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.



  • Konjunktur-Dämpfer für Intralogistikbranche

    Konjunktur-Dämpfer für Intralogistikbranche

    Im vergangenen Jahr konnten die Hersteller von Fördertechnik und Intralogistik aus Deutschland den konjunkturellen Herausforderungen trotzen.

    mehr lesen: Konjunktur-Dämpfer für Intralogistikbranche

  • Kooperation von Dürr und Grob

    Kooperation von Dürr und Grob

    Dürr und Grob setzen ihre strategische Kooperation im Bereich Produktionstechnologie für Batteriezellen fort. Der dritte Gründungspartner, der Maschinenbauer Manz, ist ausgestiegen.

    mehr lesen: Kooperation von Dürr und Grob

  • Wo Deutschland Exportweltmeister ist

    Wo Deutschland Exportweltmeister ist

    Bestimmte Medikamente, chemische Halbstoffe, optische Mikroskope: Bei all diesen Waren ist Deutschland besonders stark und dominant im Export.

    mehr lesen: Wo Deutschland Exportweltmeister ist

  • Jan Stoces wird Chief Growth Officer bei Aimtec

    Jan Stoces wird Chief Growth Officer bei Aimtec

    Der Digitalisierungsspezialist Aimtec mit Hauptsitz in Pilsen, Tschechische Republik, will seine Präsenz weiter ausbauen.

    mehr lesen: Jan Stoces wird Chief Growth Officer bei Aimtec

  • Flüssigkeitskühlung oder Luftkühlung fürs Rechenzentrum?

    Flüssigkeitskühlung oder Luftkühlung fürs Rechenzentrum?

    Nach Angaben der Internationalen Energieagentur wird sich der Stromverbrauch in Rechenzentren bis 2026 im Vergleich zu 2022 verdoppeln, wobei etwa 40 Prozent des Energiebedarfs auf die Kühlung entfallen.

    mehr lesen: Flüssigkeitskühlung oder Luftkühlung fürs Rechenzentrum?

  • Anexpo 2025 in Warschau

    Anexpo 2025 in Warschau

    Vom 16. bis 18. Juni 2025 stellt Anexpo in Warschau die industriellen Automatisierung in den Mittelpunkt. Zur 4. Ausgabe, organisiert von Automa.Net, werden 300 Delegierte und 150 Unternehmen aus 40…

    mehr lesen: Anexpo 2025 in Warschau

  • It’s OWL startet ‚GoProZero‘

    It’s OWL startet ‚GoProZero‘

    Das neue it’s OWL Projekt ‚GoProZero‘ will Unternehmen dazu befähigen, zirkuläre und ressourceneffiziente Produkte zu entwickeln.

    mehr lesen: It’s OWL startet ‚GoProZero‘

  • Edge Computing und IIoT – Vom Sensor in das Rechenzentrum

    Edge Computing und IIoT – Vom Sensor in das Rechenzentrum

    Komplettsystem oder Best-of-Breed? Das Angebot rund um Konnektivität, Edge Devices und industrielle Kommunikation ist vielfältig und ausgereift.

    mehr lesen: Edge Computing und IIoT – Vom Sensor in das Rechenzentrum

  • Rittal verschlankt Prozesse mit Jaggaer-Software

    Rittal verschlankt Prozesse mit Jaggaer-Software

    Rittal setzt auf die Source-to-Pay-Plattform von Jaggaer. Vom Sourcing über das Contract- und Purchase Order Management bis hin zum Lieferanten- und Complaint Management unterstützen diese das Unternehmen bei der Optimierung…

    mehr lesen: Rittal verschlankt Prozesse mit Jaggaer-Software

  • Wo die Prioritäten der europäischen Pharmaindustrie liegen

    Wo die Prioritäten der europäischen Pharmaindustrie liegen

    Hexagon hat bei Forrester Consulting eine Studie mit dem Titel ‚Transforming Pharmaceutical Manufacturing: Overcoming Hurdles With Digital Innovation‘ in Auftrag gegeben.

    mehr lesen: Wo die Prioritäten der europäischen Pharmaindustrie liegen

  • Vorstandswechsel bei Pepperl+Fuchs

    Vorstandswechsel bei Pepperl+Fuchs

    Nach drei Jahrzehnten Kontinuität stellt sich Pepperl+Fuchs an der Spitze neu auf: Dr.-Ing. Gunther Kegel, langjähriger CEO, und Werner Guthier, CFO, beenden wie geplant ihre Vorstandstätigkeiten.

    mehr lesen: Vorstandswechsel bei Pepperl+Fuchs

  • Kurzarbeit in etwa jedem fünften Industrieunternehmen

    Kurzarbeit in etwa jedem fünften Industrieunternehmen

    Der Anteil der Industrieunternehmen, die auf Kurzarbeit setzten, blieb laut der Ifo Konjunkturumfrage im Februar mit 17,9 Prozent in etwa stabil.

    mehr lesen: Kurzarbeit in etwa jedem fünften Industrieunternehmen