Auf dem Hot-Data-Pfad zur Echtzeit-Datenverarbeitung

Beispiel für die Definition einer IoT Rule, die Daten Richtung Kinesis Data Stream weiterleitet. (Bild: Transition Technologies PSC Germany GmbH)
Beispiel für die Definition einer IoT Rule, die Daten Richtung Kinesis Data Stream weiterleitet. (Bild: Transition Technologies PSC Germany GmbH)

Wie im ersten Teil der Artikelreihe beschrieben, ermöglicht es die Umsetzung des Cold-Data-Pfades, Erkenntnisse aus Langzeitdaten-Analysen zu ziehen. Damit werden frühzeitige Steuerungsmaßnahmen möglich, die eine Minderung der Produktivität, -qualität oder gar einen Produktionsausfall verhindern können. In diesem Teil der Serie steht die Frage im Vordergrund, wie sich eingehende Live-Daten für ad-hoc Analysen, Alarme oder Visualisierungen nutzen lassen. Dazu bauen Anwenderunternehmen ein Stream Processing auf der AWS-Cloud auf, mit dem Echtzeit-Einblicke in die Produktion gewonnen und diese anschließend gewinnbringend genutzt werden können.

 (Bild: Transition Technologies PSC Germany GmbH)
(Bild: Transition Technologies PSC Germany GmbH)

Vereinfachter Anwendungsfall

Als Szenario dient ein stark vereinfachter Anwendungsfall aus der Instandhaltung:

Im Beispiel geht es um ein Asset, das nur in einem bestimmten Temperatur- und Luftfeuchtigkeitskorridor Teile in der gewünschten Qualität produzieren kann. Erweiterte Analyseverfahren können diesen Korridor offenlegen. Nun möchten die Produzenten frühzeitig eine Warnung an einen Instandhalter schicken, dass sich die Maschine außerhalb dieses Korridors bewegt, oder diesen bald verlassen wird. Zu diesem Zweck setzen sie eine Streaming-Architektur auf. Eine Streaming Architektur besteht immer aus drei Bestandteilen: dem Event Producer, dem Event Router und dem Event Consumer. Dabei veröffentlicht der Producer die Nachricht an den Router, wobei dieser die Daten filtern oder anreichern kann und liefert diese Daten wiederum an die Consumer aus. Dadurch können Producer und Consumer voneinander unabhängig skaliert werden. Um das Szenario umzusetzen – also Warnungen an die Instandhaltung zu schicken – sobald Luftfeuchtigkeit und Temperatur drohen ihren Korridor zu verlassen, lässt sich eine Architektur mit folgenden Komponenten aufbauen.

 (Bild: Transition Technologies PSC Germany GmbH)
(Bild: Transition Technologies PSC Germany GmbH)

AWS-Software im Einsatz

In der Architektur fließen die Daten aus IoT Core direkt über eine IoT Rule in die Streaming-Anwendung Kinesis Data Streams, die von AWS verwaltet wird. Dabei wird kein zusätzlicher Code benötigt, da die Integration der AWS Services verlässlich ist. Innerhalb der Regel müssen Anwender lediglich einen Kinesis Data Stream angeben, auf den die Daten veröffentlicht werden sollen. Die tatsächliche Verarbeitung der Daten erfolgt in Kinesis Data Analytics (kurz KDA), wobei KDA hierbei das Hosting der vom Anwender als Docker Container bereitgestellten Apache-Flink-Applikation übernimmt. Apache Flink ist ein Framework zum Stream Processing, welches die asynchrone Filterung und die Anreicherung von Daten unterstützt. KDA übernimmt dabei die Skalierung und Überwachung der Applikation.

Über KDA wird asynchron eine Validierung gegen das ML-Modell getriggert und deren Ergebnis ausgewertet. (Bild: Transition Technologies PSC Germany GmbH)
Über KDA wird asynchron eine Validierung gegen das ML-Modell getriggert und deren Ergebnis ausgewertet. (Bild: Transition Technologies PSC Germany GmbH)

KI-gestütztes Monitoring

Von hier lässt sich eine asynchrone Anfrage an eine Lambda-Funktion anstoßen, die als Proxy für die Sagemaker Inference API dient, welche in diesem Fall mit einem Micro-Batch angefragt wird. Also wird für ein kleines Datenset angefragt, ob die aktuellen Daten darauf hindeuten, dass die Werte bereits außerhalb des Korridors liegen, oder zu verlassen drohen. Diese API wird genutzt, um die Live-Daten gegen das zuvor trainierte Modell zu validieren. In diesem Korridor von Luftfeuchtigkeit und Temperatur ist die Problemstellung nahezu trivial und könnte auch durch einfache Wenn-Dann-Verkettungen gelöst werden. Doch das Vorgehen ist auf weit komplexere Daten mit vielen Einflussvariablen übertragbar.

Die verwendete IoT-Architektur (Bild: Transition Technologies PSC Germany GmbH)
Die verwendete IoT-Architektur (Bild: Transition Technologies PSC Germany GmbH)

Daten für den Hot-Data-Pfad

Die um die Inferenz angereicherten Daten werden nun in einer DynamoDB gespeichert, welche nur den aktuellen Status jedes Assets enthält. Die längerfristige Betrachtung der Daten findet nicht im Hot-Data-Pfad statt. Gleichzeitig wird das ermittelte Ergebnis zurück nach KDA gegeben, wo abhängig von dem Ergebnis der Inferenz, eine Mitteilung im Simple Notification Service veröffentlicht wird, die darauf hinweist, dass die Messwerte außerhalb des gewünschten Korridors liegen. Diese Mitteilung können verschiedene Adressaten verschickt werden. Diese reichen von anderen Applikationen, die das Topic abonnieren, bis hin zu dem automatischen Versand per E-Mail an eine abonnierende Adresse. So kann der Instandhalter per E-Mail oder über seine Service App direkt erfahren, dass das Asset bereits außerhalb der definierten Parameter läuft oder droht dies zu tun.

Der Live-Zustand der Assets

Die Instandhaltung kann über diese Service App den aktuellen Zustand der angebundenen Assets überprüfen. Dazu wird die Service App aus der zuvor angelegten DynamoDB Tabelle über App Sync in (nahezu) Echtzeit mit Daten zum Zustand des Assets versorgt. Dabei erfolgt die Anbindung über Standard Graph-QL-Schnittstellen, die sich schnell neu entwickeln und integrieren lassen.

IoT-Plattform ist aufgebaut

Am Ende des Artikels ist nachvollziehbar, wie eine IoT-Plattform entsteht, die sowohl die langfristige Speicherung und Analyse (Artikel 1) unterstützt, als auch die Verarbeitung von Daten in nahezu Echtzeit, wie in diesem Artikel beschrieben. Zusammengenommen legen Anwenderunternehmen so ein tragfähiges Fundament für die Digitalisierung ihrer Produktion.

Den ersten Teil der Serie lesen Sie hier.



  • Auftragseingang anhaltend schwach

    Auftragseingang anhaltend schwach

    Der Branchenverband VDMA hat im Juli bei seinen Mitgliedern erneut einen schwachen Auftragseingang ermittelt. Der Monatswert fiel bei den Maschinen- und Anlagenbauern real um elf Prozent niedriger als im Vorjahr…

    mehr lesen: Auftragseingang anhaltend schwach

  • KI-basierte Datenverarbeitung im autonomen Fahrzeug

    KI-basierte Datenverarbeitung im autonomen Fahrzeug

    Forschung an neuromorpher Hardware im Projekt KI-Flex KI-basierte Datenverarbeitung im autonomen Fahrzeug Im Forschungsprojekt KI-Flex wurde an einer Plattform gearbeitet, die im autonomen Fahrzeug alle Verkehrsteilnehmer sicher orten soll. Entstanden…

    mehr lesen: KI-basierte Datenverarbeitung im autonomen Fahrzeug

  • Nachhaltigkeit entlang der gesamten Wertschöpfungskette

    Nachhaltigkeit entlang der gesamten Wertschöpfungskette

    Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit für den Industriesektor Hand in Hand? Dies kann Realität werden. Das kürzlich abgeschlossene Forschungsprojekt ’Climate Solution for Industries’ (CS4I) unter Beteiligung des Fraunhofer IPA setzt bereits bei…

    mehr lesen: Nachhaltigkeit entlang der gesamten Wertschöpfungskette

  • Neil Barua folgt auf James Heppelmann

    Neil Barua folgt auf James Heppelmann

    Nach 13 Jahren als CEO beim Softwareunternehmen PTC verabschiedet sich James Heppelmann in den Ruhestand. Sein Nachfolger wird Neil Barua.

    mehr lesen: Neil Barua folgt auf James Heppelmann

  • Skeptischer Blick auf den Sommer

    Skeptischer Blick auf den Sommer

    Ifo Geschäftsklimaindex im Mai Skeptischer Blick auf den Sommer Nach 93,4 Punkten im Vormonat, fällt der Ifo Geschäftsklimaindex im Mai auf 91,7 Punkte – der erste Rückgang in sechs Montanen.

    mehr lesen: Skeptischer Blick auf den Sommer

  • Kritik am Cyber Resilience Act

    Kritik am Cyber Resilience Act

    Kritik am Cyber Resilience Act Open-Source-Organisationen richten offenen Brief an EU Kommission In einem offenen Brief kritisieren neun Open-Source-Organisationen die EU Kommission, die Perspektive der Community im Rahmen des Cyber…

    mehr lesen: Kritik am Cyber Resilience Act

  • VDI bietet Big-Data-Schulungen an

    VDI bietet Big-Data-Schulungen an

    Aus- und Weiterbildung VDI bietet Big-Data-Schulungen an Auf Grundlage der im November 2022 veröffentlichten Richtlinie VDI/VDE-MT 3714 bietet der VDI Schulungen für die Implementierung und den Betrieb von Big-Data-Anwendungen an.

    mehr lesen: VDI bietet Big-Data-Schulungen an

  • Qualitätsmanagement-System mit integrierter KI

    Qualitätsmanagement-System mit integrierter KI

    KI-Funktionen in Standardsoftware Qualitätsmanagement-System mit integrierter KI Softwareanbieter Consense ergänzt sein Qualitätsmanagement-System um KI-gestützte Funktionen. Die Algorithmen sollen helfen, Prozesse zu automatisieren und einfacher zu gestalten.

    mehr lesen: Qualitätsmanagement-System mit integrierter KI

  • Eine Tauschplattform für die Autoindustrie

    Eine Tauschplattform für die Autoindustrie

    Plattform Wavetrade Eine Tauschplattform für die Autoindustrie Der KI-Spezialist One Data hat eine Tauschplattform an den Start gebracht, über die Automobilhersteller ’kritische Komponenten’ wie etwa Halbleiter an- und verkaufen sowie…

    mehr lesen: Eine Tauschplattform für die Autoindustrie

  • Marktstudie vergleicht mehr als 140 SCM-Lösungen

    Marktstudie vergleicht mehr als 140 SCM-Lösungen

    Supply-Chain-Management-Software Marktstudie vergleicht mehr als 140 SCM-Lösungen Wo liegen die Unterschiede in Supply-Chain-Management-Software? Eine Marktübersicht der Trovarit, des Fraunhofer IPA und des IFR vergleicht mehr als 140 Lösungen.

    mehr lesen: Marktstudie vergleicht mehr als 140 SCM-Lösungen

  • Was bedeuten Low Code und No Code für ERP-Systeme?

    Was bedeuten Low Code und No Code für ERP-Systeme?

    Diskussionspapier des Bitkom Was bedeuten Low Code und No Code für ERP-Systeme? Mit Low Code bzw. No Code können auch Nicht-ITler Anwendungen aus vorgefertigten Bausteinen erstellen. Die Auswirkungen des Ansatzes…

    mehr lesen: Was bedeuten Low Code und No Code für ERP-Systeme?

  • Positives Signal, doch es bleiben Fragen

    Positives Signal, doch es bleiben Fragen

    DSAG-Statement zur geplanten Stärkung des SAP-ERP-Geschäfts Positives Signal, doch es bleiben Fragen Im Rahmen der Bilanzpressekonferenz hat SAP mitgeteilt, das Enterprise-Resource-Planning (ERP)-Geschäft stärken und Einschnitte in Programmen für Vertrieb und…

    mehr lesen: Positives Signal, doch es bleiben Fragen