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.



  • Konsortium für Quantencomputing gegründet

    Konsortium für Quantencomputing gegründet

    Mit dem QUTAC haben sich zehn Unternehmen in einem Konsortium zusammengeschlossen um industrielle Anwendungen für Quantencomputing zu entwickeln.

    mehr lesen: Konsortium für Quantencomputing gegründet

  • Remote Work in der Fertigungsindustrie

    Remote Work in der Fertigungsindustrie

    Okta hat im Rahmen einer Studie ermittelt, wie Arbeitnehmer künftig arbeiten wollen. Demnach möchten sie ihr Arbeitsmodell zukünftig selbst wählen. Einige glauben jedoch nicht, dass ihr Arbeitgeber ihnen diese Flexibilität…

    mehr lesen: Remote Work in der Fertigungsindustrie

  • Siemens kauft Nextflow Software

    Siemens kauft Nextflow Software

    Transiente Strömungssimulation mit Simcenter Siemens kauft Nextflow Software Siemens erwirbt das französische Startup Nextflow Software. Durch die Integration deren CFD-Technologie ins Xcelerator-Portfolio sollen Anwender komplexe Applikationen mit transienten Strömungen und…

    mehr lesen: Siemens kauft Nextflow Software

  • Bundestag beschließt Unternehmensbasisregister

    Bundestag beschließt Unternehmensbasisregister

    Unternehmen sind in Deutschland in unterschiedlichen Registern erfasst, zwischen denen Daten selten oder gar nicht ausgetauscht werden. Mit dem nun beschlossenen Basisregister müssen Unternehmen ihre Daten künftig nur noch einmal…

    mehr lesen: Bundestag beschließt Unternehmensbasisregister

  • BSI eröffnet Stützpunkt in Saarbrücken

    BSI eröffnet Stützpunkt in Saarbrücken

    Am neuen BSI-Stützpunkt in Saarbrücken will das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik gemeinsam mit anderen Forschungseinrichtung seine Arbeit im Bereich künstliche Intelligenz ausbauen.

    mehr lesen: BSI eröffnet Stützpunkt in Saarbrücken

  • Kaspersky schickt Führungskräfte in virtuelles Kraftwerk

    Kaspersky schickt Führungskräfte in virtuelles Kraftwerk

    Mit einer VR-Version seines Simulationsspiels Interactive Protection Simulation will Kaspersky Führungskräften Knowhow darüber vermitteln, welchen Einfluss Entscheidungen auf die Cybersicherheit haben können.

    mehr lesen: Kaspersky schickt Führungskräfte in virtuelles Kraftwerk

  • Matthias Haas ist neuer Geschäftsführer bei Igel

    Matthias Haas ist neuer Geschäftsführer bei Igel

    Gemeinsam mit CEO Jed Ayres leitet CTO Matthias Haas zukünftig die Geschicke der Igel Technology GmbH.

    mehr lesen: Matthias Haas ist neuer Geschäftsführer bei Igel

  • AutoID-Märkte stehen wieder besser da

    AutoID-Märkte stehen wieder besser da

    Der Industrieverband AIM-D befragt seine Mitglieder halbjährlich nach ihrer Sicht auf die allgemeine Geschäfts- und Marktentwicklung sowie die Entwicklung der AutoID-Märkte. In der aktuellen Umfrage schlägt erneut die Pandemie zu…

    mehr lesen: AutoID-Märkte stehen wieder besser da

  • Sales-Transformation schreitet nur langsam voran

    Sales-Transformation schreitet nur langsam voran

    Trotz steigender Kundenerwartungen an ein digitales Einkaufserlebnis sind Industrieunternehmen bei der Umsetzung oft zurückhaltend. Laut einer Accenture-Studie planen nur etwa 14 Prozent der deutschen Unternehmen, ihre digitalen Vertriebsfähigkeiten innerhalb der…

    mehr lesen: Sales-Transformation schreitet nur langsam voran

  • Produktionserwartungen sinken, bleiben aber auf hohem Niveau

    Produktionserwartungen sinken, bleiben aber auf hohem Niveau

    Die Produktionserwartungen der deutschen Industrie haben sich auf hohem Niveau etwas verschlechtert. Der Indikator sank im Mai auf 27 Punkte, nach 32 im April. Das geht aus der aktuellen Konjunkturumfrage…

    mehr lesen: Produktionserwartungen sinken, bleiben aber auf hohem Niveau

  • Videoschulung für Fach- und Führungskräfte

    Videoschulung für Fach- und Führungskräfte

    Um Fach- und Führungskräften aus dem produzierenden Gewerbe eine fundierte Grundlage in Sachen künstlicher Intelligenz (KI) und maschinellem Lernen (ML) zu vermitteln, stellen die Fraunhofer Institute IOSB und ICT sowie…

    mehr lesen: Videoschulung für Fach- und Führungskräfte

  • Pandemie erhöht den Druck auf IT-Architekten

    Pandemie erhöht den Druck auf IT-Architekten

    Eine Umfrage von Couchbase, einem Plattform-Anbieter für Datenmanagement, zeigt, dass IT-Architekten während der Corona-Pandemie mehr als dreimal so stark unter Druck stehen wie vorher. Die Ursachen dafür liegen laut Studie…

    mehr lesen: Pandemie erhöht den Druck auf IT-Architekten