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Resümee
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Resümee
Zusammengefasst:
✔ ...
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Resümee
Die subjektive Wahr...
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Referenzprojekte
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Windmill Park
3. ANOMALY
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Machine tool
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Industrie 4.0: Symposium an der RFH Köln

  1. 1. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt Industrie 4.0 Software-Lösungen im Maschinen- und Anlagenbau Symposium „Industrie 4.0 konkret“ an der Rheinische Fachhochschule Köln
  2. 2. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt 2 Who am I? Dipl.-Kfm. Matthias Bohnen ✔ Geschäftsführender Gesellschafter Brockhaus GmbH, Heidelberg und Brockhaus Consulting GmbH, Wiesbaden ✔ Software Architekt und/oder Entwicklungsleiter bei versch. MES Projekten im Maschinenbau ✔ Mitglied des Industrie 4.0 Innovationsteams der cellent AG ✔ Lehrbeauftragter im Software Engineering an versch. Hochschulen (auch der Rheinischen Fachhochschule Köln )
  3. 3. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt Industrie 4.0 Die vierte industrielle Revolution Daten sind das Öl des 21. Jahrhunderts. Im Unterschied zu Öl gehen Daten auch nicht aus, sondern werden immer mehr. Wichtig ist es, nicht nur eine Menge Daten zu haben, sondern diese richtig aufbereitet und visualisiert zu bekommen. --- Stefan Ferber, Robert Bosch AG Die Vision wäre, aus meiner Sicht, viel mehr über die aktuelle Realität im Shopfloor zu wissen und damit eine bessere und aktuellere Entscheidungsgrundlage für alle Produktions-Akteure zu schaffen --- Dieter Spath, Fraunhofer IAO
  4. 4. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt Industrie 4.0 Die vierte industrielle Revolution Der Fokus im im Maschinenbau muss sich von der Hardware zur Invormationsverarbeitung verschieben … nennen wir es Software --- Prof. Dr. Detlef Zühlke / DFKI (Saarbrücken)
  5. 5. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt Das Beispielszenario Ebenen der vertikalen Integration: ERP, MES, Shopfloor und die ISA 95
  6. 6. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt Ausgangssituation Folgende Randbedingungen waren in allen Projekten (kundenseitig sowie prototypisch / evaluierend) zu beachten: ✔ Keine Lizenzkosten, ausschließliche Verwendung von Open Source Technologien. ✔ Geringe Kosten durch Hardware (es handelte sich u.a. um Prototypen, die auf Technologiemessen ausgewählten Kunden gezeigt wurden). ✔ Hohe Integration in den bestehenden kundenseitigen Technologiestack (hier Java EE 6 und JBoss).
  7. 7. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt Das Beispielszenario schematisierte Taktfertigung Siematic S7 Station BStation A Lichtschranke Förder- einrichtung
  8. 8. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt Anwendungsszenarien
  9. 9. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt Anwendungsszenarien Folgende Szenarien waren Gegenstand verschiedener Projekte im Kundenumfeld ✔ Überwachung und Steuerung der Produktion mittels mobiler Endgeräte ✔ Speicherung und Auswertung von Sensordaten aus der Produktion ✔ Verfolgung von Produktions- aufträgen im Produktionsprozess
  10. 10. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt Szenario I Überwachung und Steuerung der Produktion mittels mobiler Endgeräte
  11. 11. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt Mobile Endgeräte Bedeutung Damit der Mensch mit der Produktionssteuerung oder der Maschine inter- agieren kann, muss die mobile Assistenz zu- nehmen. Bei einer Fehlermeldung einer Maschine kann sich das ›iProductionPad‹ vor Ort vernetzen und den Fehlerspeicher auslesen und interpretieren. Das ›iProductionPad‹ kann Temperaturen oder Frequenzen der Maschine messen, Anweisungen geben und deren Zustand sehr schnell analysieren und diagnostizieren. --- Prof. Dr. Gunter Reinhard, TUM
  12. 12. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt Mobile Endgeräte Integration mobiler Endgeräte: Steuerung ✔ Ablösung kostenintensiver Touch-Panels beim Endkunden (Reduktion um 80%) ✔ Arbeitserleichterung bei Einrichtung und Wartung ✔ OPC DA bzw. proprietäre Eigenentwicklung des Kunden zur Maschinenkommunikation ➢ Im Fall OPC DA utgard / eclipseSCADA Clients ➢ Interne Weiterentwicklung mit OPC UA, hier prosys (100% Java) auf der Server und Client-Seite
  13. 13. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt Mobile Endgeräte Integration mobiler Endgeräte: Steuerung Siematic S7 Integrationsbus Bluetooth Beacon Lokalisierung basierend auf RSSI
  14. 14. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt Mobile Endgeräte Integration mobiler Endgeräte: Steuerung ✔ Die Umsetzung beim Kunden ... https://vimeo.com/107448682
  15. 15. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt Integration mobiler Endgeräte: Überwachung ✔ Ablösung kostenintensiver Touch-Panels beim Endkunden (Reduktion um 80%) ✔ Arbeitserleichterung bei Einrichtung und Wartung ➢ Zzgl. zu OPC / OPC UA auch MQTT ➢ Open Source MQTT Broker HiveMQ ➢ Open Source MQTT Client eclipse Paho Mobile Endgeräte
  16. 16. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt Mobile Endgeräte Integration mobiler Endgeräte: Steuerung & Überwachung (LeanVISU) Siematic S7 Integrationsbus OPCMQTT Factory Publication Pattern (IBM)
  17. 17. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt Integration mobiler Endgeräte: Quick-Info ✔ Nach Steuerung und Überwachung weitere ad-hoc Informationen ➢ zu aktuellem Maschinenzustand (grafisch visualisiert) ➢ Technische Dokumentation ✔ Erweiterung des Integrationsframeworks um ➢ Datei- Schnittstellen (Java NIO2), Web Services (REST / SOAP), JMS, RMI, MQTT, OPC, … ➢ Daten-Konvertierung (JSON/XML), Speicherung (relational, Big Data) ➢ Push-Notification zu Web-Clients ➢ Flexible Konfiguration mittels Spring DI ➢ Alternativen wie ESB oder Apache Camel wurden in Betracht gezogen Mobile Endgeräte
  18. 18. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt Integrationsbus Mobile Endgeräte Integration mobiler Endgeräte: Überwachung (Quick Info) und technische Information Siematic S7 OPCMQTT
  19. 19. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt Szenario II Speicherung und Auswertung von Sensordaten
  20. 20. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt Warum? Auswertung der Daten hinsichtlich: ✔ MES KPIs wie im VDMA Einheitsblatt 66412 beschrieben: ➢ Verfügbarkeit, Effektivität ➢ Produktqualität insbes. i. Verbindung mit Tracking & Tracing ✔ (Predictive) Maintenance: ➢ Überwachung der Maschinenzustände und belastungs- abhängiger Wartungsintervalle ➢ Verarbeitung komplexer Ereignisse ➢ Mustererkennung in den Daten zwecks Voraussage von Störungen und Defekten (aber: die Programmierung der Daten zu mathematischen Modellen ist harte Arbeit)
  21. 21. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt Das Problem Time Series Data und relationale Datenbanken passen nicht (gut) zusammen: ✔ Datenmenge und Geschwindigkeit des Auftretens sind enorm ✔ Daten sind ggf. verteilt ✔ Datenmodell ist extrem simpel, keine Notwendigkeit für referentielle Integrität, Relationen usw. Sensor ID Zeitstempel Wert Zeitstempel Wert 100 ms 'Taktung': 26.298.000 Werte pro Monat 1 min 'Taktung': 43.830 Werte pro Monat 1h 'Taktung': 740 Werte pro Monat
  22. 22. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt Data Acquisition Speicherung von Sensordaten Siematic S7 Integrationsbus Amazon EC2 lokal LAN Cloud OPCMQTT Cassandra is really good for time-series data because you can write one column for each period in your series and then query across a range of time using sub-string matching. This is best done using columns for each period rather than rows, as you get huge IO efficiency wins from loading only a single row per query. – MyDrive Telemetry (15 billion records on average)
  23. 23. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt Sind die Daten einmal gespeichert ... … will man sie auch verarbeiten (s.o.) ✔ Ohne relationale Datenbank auch kein SQL, Apache Cassandra bietet SQL-like CQL ✔ Daten sind ggf. verteilt ✔ Performance, Performance, Performance
  24. 24. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt Data Acquisition Auswertung von Sensordaten: Qualität und Trends Integrationsbus Amazon EC2 Lokal LAN Cloud OPCMQTT
  25. 25. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt Sind die Daten einmal gespeichert ... … will man sie auch verarbeiten (s.o.) ✔ Complex Event Processing und Event-driven Architecture ➢ Daten werden zum Zeitpunkt ihres Entstehens und nicht nach ihrer Speicherung verarbeitet ➢ Das System reagiert (asynchron) auf Ereignisse
  26. 26. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt 26 Master Thesis: Industry 4.0, CEP and Big Data Joint Master Thesis in the field of Complex Event Processing and Big Data Storages in production lines within the automotive industries The master thesis of Steffen Templin was done in collaboration of Dürr Systems, University of Siegen and Brockhaus Group. • Real-time analysis of complex events from several streams / sensors in production processes • Storing large amounts of sensor data in NoSQL datastores • Prototypical implementation using OpenSource technologies (WSO2 CEP / ESB, MongoDB) Consulting/ Development Training / Coaching Research / Academia  
  27. 27. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt Szenario II Verfolgung von Produktionsaufträgen im Produktionsprozess
  28. 28. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt Sind die Daten einmal gespeichert ... … will man sie auch verarbeiten (s.o.), dazu gehört auch ✔ produkt- / auftragsbezug der Sensordaten zwecks: ➢ Qualitätsüberwachung, ➢ Nachkalkulation, ➢ … ✔ Tracking & Tracing der Produktionsaufträge ✔ Hardware: NFC mit Raspberry Pi (50 EUR/St.) oder Mobile mit NFC Reader/Writer
  29. 29. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt Tracking und Tracing Überwachung des Produktstatus mittels NFC Siematic S7 MES Integrationsbus Detailed Scheduling Resource Management Tracking Dispatching Definition Management Data Collection Execution Analysis
  30. 30. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt Resümee
  31. 31. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt Resümee Zusammengefasst: ✔ Software-Technologien sind alle vorhanden und einsatzfähig ✔ Eintrittsschwelle ist (eigentlich) gering
  32. 32. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt Resümee Die subjektive Wahrnehmung: ➢ Thema ist von großen allgemeinem Interesse, jeder sortiert sich ➢ Maschinenbau in seiner Breite i.d. Umsetzung eher zögerlich, einige Vorreiter existieren ➢ Mindshift oftmals auf Management- ebene nicht erfolgt (1% mehr Effizienz ist besser als 30% mehr Serviceumsatz) ➢ Kleine Unternehmen oder Branchen- riesen (SAP, Siemens, T-Systems, …) der ITK Industrie dominieren die SW-Seite, der Mittelstand zögert häufig noch. Die Software wird fortan einen immer größeren Teil der Wertschöpfung vereinnahmen und Kundengelder abgreifen - auf diesem Terrain haben hiesige Maschinenverehrer bislang wenig vorzuweisen. Wenn Geld ausgegeben wird, dann häufig für die falschen Dinge. Rund 650 Millionen Euro wollen die wichtigsten zwölf Branchen der deutschen Wirtschaft im kommenden Jahr in 4.0-IT investieren, davon allerdings nur 80 Millionen in die Produktion von Software - Voraussetzung für ein Überleben in der neuen Industrieära. --- Manager Magazin
  33. 33. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt Referenzprojekte
  34. 34. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt Windmill Park 3. ANOMALY PREDICTION AND DETECTION 2. MODELLING e.g. temperature 1. CLUSTERING, e.x. based on wind turbine performance Groups of wind turbines with similar performance Temperature modeling and prediction based on SCADA dataset, under normal operating conditions.  e.g. Generator/Gearbox: bearings temperature Wind farm anomaly detection based on those temperatures related to the failure:  e.g: bearing temperature monitoring Too high % of deviation on temperature X regarding baseline (the farm, the model). Dangerous for the Generator performance.Client: INGETEAM Analyzing current sensor values for modeling and predictive maintenance
  35. 35. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt Machine tool Motorize internal signal (like electric consumption) for predict fails in heads and lineal guides.
  36. 36. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt 36 MES System for Automotive Supplier Architectural lead on ISA 95 compliant MES System realized with Java EE The existing solution came to an end in terms of maintainability and technologies. The customer asked for a modern solution catering all needs. • Training internal teams • Defining the a new architecture • Implementation lead • Staffing of development teams Implemented for: • Honda / Ohio • Volkswagen / Wolfsburg • Ford / China, Thailand, Turkey and India Consulting/ Development Training / Coaching Research / Academia  
  37. 37. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt 37 MES System for Film-stretching industry Architectural lead on ISA 95 compliant MES System realized with Java EE and Big Data The existing solution was build by different vendors and not according to modern requirements. The new solution should be re-build based upon standards like ISA 95 and latest technologies. • Training of internal teams • Defining the a new architecture • Implementation lead of distributed teams in Germany and Romania • Staffing of development teams Consulting/ Development Training / Coaching Research / Academia  
  38. 38. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt 38 Software Architecture: Review Architectural review of the application related to planning the production of the powertrain components of a car manufacturer in Germany The existing solution was older than 16 years, maintenance and improvement were almost impossible due to technical debts. • Evaluating the existing architecture • Identification of problematic hot spots • Defining an optimization strategy • Developing the new reference architecture Consulting/ Development Training / Coaching Research / Academia  
  39. 39. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt 39 eConvey: Operating and supervising conveyors Implementing a new, mobile solution for operating and supervising conveyors in the automotive sector (mass production) The existing solution was operated by 250+ touch screens, the mobile solution was developed to replace several of these. Based upon direct OPC interaction the solution allows: • to operate the conveyors (< 5 ms latency), • to localize the operator (Bluetooth LE), • to vizualize the current state of the conveyor(s) by means of a VISU • to retrieve additional information by QR-Codes Consulting/ Development Training / Coaching Research / Academia  
  40. 40. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt 40 Master Thesis: Industry 4.0, CEP and Big Data Joint Master Thesis in the field of Complex Event Processing and Big Data Storages in production lines within the automotive industries The master thesis of Steffen Templin was done in collaboration of Dürr Systems, University of Siegen and Brockhaus Group. • Real-time analysis of complex events from several streams / sensors in production processes • Storing large amounts of sensor data in NoSQL datastores • Prototypical implementation using OpenSource technologies (WSO2 CEP / ESB, MongoDB) Consulting/ Development Training / Coaching Research / Academia  
  41. 41. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt 41 Contact information: Brockhaus Consulting GmbH Gustav Stresemann Ring 1 D - 65189 Wiesbaden Germany Fon: +49-611-97774-332 Fax: +49-611-97774-432 Web: www.brockhaus-gruppe.de Mail: office@brockhaus-gruppe.de

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