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.



  • Modulare Sicherheit für modulare Produktionsanlagen

    Modulare Sicherheit für modulare Produktionsanlagen

    Die Industrie 4.0-Inititative SmartFactory-KL hat ein Whitepaper zur Absicherung von modularen Produktionsanlagen veröffentlicht. Die Grundlage für das Papier bildet ein ebenfalls modular aufgelegtes Safety-Konzept, das seit 2018 entwickelt wird.

    mehr lesen: Modulare Sicherheit für modulare Produktionsanlagen

  • Mehr Budget für mehr Digitalisierung

    Mehr Budget für mehr Digitalisierung

    Die Digitalisierung von Prozessen ist die Nummer-1-Priorität, wenn es um den Einsatz des IT-Budgets geht. Knapp die Hälfte im Rahmen einer Capgemini-Studie befragten Unternehmen will die Budgets im kommenden Jahr…

    mehr lesen: Mehr Budget für mehr Digitalisierung

  • Maschinen- und Anlagenbau trotzt der Krise

    Maschinen- und Anlagenbau trotzt der Krise

    Die Unternehmen im Maschinen- und Anlagenbau werden das Krisenjahr 2020 mit deutlichen Minusraten abschließen, die aber nicht so heftig ausfallen, wie erwartet. „Für nicht wenige Betriebe dürfte dieses Jahr im…

    mehr lesen: Maschinen- und Anlagenbau trotzt der Krise

  • Software AG und Re‘Flekt arbeiten zusammen

    Software AG und Re‘Flekt arbeiten zusammen

    Im Rahmen einer Partnerschaft wollen die Software AG und Re‘Flekt eine gemeinsame IoT & AR-Lösung auf den Weg bringen.

    mehr lesen: Software AG und Re‘Flekt arbeiten zusammen

  • Non-Profit-Verein soll Technologietransfer beschleunigen

    Non-Profit-Verein soll Technologietransfer beschleunigen

    Volkswagen hat mit sechs Partnerunternehmen den Industrial.Digitalisation PartnerNet e.V. gegründet. Die herstellerunabhängige Non-Profit-Organisation ist vor allem als Innovationsmotor für die Automobilbranche ausgelegt, aber auch andere Fertigungsbranchen sollen profitieren.

    mehr lesen: Non-Profit-Verein soll Technologietransfer beschleunigen

  • Intec und Z findet online statt

    Intec und Z findet online statt

    Auch das kommende Messejahr wird noch mit Einschränkungen zu kämpfen haben. Die Veranstalter der Intec und Z 2021 verlegen die Messe nun in die virtuelle Welt. Das Motto: ‘Intec und…

    mehr lesen: Intec und Z findet online statt

  • Auftragseingang auf Vorjahresniveau

    Auftragseingang auf Vorjahresniveau

    Im Oktober hielt sich der Auftragseingang der Maschinen- und Anlagenbauer auf dem Niveau des Vorjahres. Jedoch kommen die erneuten Einschränkungen in Folge der Corona-Krise im Berichtsmonat noch nicht zum Tragen.

    mehr lesen: Auftragseingang auf Vorjahresniveau

  • Vorteile von Standards und Normen nutzen

    Vorteile von Standards und Normen nutzen

    Für die Verbreitung von Innovationen sind Normen und Standards ein wichtiger Katalysator. Sie definieren die Meilensteine der Technik und ebnen innovativen Ideen den Weg zum Erfolg auf dem Markt. Auch…

    mehr lesen: Vorteile von Standards und Normen nutzen

  • Produktionspläne der Industrie gedämpft

    Produktionspläne der Industrie gedämpft

    Die Erwartungen der Produzenten an die nächsten Monate haben sich insgesamt wieder leicht ins Minus gedreht, ermittelten die Wirtschaftsforscher am ifo Institut. Vor allem Konsumgüter könnten sich wieder leicht schlechter…

    mehr lesen: Produktionspläne der Industrie gedämpft

  • IT-Sicherheit auf Linux-Basis

    IT-Sicherheit auf Linux-Basis

    In seiner kostenlosen Firewall Community, einer Sicherheitslösung auf Linux-Basis, steigt Endian ab der aktuellen Version 3.3.2 auf Rolling Releases um. Über Open-VPN können Mitarbeiter im Homeoffice sicher auf die Unternehmensressourcen…

    mehr lesen: IT-Sicherheit auf Linux-Basis

  • IPC mit zweiter Platinenebene

    IPC mit zweiter Platinenebene

    Der lüfterlose Industrie-PC C6027 von Beckhoff verfügt über eine zweite Platinenebene mit optionalen sechs RJ45-Ports oder integrierter 1s-USV.

    mehr lesen: IPC mit zweiter Platinenebene

  • Globaler Maschinenbau 2021 wieder im Plus

    Globaler Maschinenbau 2021 wieder im Plus

    Nach dem globalen Umsatzeinbruch um voraussichtlich 7 Prozent in diesem Jahr, wird für 2021 im Maschinenbau ein Umsatzwachstum von 6 Prozent prognostiziert.

    mehr lesen: Globaler Maschinenbau 2021 wieder im Plus