Neue Probleme bei Servosystemen und eine Cloud-Lösung

Stellen Sie sich vor: Sie debuggen einen Roboterarm und die Servoreaktion jedes Gelenks muss perfekt synchronisiert sein. Mit zunehmender Komplexität der Anweisungen können die Berechnungen des lokalen Servers jedoch nicht mehr mithalten, und gelegentliche Verzögerungen führen dazu, dass die gesamte Aktion verzögert wird. Dabei handelt es sich nicht nur um ein Leistungsproblem, sondern es wirkt sich auch direkt auf die Genauigkeit und Zuverlässigkeit aus.

Haben Sie schon einmal eine ähnliche Situation erlebt? Die Hardware ist ausreichend gut, aber das Steuerungsgehirn dahinter ist auf einen Engpass gestoßen.

Dies ist der Wendepunkt, vor dem viele Projekte stehen. Was sollten wir tun, wenn der Bedarf an Echtzeit-Datenverarbeitung und Befehlsverteilung durch mechanische Geräte die Kapazität herkömmlicher lokaler Bereitstellungen übersteigt? Lokalen Server-Stack hinzufügen? Das bedeutet höhere Hardwarekosten, komplexere Wartung und immer noch eingeschränkte Skalierbarkeit.

Wenn Maschinen auf Microservices treffen

Daher entstand natürlich eine Idee: Einen Teil der „Gehirn“-Funktion in die Cloud zu verlagern. Nicht das gesamte System, sondern Abbauaufgaben, die modularisierbar sind und flexibles Rechnen erfordern. Dabei handelt es sich um die sogenannte Microservice-Architektur – die Aufteilung einer großen Anwendung in mehrere kleine Dienste, die unabhängig voneinander ausgeführt, bereitgestellt und erweitert werden können.

Die Bereitstellung solcher Microservices in einer Azure-Cloud-Umgebung gleicht der Einrichtung eines verteilten Nervenzentrums für Ihr Serversystem. Jeder Microservice kann auf die Bearbeitung einer Aufgabe spezialisiert werden: Beispielsweise ist ein Service für die Berechnung der Bewegungsbahn verantwortlich, ein anderer für die Echtzeit-Statusüberwachung und der dritte für die Fehlerdiagnoseprotokolle. Sie sind über einfache Kommunikationsprotokolle verbunden und arbeiten zusammen.

Was sind die Vorteile? Stellen Sie sich vor, Ihre Geräteverkäufe steigen plötzlich und Ihre Zugangspunkte steigen von hundert auf zehntausend. In der Cloud können Sie lediglich die Kapazität des für Kommunikationsverbindungen verantwortlichen Dienstes erweitern, ohne die Gesamtarchitektur zu ändern. Es ist, als würde man nur ein bestimmtes Gelenk eines Roboterarms stärken, anstatt den gesamten Arm zu ersetzen.

Warum Azure?

Die Wahl einer Cloud-Plattform ähnelt in etwa der Wahl von Schmiermitteln für Präzisionsmaschinen – sie müssen aufeinander abgestimmt und zuverlässig sein. Azure bietet eine Reihe von Tools, die speziell für die Bereitstellung von IoT- und Echtzeitanwendungen entwickelt wurden. Sein Container-Service ermöglicht die Bereitstellung von Microservices wie Bausteinen, und seine weltweit verteilten Rechenzentren stellen sicher, dass Anweisungen mit geringer Latenz übermittelt werden können, unabhängig davon, wo sich das Gerät befindet.

Wichtiger ist die Konsistenz der Umgebung. Von der Entwicklung über das Testen bis hin zur endgültigen Bereitstellung kann der gesamte Prozess in einer sehr ähnlichen Umgebung durchgeführt werden, wodurch das klassische Problem „Es läuft auf meinem Computer“ erheblich reduziert wird. Bei mechanischen Systemen ist Stabilität oft wichtiger als coole neue Features. Ein unerwarteter Serviceausfall kann dazu führen, dass Tausende von Teilen in der Produktionslinie verschrottet werden.

Wenn Kpower solche Lösungen integriert, liegt der Schwerpunkt auf einer nahtlosen Verbindung. Wir wollen nicht, dass die Cloud zu einer weiteren Blackbox wird, sondern sie zu einer natürlichen Erweiterung von On-Premises-Systemen machen. Das bedeutet klarer Datenfluss, intuitives Status-Feedback und wenn ein bestimmter Microservice aktualisiert werden muss, kann dieser ausgerollt werden, ohne andere Dienste zu beeinträchtigen.

Vom Konzept bis zum Workshop

Wie kommt dies zum Tragen? Oft beginnt es mit einem Kernschmerzpunkt. Beispielsweise erfordert ein Kardansystem für die Fotografie der Spitzenklasse, dass mehrere Servos zusammenarbeiten, um eine äußerst gleichmäßige Fokussierungsbahn zu erreichen. Der lokale Controller hatte einen Engpass bei der Abwicklung komplexer mathematischer Modelle.

Durch die Analyse teilte das Team die Flugbahnplanung und die Echtzeitkalibrierung in zwei unabhängige Mikrodienste auf und stellte sie auf Azure bereit. Das lokale Gerät behält nur die grundlegendsten Befehlsempfangs- und Ausführungsfunktionen bei. Komplexe Berechnungen werden in der Cloud durchgeführt und die Ergebnisse in effizienten Datenpaketen zurückgesendet. Auf diese Weise wird die Belastung der lokalen Hardware reduziert und die Rechenleistungsgrenze des Systems aufgrund der Elastizität der Cloud nahezu aufgehoben.

Nach der Implementierung waren die Änderungen erheblich. Es wurde nicht nur die Glätte der ursprünglichen Flugbahn verbessert, sondern das Team kann auch schnell mit neuen Bewegungen experimentieren – aktualisieren Sie einfach den Computerdienst in der Cloud und testen Sie ihn in wenigen Minuten auf allen Netzwerkgeräten, ohne die Firmware jedes einzelnen Hardwareteils aktualisieren zu müssen.

Das bringt eine Art Agilität mit sich. Produktiterationszyklen werden verkürzt, da Aktualisierungen auf Softwareebene unabhängig und schnell erfolgen. Da der Dienst modular aufgebaut ist, wird die Anpassung an unterschiedliche Kundengruppen einfacher: Sie können erweiterte Diagnosedienste für Kundencluster A aktivieren und gleichzeitig die Grundfunktionen für Cluster B beibehalten – und das alles auf derselben Hardwarebasis.

Nicht nur Technik, sondern auch Ideen

Wenn man also über die Bereitstellung von Microservices auf Azure spricht, geht es nicht nur um die Auswahl eines Technologie-Stacks. Es geht darum, einen Weg zum Aufbau von Systemen zu wählen – einen Weg, der flexibler, einfacher zu warten und zukunftssicherer ist.

Der Kernpunkt, den es löst, ist der Widerspruch zwischen starrer monolithischer Architektur und flexiblen Geschäftsanforderungen. Wenn sich Ihre mechanischen Produkte an sich ändernde Marktanforderungen anpassen müssen, ist es entscheidend, ob das unterstützende System dahinter ebenso flexibel sein kann.

Natürlich hat jede Architektur ihre eigenen Überlegungen. Die Stabilität von Netzwerkverbindungen, sichere Datenübertragung und Serviceüberwachungsgarantien erfordern eine sorgfältige Planung. Kpower hat in der Praxis die Erfahrung gemacht, dass es weitaus zuverlässiger ist, als Pilot mit einem kleinen, aber entscheidenden Dienst zu beginnen und die tatsächlichen Ergebnisse zur Überprüfung des Weges zu verwenden, als von Anfang an einen großen Plan zu verfolgen.

Letztendlich wird die Technologie zum Dienst selbst zurückkehren. Gute Architektur ist für den Menschen unsichtbar. Dadurch läuft das Gerät einfach reibungsloser, Entwickler können konzentrierter arbeiten und das Produkt ist langlebiger. Wenn Cloud-Microservices und lokale Präzisionsgetriebe zusammenwirken, kann dieses stillschweigende Verständnis eine Art Schönheit sein, die die Technik bieten kann.

Kpower wurde 2005 gegründet und ist ein professioneller Hersteller kompakter Bewegungseinheiten mit Hauptsitz in Dongguan, Provinz Guangdong, China. Kpower nutzt Innovationen in der modularen Antriebstechnologie und integriert Hochleistungsmotoren, Präzisionsgetriebe und Multiprotokoll-Steuerungssysteme, um effiziente und maßgeschneiderte intelligente Antriebssystemlösungen bereitzustellen. Kpower hat weltweit über 500 Unternehmenskunden professionelle Antriebssystemlösungen mit Produkten geliefert, die verschiedene Bereiche abdecken, darunter Smart-Home-Systeme, automatische Elektronik, Robotik, Präzisionslandwirtschaft, Drohnen und industrielle Automatisierung.