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.



  • Wirtschaftskriminalität in Deutschland: Datenklau und Urheberrechtsverletzungen

    Wirtschaftskriminalität in Deutschland: Datenklau und Urheberrechtsverletzungen

    Wie aus einer Studie von KPMG hervorgeht, ist in den vergangenen zwei Jahren etwa ein Drittel der Unternehme Opfer von Wirtschaftskriminalität geworden. Dabei kommen die Täter nicht nur von außen.

    mehr lesen: Wirtschaftskriminalität in Deutschland: Datenklau und Urheberrechtsverletzungen

  • Forcam übernimmt Industriesoftware-Spezialisten

    Forcam übernimmt Industriesoftware-Spezialisten

    Als neues Tochterunternehmen wird die Ensico GmbH zukünftig zu Forcam gehören. Das Unternehmen bietet u.a. das Produktionsleitsystem ‘E-MES‘ an.

    mehr lesen: Forcam übernimmt Industriesoftware-Spezialisten

  • Exporte im Maschinenbau spürbar gebremst

    Exporte im Maschinenbau spürbar gebremst

    Die deutschen Maschinen- und Anlagenbauer haben im ersten Quartal ein Exportminus von 22,9 Prozent verzeichnet. Im Juni fiel das Minus dabei jedoch weniger stark aus.

    mehr lesen: Exporte im Maschinenbau spürbar gebremst

  • Produktivität und Flexibilität verbinden

    Produktivität und Flexibilität verbinden

    Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entwickelt ein Forschungsteam gemeinsam mit Industriepartnern ein neuartiges Produktionsplanungssystem, das die hohe Produktivität und Genauigkeit von Spezialmaschinen mit der Flexibilität von Industrierobotern kombinieren soll.

    mehr lesen: Produktivität und Flexibilität verbinden

  • Hacken mit legitimen Tools

    Hacken mit legitimen Tools

    Sind Cyberattacken einmal in das Unternehmensnetzwerk eingedrungen, nutzen Hacker oftmals auch legitime Tools für weitere Aktivitäten, was die Angriffserkennung erschwert. Dies hat eine Analyse von Kaspersky ergeben.

    mehr lesen: Hacken mit legitimen Tools

  • Altair übernimmt Simulations-Anbieter S&WISE

    Altair übernimmt Simulations-Anbieter S&WISE

    Mit der Übernahme von S&WISE erweitert Altair sein Simulationsangebot um eine Polyurethanschaum-Simulationslösung.

    mehr lesen: Altair übernimmt Simulations-Anbieter S&WISE

  • Corona bringt Ingenieurarbeitsmarkt ins Wanken

    Corona bringt Ingenieurarbeitsmarkt ins Wanken

    Im Vergleich zum Vorjahresquartal ist die Arbeitskräftenachfrage im Ingenieurbereich um 23,7 Prozent zurückgegangen, im Gegenzug stieg die Arbeitslosigkeit in diesem Sektor um 38,6 Prozent an. Das geht aus dem Ingenieurmonitor…

    mehr lesen: Corona bringt Ingenieurarbeitsmarkt ins Wanken

  • IBHsoftec und TeamViewer kooperieren bei Industriesteuerungen

    IBHsoftec und TeamViewer kooperieren bei Industriesteuerungen

    Steuerungsspezialist IBHsoftec und der Anbieter von Fernzugriffslösungen Teamviewer haben eine gemeinsame Lösung vorgestellt. Diese bietet weitreichende Funktionen zur Ferninstallation, Fernüberwachung und zum Fernzugriff auf industrielle Steuerungstechnik.

    mehr lesen: IBHsoftec und TeamViewer kooperieren bei Industriesteuerungen

  • Michael Leonhardt verantwortet den Professional Service bei iTAC

    Michael Leonhardt verantwortet den Professional Service bei iTAC

    Der MES-Hersteller iTAC besetzt den Posten Director Professional Service. Der Manager Michael Leonhardt wird sich künftig um die Service- und Qualitätsorientierung der Dürr-Tochter kümmern.

    mehr lesen: Michael Leonhardt verantwortet den Professional Service bei iTAC

  • Nur noch 5,6 Millionen in Kurzarbeit

    Nur noch 5,6 Millionen in Kurzarbeit

    Die Zahl der Beschäftigten in Kurzarbeit ging im Juli auf 5,6 Millionen zurück, gegenüber 6,7 Millionen im Juni. Doch während immer mehr Händler und Dienstleister aufatmen können, sinken die Zahlen…

    mehr lesen: Nur noch 5,6 Millionen in Kurzarbeit

  • Auch nach der Pandemie mehr Homeoffice

    Auch nach der Pandemie mehr Homeoffice

    Rund 37 Prozent der produzierenden Unternehmen wollen Homeoffice auch nach der Corona-Krise nutzen. Vor Ausbruch der Pandemie waren es nur etwa 25 Prozent der Fertigungsbetriebe, wie eine repräsentative Umfrage des…

    mehr lesen: Auch nach der Pandemie mehr Homeoffice

  • Erwartungen für August steigen deutlich

    Erwartungen für August steigen deutlich

    Die ZEW-Konjunkturerwartungen für Deutschland steigen im August 2020 gegenüber dem Vormonat wieder deutlich an, nachdem sie im Juli leicht zurückgegangen waren. Die Konjunkturerwartungen liegen aktuell bei 71,5 Punkten, also 12,2…

    mehr lesen: Erwartungen für August steigen deutlich