SIEMENS Karlsruhe entscheidet sich für Altium Designer

„Altium Designer ist eine kostengünstige Lösung mit umfassender Funktionalität, mit der wir alle unsere Anforderungen im Bereich der Board-Entwicklung abdecken können. Mit Hilfe von Funktionen wie Advanced Pin Swapping sowie dem hervorragenden Kundensupport konnten wir unsere Produktivität erhöhen und unsere Kosten reduzieren.“
Hans-Jürgen Strohbach,
I&S IT, Siemens Karlsruhe AG

Die Anforderung

Siemens Karlsruhe Automation and Drives (A&D), ein Spezialist für Industrieautomatisierung, entwickelt komplette Systeme für die Fertigungs- und Prozesssteuerung. Durch innovative Automatisierungslösungen hat sich Siemens Karlsruhe A&D auf dem weltweiten Markt für Industriesteuerungen einen Namen gemacht. Die Produkte decken dabei die gesamte Produktionskette ab, von der Materialanlieferung bis hin zu den fertigen Produkten. Der Schlüssel zu diesem Erfolg ist die Expertise der Industrial IT Division von Siemens Karlsruhe im Bereich der Informationstechnologie. Dieser Geschäftsbereich entwickelt leistungsstarke Software- und Hardwaresysteme, welche neuste IT-Techniken für die Industrieautomatisierung nutzen.

Die Herausforderung

Die extrem komplexen und vernetzten Automatisierungssysteme, die heute in großen Fertigungsumgebungen eingesetzt werden, erfordern spezielle Netzwerk-Gateways und Systemsimulationseinheiten. Diese werden von der Simulation & Testing (S&T) Division von Siemens Karlsruhe entwickelt und basieren auf Xilinx FPGAs mit embedded PowerPC Prozessoren. Die Laufzeit eines Entwicklungsprojekts liegt normalerweise bei rund einem Jahr. Die Produkte beinhalten eine umfassende On-Board Intelligenz auf der Basis eines embedded Linux-Betriebssystems und verfügen über Schnittstellen zu Advanced Industrial Ethernet (Field Bus) Systemen wie Profinet. Da die wichtigsten Elektronikdesignaufgaben von Siemens Karlsruhe S&T selbst erledigt werden, wurde ein Designsystem benötigt, das nicht nur die neusten Technologie- und Designtechniken unterstützt – wie eine effiziente FPGA Pin-Optimierung – sondern auch niedrige Gesamtbetriebskosten und eine hohe Produktivität gewährleistet.

Die Lösung

Der Geschäftsbereich entschied sich für Altium Designer und zog die Designlösung damit anderen Konkurrenzsystemen vor, die bereits innerhalb von Siemens Karlsruhe im Einsatz waren. Altium Designer wurde speziell wegen seiner Design- und Board Layout Fähigkeiten ausgewählt. Im Vergleich zu den Konkurrenzprodukten bot Altium Designer einen hohen ROI, und zwar durch niedrige Kosten und eine umfassende Funktionalität. Gleichzeitig konnte durch die leistungsstarken FPGA-Funktionen und den vereinheitlichten Design-Flow eine Design-Effizienz erreicht werden, durch die eine Einhaltung der knappen Zeitpläne in der Entwicklung gewährleistet werden kann.

Neben einem leistungsstarken I/O Management und einer Design-Synchronisierung bietet die vereinheitlichte Designumgebung von Altium Designer ein effizientes System für das Pin Swapping bei FPGA-Bausteinen. Dies ist besonders bei solchen Designs von Vorteil, die sehr große FPGAs einsetzen – wie sie typischerweise von Siemens Karlsruhe S&T entwickelt werden. Hier lässt sich durch die Optimierung der Pin-Positionen eine deutliche Reduzierung der benötigen Board-Fläche und der Anzahl der Lagen erreichen. Mit Altium Designer werden die Daten für das Pin Swapping auf Board-Ebene auf effiziente Art und Weise an den FPGA Place and Route-Prozess weitergegeben, was bessere Designs innerhalb kürzerer Zeit ermöglicht.

Das Ergebnis

Seit der Einführung von Altium Designer für Elektronikdesign und Board Layout konnte Siemens Karlsruhe S&T eine Reihe von anspruchsvollen Designs für Network Gateway Devices, Automation Emulation Boards und Simulationseinheiten erfolgreich abschließen.

Die Siemens Karlsruhe SIMBA PNIO Simulationseinheit war das erste Projekt, das mit Altium Designer entwickelt wurde – Entwicklung und Fertigung konnten innerhalb des vorgegebenen Zeit- und Budgetrahmens erledigt werden. Dies ist ein zentrales Element des kompletten Simulationsprozesses für die Industrieautomatisierung bei Siemens Karlsruhe, und zwar für das Training von Bedienpersonal, die Inbetriebnahme von Systemen und vorläufige Akzeptanztests in der Fertigung.

Die Ingenieure bei Siemens Karlsruhe S&T profitieren nicht nur von den Board Level-Funktionen von Altium Designer, wie einer nativen Anbindung an FPGA-basierende Designs, sondern auch von der intuitiven Benutzeroberfläche, dem produktiven vereinheitlichten Design-Flow und dem Kunden-Support von Altium, der von den Mitarbeitern als „exzellent“ beschrieben wird. Die Entscheidung Altium Designer als bevorzugtes Design-System bei der S&T Division von Siemens Karlsruhe einzusetzen, bringt dem Unternehmen Vorteile in den Bereichen Produktivität und Technologie, die weit über die ursprüngliche Forderung einer Reduzierung der Entwicklungskosten hinausgehen.

Das Projekt

Das Konzept von Siemens Karlsruhe einer „Totally Integrated Automation“, das auf der Familie der SIMATIC SPS-Plattformen und auf unterstützender Technologie basiert, soll die Aufgaben der Prozess- und Fertigungsautomatisierung für die gesamte Produktionslinie lösen - und zwar durch Hardware- und Softwaresysteme auf der Basis einer offenen Plattform. Um das Training für das Bedienpersonal, sowie um Tests und Akzeptanztests in der Fertigung zu vereinfachen, verfügt Siemens Karlsruhe über netzwerkbasierte Prozesssimulatoren wie den SIMBA PNIO. Der SIMBA Simulator verhält sich wie eine „Factory in a Box“ und erscheint als Distributed Process IO auf dem Netzwerk, oder, praktisch gesehen, als bis zu 256 programmierbare Aktuatoren, Schalter und Sensoren. Das FPGA-basierte Design lässt sich mit einer Reihe von Datensystemen verbinden, einschließlich des Profinet Field Bus, und enthält vier unabhängige Netzwerkkanäle sowie typischerweise integrierte Power PCs, Linux OS, 2GB RAM und ermöglicht eine schnelle Echtzeit-Simulation.