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.



  • Maschinenbau rechnet 2020 mit Produktionsrückgang von 17 Prozent

    Maschinenbau rechnet 2020 mit Produktionsrückgang von 17 Prozent

    Der Maschinen- und Anlagenbau kämpft gegen die Folgen der globalen Corona-Pandemie, aber auch gegen einen nach wie vor belastenden Protektionismus im internationalen Handel. Hinzu kommt ein industrieller Wandel, der sich…

    mehr lesen: Maschinenbau rechnet 2020 mit Produktionsrückgang von 17 Prozent

  • Fraunhofer IFF baut Forschungsstandort aus

    Fraunhofer IFF baut Forschungsstandort aus

    Das Fraunhofer IFF baut eine neue Forschungsfabrik im Magdeburger Wissenschaftshafen. Diese soll im Herbst 2021 fertig sein und neue Forschungsschwerpunkte beheimaten.

    mehr lesen: Fraunhofer IFF baut Forschungsstandort aus

  • KIT forscht an 6G-Technologien

    KIT forscht an 6G-Technologien

    Ein am KIT in Karlsruhe entwickeltes Konzept soll hohe Datenübertragungsraten bei niedrigen Kosten ermöglichen — für die sechste Generation des Mobilfunks. Dabei haben die Forscher die bislang höchste Datenrate in…

    mehr lesen: KIT forscht an 6G-Technologien

  • Industrie erwartet Produktionsplus

    Industrie erwartet Produktionsplus

    Die Produktionserwartungen der deutschen Industrie haben sich laut aktuellen Zahlen des Ifo-Instituts leicht verbessert. Im Maschinenbau kletterten die Erwartungen, nach minus 12 Punkten im Juli, wieder in den positiven Bereich.

    mehr lesen: Industrie erwartet Produktionsplus

  • Expleo bezieht neues Technologiezentrum

    Expleo bezieht neues Technologiezentrum

    Anfang August hat Expleo sein neues Technologiezentrum bezogen. Dort sollen zukünftig Software- und Elektroniksysteme für automobile Anwendungen entwickelt werden.

    mehr lesen: Expleo bezieht neues Technologiezentrum

  • Neues Vorstandsmitglied beim VDMA Robotik + Automation

    Neues Vorstandsmitglied beim VDMA Robotik + Automation

    Der VDMA Fachverband Robotik + Automation hat mit Ralf Winkelmann ein neues Vorstandsmitglied berufen.

    mehr lesen: Neues Vorstandsmitglied beim VDMA Robotik + Automation

  • Unternehmen erwarten exponentielles Datenwachstum

    Unternehmen erwarten exponentielles Datenwachstum

    Die Menge an Daten wird in den nächsten Jahren weiter zunehmen. Wie gut Unternehmen darauf vorbereitet sind und welche Hindernisse durch Dark Data entstehen, zeigt eine aktuelle Studie von Splunk.

    mehr lesen: Unternehmen erwarten exponentielles Datenwachstum

  • Auftragsrückgang schwächt sich ab

    Auftragsrückgang schwächt sich ab

    Die Auftragseingänge im Maschinen- und Anlagenbau sind auch im Juli prozentual zweistellig gesunken, allerdings hat sich der Rückgang im Vergleich zu den Vormonaten abgeschwächt.

    mehr lesen: Auftragsrückgang schwächt sich ab

  • Arbeitsmarktbarometer legt erneut zu

    Arbeitsmarktbarometer legt erneut zu

    Mit einem Anstieg von 0,6 Punkten im Vergleich zum Juli liegt das IAB-Arbeitsmarktbarometer im August weiter auf Erholungskurs. Die Beschäftigungskomponente des Frühindikators sank jedoch leicht.

    mehr lesen: Arbeitsmarktbarometer legt erneut zu

  • Neue Technologie am Arbeitsplatz bietet Karrierechancen

    Neue Technologie am Arbeitsplatz bietet Karrierechancen

    Grundsätzlich stehen Arbeitnehmer der Einführung neuer Technologie am Arbeitsplatz positiv gegenüber. Entsprechende Modernisierungen sehen viele Arbeitstätige unter anderem als Chance, ihre Karriere voranzubringen. Das geht aus einer Studie des Payroll-…

    mehr lesen: Neue Technologie am Arbeitsplatz bietet Karrierechancen

  • Allianz kombiniert KI und IoT

    Allianz kombiniert KI und IoT

    Device Insight, Anbieter von IoT- und IIoT-Lösungen, und Sentian, schwedischer Spezialist für industrielle KI, bündeln ihre Expertise, um Unternehmen dabei zu unterstützen, ihre Produktionsprozesse im Sinne einer Smart Factory zu…

    mehr lesen: Allianz kombiniert KI und IoT

  • Gerhard Knoch wechselt von Infor zu Procad

    Gerhard Knoch wechselt von Infor zu Procad

    Gerhard Knoch, bisher Vice President bei Infor, stößt als neuer Geschäftsführer zum PLM-Anbieter Procad.

    mehr lesen: Gerhard Knoch wechselt von Infor zu Procad