose Designs eliminieren die häufigste Ausfallursache in der Fertigung – verschmutzte oder blockierte Lüfter – und verhindern, dass Staub und Partikel ins Gehäuseinnere gelangen.

Vibrations- und Schockfestigkeit

Pressen, Stanzen und Roboter erzeugen starke Vibrationen. Industrie-PCs für die Fertigung müssen nach MIL-STD-810H (Methode 514.8, Kategorie 4 für Vibration und Methode 516.8, Prozedur I für Schock) geprüft sein. Die typische Vibrationsbelastung liegt bei 5 Grms (20–2000 Hz), bei Schock werden Spitzenwerte von 50 G erreicht. [7]

24/7-Dauerbetrieb und Langzeitverfügbarkeit

Fertigungslinien arbeiten häufig im Dreischichtbetrieb. Der Industrie-PC muss für den ununterbrochenen Dauerbetrieb ausgelegt sein. Dazu gehören industrietaugliche Speichermedien (SSD statt HDD), Watchdog-Timer für automatische Neustarts und eine Langzeitverfügbarkeit der Plattform von mindestens fünf Jahren – damit Ersatzgeräte auch nach Jahren noch identisch nachbestellt werden können.

Industrielle Schnittstellen

Die Vielfalt der Geräte in einer Produktionslinie erfordert ein breites Schnittstellenspektrum:

• RS-232/422/485: Serielle Kommunikation mit SPS, Antrieben und Sensoren – softwarekonfigurierbar, Baudraten bis 921.600 bps
• GigE PoE+: Stromversorgung und Datenübertragung für Industriekameras über ein Kabel – bis zu 25,5 W pro Port
• Isolierte DIO: Galvanisch getrennte digitale Ein-/Ausgänge (5–24 V) für die direkte Ansteuerung von Aktoren und das Einlesen von Sensorsignalen
• CAN Bus: Feldbus-Kommunikation nach CAN 2.0A/B für Antriebe, Sensoren und Sicherheitskomponenten in der Fertigungsautomatisierung
• USB 3.2 Gen2: Hochgeschwindigkeits-Anbindung von Barcode-Scannern, Messgeräten und externen Speichermedien mit bis zu 10 Gbit/s
• PCIe-Erweiterung: Steckplätze für GPU-Karten (Machine Learning), Motion-Control-Karten oder zusätzliche Netzwerkkarten

Schutzklasse und Gehäuse

Je nach Montageort sind unterschiedliche Schutzklassen erforderlich. Für den Einsatz im Schaltschrank reicht in der Regel ein geschlossenes Aluminiumgehäuse mit CE-Zertifizierung. An Maschinen mit Kühlschmierstoff oder Spritzwasser empfiehlt sich ein zusätzliches Schutzgehäuse. Alle Neousys-Systeme erfüllen die EMV-Normen EN 55032 und EN 55035 sowie die FCC Class A-Anforderungen. [8]

Empfohlene Neousys-Hardware für die Fertigung

OMTEC vertreibt als autorisierter Neousys-Distributor eine breite Palette von Industrie-PCs, die speziell für raue Fertigungsumgebungen entwickelt wurden. Die folgenden Systeme decken das gesamte Leistungsspektrum ab – vom kompakten Edge-Controller bis zum GPU-fähigen High-Performance-Rechner.

Neousys Nuvo-11000 Serie – Flaggschiff für anspruchsvolle Automatisierung

Die Nuvo-11000 Serie ist die neueste Generation der Neousys-Hochleistungsplattform. Ausgestattet mit Intel Core Ultra 200S-Prozessoren (bis zu 24 Kerne, 24 Threads) liefert sie eine um den Faktor 1,2 höhere Rechenleistung gegenüber der Vorgängergeneration. Die integrierte NPU stellt bis zu 36 TOPS für KI-Inferenz bereit – ideal für Predictive Maintenance und Machine Vision ohne externe GPU. DDR5-6400-Speicher und ein M.2 Gen5x4-Slot mit Lesegeschwindigkeiten über 11.000 MB/s sorgen für hohen Datendurchsatz. Fünf 2,5-GbE-Ports, ein optionaler 10-GbE-Port, acht USB-3.2-Gen2-Ports und 4x isolierte DIO decken alle Schnittstellenanforderungen ab. [9]

• CPU: Intel Core Ultra 200S (LGA1851), bis 24 Kerne/24 Threads, 35 W oder 65 W TDP
• RAM: DDR5-6400, bis 64 GB
• KI-Beschleunigung: Integrierte NPU mit bis zu 36 TOPS
• Temperatur: –25 °C bis +70 °C (lüfterlos, 35-W-CPU)
• Zertifizierung: MIL-STD-810H (Vibration & Schock), CE/FCC Class A, UL
• Shop: omtec.de/Nuvo-11000-Serie

Neousys Nuvo-9000 Serie – Bewährte Leistung mit Erweiterungsoptionen

Die Nuvo-9000 Serie hat sich als zuverlässige Plattform für mittlere bis hohe Automatisierungsanforderungen etabliert. Mit Intel-Prozessoren der 12./13./14. Generation (bis 24 Kerne, 32 Threads) und dem patentierten Kassetten-Erweiterungssystem bietet sie maximale Flexibilität. Je nach Variante stehen ein oder zwei PCIe-x16-Slots für GPU-Karten, Motion-Control-Karten oder zusätzliche Netzwerkkarten zur Verfügung. Sechs 2,5-GbE-Ports mit optionalem PoE+ und ein USB-3.2-Gen2x2-Type-C-Anschluss mit 20 Gbit/s runden das Schnittstellenangebot ab. [10]

• CPU: Intel 14./13./12. Gen Core i (LGA1700), bis 24 Kerne/32 Threads, 65 W TDP
• RAM: DDR5-4800, bis 64 GB
• Erweiterung: Bis zu 2x PCIe x16 Gen3 (Nuvo-9000DE), MezIO®-Interface
• Temperatur: –25 °C bis +70 °C (lüfterlos, 35-W-CPU)
• Zertifizierung: MIL-STD-810H, CE/FCC Class A, UL
• Shop: omtec.de/Nuvo-9000-Series

Neousys POC-700 Serie – Kompakt für Machine Vision und Edge

Mit Abmessungen von nur 64 x 116 x 176 mm ist die POC-700 Serie die kompakteste Lösung für Fertigungsanwendungen, die wenig Platz bieten. Trotz der geringen Größe verfügt sie über vier GigE-PoE+-Ports mit Schraubverriegelung für den sicheren Anschluss von Industriekameras, vier USB-3.2-Gen2-Ports, isolierte DIO und einen softwarekonfigurierbaren RS-232/422/485-Port. Der Intel Core i3-N305 (8 Kerne) unterstützt Intel OpenVINO für KI-basierte Bildverarbeitung, während DDR5-4800-Speicher die nötige Bandbreite für Echtzeit-Inspektion liefert. [11]

• CPU: Intel Core i3-N305 (8 Kerne/8 Threads) oder Atom x7425E (4 Kerne/4 Threads)
• RAM: DDR5-4800, bis 16 GB
• Machine Vision: 4x GigE PoE+ mit Schraubverriegelung, OpenVINO-Unterstützung
• Temperatur: –25 °C bis +70 °C (lüfterlos)
• Maße: 64 x 116 x 176 mm (ultrakompakt)
• Shop: omtec.de/POC-700-Series

Neousys POC-551VTC – Robuster Controller mit CAN Bus

Der POC-551VTC wurde ursprünglich für Fahrzeuganwendungen entwickelt, bewährt sich aber auch hervorragend in der Fertigungsautomatisierung – überall dort, wo CAN-Bus-Kommunikation gefordert ist. Er vereint einen AMD Ryzen Embedded V1605B-Prozessor mit CAN 2.0A/B, vier COM-Ports (RS-232/422/485) und isolierten digitalen I/O in einem extrem kompakten Gehäuse. Der weite Eingangsspannungsbereich von 8 bis 35 V DC macht ihn unabhängig von der verfügbaren Stromversorgung. [12]

• CPU: AMD Ryzen Embedded V1605B (4 Kerne/8 Threads)
• Feldbuskommunikation: CAN 2.0A/B bis 1 Mbit/s, 4x RS-232/422/485
• DIO: 4x isolierte digitale Ein-/Ausgänge
• Stromversorgung: 8–35 V DC (weiter Eingangsspannungsbereich)
• Shop: omtec.de/POC-551VTC

Vergleichstabelle: Neousys-Systeme für die Fertigung

Praxisbeispiele aus der Fertigung

Szenario 1: Qualitätskontrolle beim Automobilzulieferer

Ein Automobilzulieferer für Stanzteile muss jedes Werkstück auf Maßhaltigkeit und Oberflächenfehler prüfen – bei einer Taktzeit von unter zwei Sekunden. Die bisherige stichprobenartige Kontrolle führte zu Reklamationen und kostspieligen Rückrufaktionen.

Lösung: Vier Neousys POC-700 Systeme wurden direkt an den Inspektionsstationen montiert. Jeder POC-700 ist über seine vier GigE-PoE+-Ports mit Industriekameras verbunden, die Werkstücke aus verschiedenen Winkeln erfassen. Die Intel-OpenVINO-Laufzeitumgebung führt ein trainiertes Deep-Learning-Modell für die Fehlererkennung aus. Über die isolierten digitalen Ausgänge steuert der PC die Ausschleusweiche: Fehlerhafte Teile werden automatisch aussortiert. Die RS-485-Schnittstelle übermittelt Qualitätsdaten an das übergeordnete MES.

Ergebnis: 100 % Inline-Prüfung, Reduktion der Reklamationsquote und eine Amortisation des Systems innerhalb weniger Monate durch vermiedene Ausschusskosten.

Szenario 2: Predictive Maintenance an einer Verpackungslinie

Ein Lebensmittelhersteller betreibt mehrere Hochgeschwindigkeits-Verpackungslinien im Dreischichtbetrieb. Ungeplante Stillstände durch defekte Antriebe und Lager kosten das Unternehmen erhebliche Summen – pro Stunde Ausfall gehen Tausende Einheiten verloren.

Lösung: An jeder Verpackungsmaschine wurde ein Neousys Nuvo-11000 installiert. Die integrierten isolierten DIO erfassen Vibrationsdaten von Beschleunigungssensoren an den Hauptantrieben, während Temperatursensoren die Lagertemperaturen überwachen. Die NPU des Intel Core Ultra-Prozessors führt ein lokales KI-Modell aus, das Verschleißmuster erkennt und den optimalen Wartungszeitpunkt berechnet. Über die 2,5-GbE-Ethernet-Ports werden die Ergebnisse an das zentrale Instandhaltungssystem übermittelt. Der weite Temperaturbereich ermöglicht den Einsatz direkt neben den Heißsiegelstationen.

Ergebnis: Reduktion ungeplanter Stillstände, Optimierung der Wartungsintervalle und verlängerte Lebensdauer der mechanischen Komponenten.

Relevante Normen und Standards

Beim Einsatz von Industrie-PCs in der Fertigung und Automatisierung sind die folgenden Normen und Standards von besonderer Bedeutung.

IEC 62443 – Cybersicherheit für industrielle Automatisierungssysteme

Die Normenreihe IEC 62443 definiert Anforderungen an die IT-Sicherheit von industriellen Automatisierungs- und Steuerungssystemen (IACS). Sie richtet sich an Betreiber, Integratoren und Komponentenhersteller und unterscheidet vier Sicherheitsstufen (Security Levels). Stufe 1 schützt vor zufälligen Verletzungen, Stufe 4 vor gezielten Angriffen mit fortgeschrittenen Mitteln. Für Industrie-PCs in der Fertigung ist mindestens Stufe 2 empfehlenswert – was unter anderem Netzwerksegmentierung, Authentifizierung und sichere Firmware-Updates voraussetzt. [13]

IEC 61131 – Programmierbare Steuerungen

Die IEC 61131 ist der internationale Standard für speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS). Teil 2 definiert Hardware-Anforderungen wie EMV-Beständigkeit, Vibrationsfestigkeit und Klimabedingungen – Kriterien, die auch für Industrie-PCs als SPS-Ersatz oder SPS-Ergänzung relevant sind. Teil 3 standardisiert die fünf Programmiersprachen (Structured Text, Ladder Diagram, Function Block Diagram, Instruction List, Sequential Function Chart), die auf vielen Soft-SPS-Plattformen für Industrie-PCs verfügbar sind. [14]

DIN EN ISO 13849 – Funktionale Sicherheit von Maschinensteuerungen

Die DIN EN ISO 13849 (aktuelle 4. Ausgabe von 2023) definiert Anforderungen an sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen. Sie gilt technologieübergreifend – elektrisch, hydraulisch, pneumatisch, mechanisch – und legt Performance Level (PL a bis PL e) fest. Für Industrie-PCs, die in sicherheitskritische Steuerungsfunktionen eingebunden sind, muss der erforderliche Performance Level durch geeignete Architektur, zuverlässige Komponenten und diagnostische Abdeckung erreicht werden. [15]

MIL-STD-810H – Umweltbeständigkeit

Der US-amerikanische Militärstandard MIL-STD-810H definiert Testverfahren für Umweltbelastungen wie Temperatur, Vibration, Schock und Feuchtigkeit. In der zivilen Industrie hat er sich als de-facto-Standard für die Robustheitsprüfung von Elektronik durchgesetzt. Neousys-Systeme werden nach den Methoden 514.8 (Vibration) und 516.8 (Schock) geprüft und zertifiziert.

CE und UL – Marktkonformität

Die CE-Kennzeichnung bescheinigt die Konformität mit europäischen Richtlinien (EMV, Niederspannung). Die UL-Zertifizierung ist für den nordamerikanischen Markt relevant. Die Neousys Nuvo-9000 und Nuvo-9166GC Serien haben die UL-Zertifizierung erhalten, was den Einsatz in globalen Fertigungsstandorten erleichtert. [8]