Beispiele für Embedded Systems: Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft

Beispiele für Embedded Systems finden sich in fast allen Bereichen der modernen Wirtschaft - Technologien, die für den Betrieb von Geräten und Anlagen unerlässlich sind, die wir oft als selbstverständlich ansehen, die aber überall für den Fortschritt im Leben verantwortlich sind, von der Medizin über den Verkehr und die Landwirtschaft bis hin zur Klimakontrolle.

Da Experten für Embedded Systems in den Bereichen Fertigung, Automobil, Transport, Luft- und Raumfahrt und Biowissenschaften eine so entscheidende Rolle spielen, hat sich die Personalbeschaffung im Bereich Engineering und Technologie neu gestaltet, um diesen riesigen Arbeitsmarkt zu unterstützen und den Fachkräftemangel zu beheben.

Da der Trend in der Technik dahin geht, die bei industriellen Prozessen anfallenden Datenmengen zu nutzen, und Unternehmen beginnen, das Fernüberwachungs- und Kommunikationspotenzial der mit dem Internet der Dinge (IoT) ausgestatteten Sensoren zu nutzen, wurden verschiedene Spezialisierungen geschaffen, um den multidisziplinären Qualifikationen gerecht zu werden, die für diese komplexen Aufgaben erforderlich sind.

Aber was sind Embedded Systems eigentlich und seit wann werden sie im kommerziellen und privaten Umfeld eingesetzt? In diesem Leitfaden beantworten wir nicht nur diese Frage, sondern werfen auch einen Blick auf einige Beispiele für Embedded Systems und Engineering-Trends, die die Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft der Industrie, der Lebensmittelsicherheit und des Gesundheitswesens bestimmt haben.

Was sind Embedded Systems?

Die Geschichte des Embedded Systems reicht bis in die Mitte des 20. Jahrhunderts zurück, insbesondere mit der Entwicklung des integrierten Schaltkreises im Jahr 1961, der zur Versorgung der Bewegungs- und Navigationssensoren in der Kommandokapsel und der Mondlandefähre des Apollo-Raumfahrtprogramms beitrug. Weitere kommerzielle Anwendungen folgten 1969, als der Volkswagen 1600 einen Mikroprozessor zur Steuerung des Kraftstoffsystems seines Motors einsetzte.

Diese ICs, Mikroprozessoren und Mikrocontroller trugen dazu bei, die Größe und das Gewicht von Computersystemen zu verringern und sie gleichzeitig effizienter, zuverlässiger und leistungsfähiger zu machen. 1959 stellte IBM sein 1401 Data Processing System vor, das rund fünf Tonnen wog und über 16 Kilobyte Speicher verfügte. 1970 brachte Data General den Nova "Minicomputer" auf den Markt, ein fünfzig Pfund schweres Gerät, das für wissenschaftliche, technische und medizinische Zwecke bestimmt war und als Computer die Bilder des weltweit ersten Computertomographen verarbeitete.

In den letzten Jahren sind die Embedded Systems immer diskreter und fortschrittlicher geworden. Im Jahr 2023 wiegen unsere Smartphones durchschnittlich weniger als 200 Gramm und sind etwa zehn Millionen Mal schneller als der IBM 1401. 

Infolge der Embedded Systems haben sich die Einstellungsmöglichkeiten für Ingenieure und Techniker deutlich verändert, um der wachsenden Nachfrage nach Fähigkeiten in den Bereichen Hardware- und Softwareintegration, IoT-Sensoren und Steuerungsmechanismen sowie Vernetzung und Konnektivität gerecht zu werden. 

Von Mikrocontrollern in Produktionslinien bis hin zu vernetzten IoT-Sensoren - Beispiele für Embedded Systems gibt es viele, die zeigen, wie wichtig sie für das moderne Leben sind. Die Zentralheizung in Ihrem Haus, die Soft- und Hardware, die Ihre Digitalkamera oder Ihr Telefon antreibt und Bilder und Videos verarbeitet, Geräte, die Produkte ausgeben oder den Lagerbestand in Verkaufsautomaten überwachen, Ladestationen für Elektrofahrzeuge und unsere Autobremsen: Wir interagieren mit eingebetteten Systemen als Teil unseres täglichen Lebens. 

Kurz gesagt, ein Embedded Systems sind eine Kombination aus Computerhardware und Software, die in ein breiteres System, eine Maschine oder einen Prozess integriert ist und dazu dient, eine bestimmte Aufgabe gut zu erfüllen. 

Wenn Sie mehr über Embedded Systems und die Experten, die mit ihnen arbeiten, erfahren möchten, lesen Sie unseren aktuellen Video-Leitfaden "How to Find and Recruit The Best Embedded and Electronics Specialists" (Wie Sie die besten Embedded- und Elektronikspezialisten finden und rekrutieren), in dem unsere Consultants die wichtigsten Erkenntnisse zur Rekrutierung von Ingenieuren und Technikern vorstellen.

Aber wie haben ICs, Mikroprozessoren und IoT-Sensoren die Ingenieurs- und Fertigungsbranche revolutioniert und welche Beispiele für Embedded Systems gibt es, die das Leben überall voranbringen?

Fünf Beispiele für Embedded Systems

Nachdem wir nun eine bessere Vorstellung davon haben, was diese Technologien sind und wie sie sich im Laufe der Zeit entwickelt haben, können wir uns einige Beispiele für Embedded Systems genauer ansehen und sehen, wie ihre Integration in Maschinen nicht nur für die Produktionsumgebung, sondern auch für die sichere Nutzung unserer persönlichen Fahrzeuge, die Verwaltung der von uns genutzten Gebäude und die Gewährleistung der Versorgung mit Lebensmitteln entscheidend ist.

1. Industrielle Automatisierung: Steuerung des Fertigungsprozesses

In der Fertigung gibt es mehrere Beispiele für Embedded Systems, von den bekannten Bildern von Roboterarmen entlang von Fahrzeugmontagelinien bis hin zu den IoT-Sensoren, die Echtzeit-Feedback und eine feinkörnige Steuerung von leistungs- und sicherheitskritischen Parametern wie Temperatur, Druck und Geschwindigkeit in der chemischen Verfahrenstechnik liefern. 

Robotergeräte sorgen für Präzision und mehr Sicherheit in der Produktion, indem sie komplexe Aufgaben übernehmen und das menschliche Personal in allen möglichen Fertigungsumgebungen unterstützen. Die Prozessoptimierung und -automatisierung wird weiterhin durch technologische und Engineering-Trends vorangetrieben, wobei Fortschritte bei der Datenerfassung und -verarbeitung dazu beitragen, die Maschinenüberwachung zu verbessern und eine effektivere vorausschauende Wartung zu ermöglichen, was letztlich Ausfallzeiten reduziert und sicherstellt, dass Fertigungsunternehmen wettbewerbsfähig und rentabel bleiben. 

Die Fortschritte im Bereich der IoT-Sensoren bedeuten, dass im nächsten Jahrzehnt Roboter, Maschinen und andere Systeme, die in der industriellen Fertigungsumgebung verteilt sind, miteinander kommunizieren können, um eine optimale Gesamteffizienz der Anlagen bei minimalem menschlichem Eingriff zu erreichen.

2. HVAC: Nahtlose Klimakontrolle und Kühllagerung

Ob verderbliche Lebensmittel oder temperaturempfindliche Impfstoffe - Embedded Systems sorgen dafür, dass die Umgebungen, in denen wir leben, arbeiten und Waren und Materialien lagern, durch präzise Klimaregelung komfortabel und sicher sind. Dies spiegelt sich auch in den Einstellungszahlen wider: Nach Angaben von Personalvermittlungsunternehmen aus dem Bereich Engineering und Technologie wird die Wachstumsrate bei den Stellen für HLK-Techniker zwischen heute und 2028 bei über 10 % liegen. 

Embedded Sensoren und Systeme werden routinemäßig zur Automatisierung von Heizung, Lüftung und Klimaanlagen eingesetzt und ermöglichen die Bewertung und Anpassung von Temperatur und Luftfeuchtigkeit in einer Umgebung. Mit dem zunehmenden Einsatz von IoT-Sensoren wird es immer einfacher, das Risiko zu minimieren, dass Produkte die Kühlkette verlassen, unabhängig davon, wo sie sich an einem Standort oder in einer Produktionslinie befinden. 

Da die Technik dazu tendiert, die Mengen an historischen und Echtzeitdaten zu nutzen, die diese Sensoren während eines durchschnittlichen Produktionszyklus verarbeiten, können Techniker und technische Leiter Ausfälle von Anlagen besser vorhersagen und die drahtlose Konnektivität nutzen, um proaktive Warnungen an das Wartungspersonal zu senden oder eine Ferndiagnose durchzuführen.

3. Fahrzeuge: Optimierung von Sicherheit und Effizienz

Eingebettete Systeme sind nicht nur bei der Herstellung von Fahrzeugen auf der ganzen Welt unverzichtbar, sondern auch zunehmend der Dreh- und Angelpunkt, um den sich Innovation und Sicherheit in der Automobilindustrie drehen. Aber was machen Embedded Systeme in unseren Motorrädern, Autos und Bussen? 

Ursprünglich in Luxusmodellen eingeführt, sind Beispiele für Embedded Systems heute in allen Preisklassen auf dem Automobilmarkt zu finden. Sie werden in fortschrittliche Fahrerassistenzsysteme (ADAS) integriert, um verschiedene Stufen der Fahrautomatisierung zu ermöglichen, wie z. B. einen adaptiven Tempomat, und gewährleisten die Sicherheit von Fahrer und Beifahrern, z. B. durch Antiblockiersysteme (ABS).

Wie wir in unserem Blick auf die Geschichte dieses Bereichs im letzten Abschnitt gesehen haben, war die Automobilindustrie ein früher Anwender von Embedded Systems und trägt auch heute noch zu deren Weiterentwicklung bei. 

In Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren gibt es Kontrollmechanismen und Sensoren, die es dem Fahrer ermöglichen, die Motorleistung zu überwachen und den Kraftstoffverbrauch automatisch zu optimieren. Inzwischen hat die Verbreitung von Hybrid- und Elektroautos zur Integration von Systemen geführt, die den Energieverbrauch anpassen, um die Reichweite zu maximieren und das Aufladen der Batterien durch regeneratives Bremsen zu ermöglichen, während die Lade-Infrastruktur selbst eingebettete Systeme nutzt, um die Lasten gleichmäßig auf die variable Anzahl von Fahrzeugen zu verteilen, die gleichzeitig aufgeladen werden können.

4. Landwirtschaft: Pflegen, Ernten und Verpacken von Feldfrüchten

In der Landwirtschaft werden Embedded Systems in den Bereichen Landwirtschaft, Logistik und Lagerung eingesetzt. Geräte können empfindliches Obst und Gemüse autonom sortieren und verpacken, während verschiedene landwirtschaftliche Funktionen wie Pflanzung, Bewässerung und Ernte heute von Maschinen und ihren menschlichen Bedienern ausgeführt werden können. 

Das Wachstum der Datenanalyse und der IoT-Sensoren hat dazu geführt, dass Beispiele für Embedded Systems in Verbindung mit Präzisionslandwirtschaftstechniken zu finden sind, um die Ernteerträge zu steigern, Abfälle zu reduzieren und die Bodenqualität sicherzustellen. Die von diesen IoT-Sensoren bereitgestellten Echtzeitinformationen können den Landwirten helfen, die Bewässerung und Düngung aus der Ferne anzupassen, was ihre Produktivität steigert und die Notwendigkeit einer physischen Inspektion der Pflanzen verringert.

Was die technischen Trends angeht, so tragen Embedded Systems in der Landwirtschaft dazu bei, die Lebensmittelsicherheit zu gewährleisten, und werden mit der Verbesserung der drahtlosen Konnektivität zwischen Hardware, Software und IoT-Sensoren auch weiterhin fortschrittlichere autonome Maschinen ermöglichen, die die Sicherheit erhöhen und Schäden an den Erzeugnissen reduzieren können.

5. Medizintechnik: Weiterentwicklung von Forschung, Diagnostik und Behandlung

Beispiele für Embedded Systems finden sich in fast allen medizinischen Bereichen, aber ihre Bedeutung wird vielleicht am deutlichsten bei den lebensrettenden Diagnosegeräten und medizinischen Geräten, die den Ärzten die Ausübung ihrer Tätigkeit ermöglichen. MRT-, PET- und CAT-Scanner, Herzschrittmacher, Insulinpumpen, EKG- und O2-Monitore für Patienten, tragbare intelligente Geräte - viele der Technologien, auf die wir uns verlassen, um unsere Betreuer zu unterstützen, wenn es uns schlecht geht, gäbe es ohne Embedded Systems nicht. 

Wie immer geht der Trend im Engineering zur zunehmenden Miniaturisierung der Computertechnologie. Die bereits erwähnten integrierten Schaltkreise und Mikroprozessoren haben dazu geführt, dass immer mehr tragbare medizinische Geräte entstehen, die in der Lage sind, die Vitalparameter von Patienten zu überwachen und darüber zu berichten, so dass Gesundheitsdienstleister und Allgemeinmediziner Behandlungen aus der Ferne überwachen und auf der Grundlage realer Daten anpassen können.

Da der weltweite Markt für tragbare medizinische Geräte bis zum Jahr 2030 voraussichtlich auf einen Wert von 168 Mrd. US-Dollar anwachsen wird, ist es wahrscheinlich, dass dieser lukrative Bereich noch einige Zeit lang die Einstellung von Ingenieuren und Technikern bestimmen wird.

Die Auswirkungen dieser aufstrebenden Technologien gehen über das Gesundheitswesen und die Krankenhausumgebung hinaus und unterstützen die klinischen Studienaktivitäten von Pharma- und Medizintechnikunternehmen. Indem sie Patienten die Möglichkeit geben, aus der Ferne an klinischen Studien teilzunehmen, können sie eines der größten Hindernisse für erfolgreiche Forschung und behördliche Genehmigungen beseitigen, nämlich die Reisevorbereitungen. Ingenieure, die an Embedded Systems arbeiten, tragen dazu bei, die Beteiligung der Teilnehmer an diesen dezentralisierten klinischen Studien auf recht direkte Weise zu verbessern. 

Dies sind nur einige wenige Beispiele dafür, wie Embedded Systeme zur Verbesserung von Sicherheit, Effizienz, Qualität und Produktivität in verschiedenen Branchen der Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft eingesetzt werden. Wie wir gesehen haben, haben diese Technologien eine lange Geschichte und entwickeln sich ständig weiter. Sie ermöglichen neue Anwendungen und Innovationen und prägen gleichzeitig die allgemeinen Trends in der Technik und den Bedarf der Unternehmen an neuen Technologien.

Fazit

Embedded Systems stehen für verschiedene Technologien und Anwendungen, die das Rückgrat des modernen Lebens und Handels bilden. Die Beispiele für Embedded Systems, die wir in diesem Leitfaden untersucht haben - von integrierten Schaltkreisen bis hin zu medizinischen Geräten - gehen auf die technologischen Innovationen in der Mitte des 20. Jahrhunderts zurück. Diese Systeme haben sich kontinuierlich weiterentwickelt und sind immer diskreter und ausgefeilter geworden, was zu Veränderungen in der Fertigungsumgebung, Fortschritten in der Automobilindustrie, der Modernisierung der Präzisionslandwirtschaft und zu Durchbrüchen in der Medizintechnik geführt hat. 

Darüber hinaus prägen und definieren Embedded Systems auch weiterhin technische Trends und prägen die Landschaft der Technologieeinstellungen. Die Integration von IoT-Sensoren und Remote-Management-Technologien erhöht den Bedarf an Ingenieuren, die über multidisziplinäre Fähigkeiten verfügen, da sie eine Reihe von Branchen zu einem stärker vernetzten und datengesteuerten Arbeitsplatz führen. 

Der Einfluss von Embedded Systems mag oft unbemerkt bleiben, aber ihre Bedeutung in der Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft der industriellen Automatisierung, der Computertechnik und des Transportwesens unterstreicht die zentrale Rolle, die sie in unserer heutigen Welt spielen.

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