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01.04.1977

Wohin gehen die Hardware-Trends?

Professor Dr. Max Syrbe, Institut für Informationsverarbeitung in Technik und Biologie der Frauenhofer Gesellschaft, Karlsruhe

Seit Taschenrechner Einzug in fast jede Wohnung genommen haben, ist die Feststellung keine Nachricht mehr, daß hochintegrierte Halbleiter insbesondere in Form des Mikroprozessors Rechner billiger und breiter verwendbar machen. Nicht so einfach ist die Antwort auf die Frage, wie von diesem TechnologieTrend Automatisierungssysteme beeinflußt werden, über die hier besonders berichtet werden soll. Bis jetzt werden diese meist mit einem sternförmig mit Meßfühlern und Stellgliedern verbundenen, zentralen Prozeßrechner ausgeführt. Als Ausfall-Begrenzung wird häufig ein Analog-Gerät-Back-Up verwendet, als Warte große Fließbilder in Form von Wandmosaik und mit Tastaturen dicht besetzte Pulten. Zur Erhöhung der Sicherheit werden auch Doppelrechner eingesetzt, einer davon ohne Funktionsbeteiligung (Blindrechner). Automatisierungsaufgaben werden heute umfangreicher und komplexer - unter anderem sind höhere Sicherheit und Umweltanforderungen, geringerer Rohstoff- und Energieverbrauch die Ursache. So hat sich beispielsweise die Zahl der Meldungen und Meßanzeigen eines Kraftwerk-Blockes von 1950 bis 1970 verzehnfacht, von 1970 bis 1975 nochmals verdreifacht. Hierdurch und durch die für jeden Anwendungsfall spezielle Projektierung, Programmierung, Herstellung, Test und Verkabelung entstehen überproportional steigende Kosten. Der Zuverlässigkeits-Engpaß wächst.

Zur Änderung dieses Trends müssen neue Strukturen mit entsprechend angepaßten Übertragungs-, Warten- und Programmiertechniken gefunden werden. Eine solche Struktur ist die Aufteilung der Funktionen, auch auf räumlich verteilte Mikrorechner, die über Sammel-Leitungen (zum Beispiel Lichtleiter) gekoppelt sind. Bei großen Anlagen können bis zu 90 Prozent der Verkabelungskosten eingespart werden. Die Zuverlässigkeit läßt sich durch Aufgliedern der Mikrorechner mit Torschaltungen erhöhen, die im Störungsfalle die E/A-Geräte auch direkt von der Sammel-Leitung bedienen lassen. Es entstehen Strukturen mit funktionsbeteiligter Redundanz (Wirkrechner): im Normalfalle wird die installierte Rechnerleistung voll genutzt, im Störfalle wird nur die Leistung zurückgenommen (zum Beispiel längere Abtastraten). Eine fortentwickelte Funktionsüberwachung (Watch Dock) ermöglicht diese Lösung. Eine weitere Steigerung der Zuverlässigkeit ist durch Übertragungssteuerungen möglich, die ohne zentralen Master (Polling) arbeiten. Solche gleichberechtigten Einzelsteuerungen erlauben auch den Übergang vom Simplexzum Duplex-Betrieb bei Leitungsunterbrechungen.

Neue Wartentechniken ermöglicht die Bildschirmtechnik, verbunden mit Erkenntnissen der Antropotechnik, einer technisch-wissenschaftlichen Disziplin, die sich mit den Eigenschaften des Menschen an der Mensch-Maschine-Schnittstelle befaßt. Diese Erkenntnisse eröffnen eine Möglichkeit, die viele Quadratmeter großen Warten heutiger Technik durch kleine, etwa ein Fünftel Quadratmeter große Bildschirme zu ersetzen. Der Mensch sieht nur wenige Raumwinkelgrade scharf, was im Armabstand gerade einer Bildschirmfläche entspricht. Die großen Bildflächen heutiger Warten erschließt sich der Mensch durch intuitive Augen- und Nackenmuskel-Bewegungen. Eine entsprechende Lösung ist durch intuitive Armmuskel-Bewegung eines Steuerknüppels möglich, der ein Bild mehrfacher Bildschirmgröße trägheitslos bewegt. Anstelle vieler Schalter und Tastaturen werden virtuelle, das heißt auf dem Bildschirm dargestellte Tasten verwendet, die durch Lichtgriffel betätigt werden. Damit können die Tastenfelder und der Bildschirmausschnitt auch zur Entlastung des Menschen selbsttätig an die jeweiligen Situationen angepaßt werden. Eine freizügige Kombination verschiedener Informationsdarstellungsformen

mit Symbolen, Texten, Ziffern, Kurven und Balken ist möglich, wenn eine Kombination von Farbsichtgeräten, Kurven- und Symbolgeneratoren und einem Mikrorechner mit einem Speicher verwendet wird, der Arbeitsspeicher und Bildwiederholspeicher zusammenfaßt.

Am Schluß muß erwähnt werden, daß die mit diesem Hardware-Trend erreichbaren Vorteile hinfällig würden, wenn kein geeigneter Software-Trend hinzugefügt würde. Dies ist durch Erweiterung der Prozeßprogrammiersprache PEARL auf Mehrprozessor-Systeme und durch bildgestütztes Programmieren möglich. Dies wäre ein gesonderter Kommentar.