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Industrie 4.0
Software-Lösungen im
Maschinen- und Anlagenbau
Symposium „Industrie 4.0 konkret“
an der Rheinische Fachhochschule Köln
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Industrie 4.0 für KMU mit
Open Source Technologien
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Ausgangssituation
Randbedingungen in allen Projekten:
✔ 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).
✔ Weitestgehende Nutzung eines standardisierten
Technologiestacks
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Steuerung mittels mobile Endgeräte
Integration mobiler Endgeräte: Steuerung
Lokalisierung basierend auf RSSI
Bluetooth
Beacon
Java EE
Integrationsbus
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Überwachung mittels mobiler Endgeräte
Integration mobiler Endgeräte: Überwachung
(LeanVISU)
Java EE
Integrationsbus
OPC
Factory Publication
Pattern
(IBM)
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Speicherung von Sensor Daten
Data Acquisition
Java EE Integrationsbus
Amazon EC2
lokal
LAN
Cloud
OPCMQTT
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Gemeinschaftsprojekt:
“Industrie 4.0 in a box”
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Ein Gemeinschaftsprojekt
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Kompetenzen und Fachkräfte
Interdisziplinär angelegter Skillset mit steigender Nachfrage
✔ Anwender von Maschinen, Steuerungen und Software-Lösungen,
die Industrie 4.0-Anforderungen entsprechen,
✔ Hersteller von Maschinen,
Steuerungen bzw.
Software-Lösungen
✔ Software-Hersteller
✔ Consulting Unternehmen
Automatisierung Informatik
BWL
Wi.-Info.Wi.-Ing. Wi.-Info.
Ind. 4.0
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Kompetenzen und Fachkräfte
Von 900 befragten Unternehmen aus dem Raum D-A-CH
sehen ...
✔ 48 % den europäischen Arbeitsmarkt als „nur bedingt“ oder „nicht
vorbereitet“ auf Industrie 4.0 und
✔ 45 % keine ausreichende Anzahl Fachkräfte, die neben IT-Expertise
auch notwendiges Know-how aus den Bereichen Logistik und
Fertigung für Industrie 4.0 mitbringen.
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Modell für Industrie 4.0
Use Cases:
Modell
Erfassung
Speicherung
Steuerung
Visualisierung
Integration
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12
Video
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13
Das Modell
MQTT
Java EE M2M Framework
OPC
Factory Publication
Pattern
(IBM)
Siematic S7
Raspberry Pi +
NFC Reader
Taktstrasse
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Integrationstack
✔ Entwickelt in Projekten und in Zusammenarbeit
mit der RFH
✔ Modular und flexibel konfigurierbar
✔ Basierend auf:
✔ IPO Pattern, Chain-of-Responsibility und Template
Method Pattern sowie G. Hophe: EAI Pattern
✔ Java EE; insbes.: CDI / Spring DI, AOP,
✔ Frei downloadbar, wird um grafischen Editor für Routen erweitert
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Integrationstack
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Durchgängiger didaktischer Ansatz
✔ Das Modell ist preiswert (Transportcase, Software und Laptop)
✔ Das Modell ist portabel
✔ Mittels des Modells können alle relevanten Technologien erarbeitet,
dargestellt und gelehrt werden:
➢ Industrie 4.0 Überblick (u.a. Referenzarchitekturen) inkl. Beispielen
(CPS, Visualisierung, Speicherung, Auswertung)
➢ SPS-Programmierung für Siemens S7
➢ OPC/DA oder OPC/UA Integration
➢ Java- und Java EE- basierender
Integration
➢ Visualisierung von Produktionsdaten
➢ Speicherung und Auswertung von
Sensordaten (Machine Learning)
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Besten Dank für Ihre Aufmerksamkeit
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(Weitere)
Referenzprojekte
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19
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


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20
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


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21
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


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22
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


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23
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


Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt
24
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
✔ Software Architekt und Mitglied des Industrie 4.0
Innovationsteams der cellent AG
✔ Lehrbeauftragter im Software Engineering an versch.
Hochschulen
(auch der Rheinischen Fachhochschule Köln )
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25
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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Industrie 40 Symposium an der RFH Köln 7.7.2016

  • 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. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt Industrie 4.0 für KMU mit Open Source Technologien
  • 3. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt Ausgangssituation Randbedingungen in allen Projekten: ✔ 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). ✔ Weitestgehende Nutzung eines standardisierten Technologiestacks
  • 4. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt Steuerung mittels mobile Endgeräte Integration mobiler Endgeräte: Steuerung Lokalisierung basierend auf RSSI Bluetooth Beacon Java EE Integrationsbus
  • 5. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt Überwachung mittels mobiler Endgeräte Integration mobiler Endgeräte: Überwachung (LeanVISU) Java EE Integrationsbus OPC Factory Publication Pattern (IBM)
  • 6. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt Speicherung von Sensor Daten Data Acquisition Java EE Integrationsbus Amazon EC2 lokal LAN Cloud OPCMQTT
  • 7. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt Gemeinschaftsprojekt: “Industrie 4.0 in a box”
  • 8. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt Ein Gemeinschaftsprojekt
  • 9. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt Kompetenzen und Fachkräfte Interdisziplinär angelegter Skillset mit steigender Nachfrage ✔ Anwender von Maschinen, Steuerungen und Software-Lösungen, die Industrie 4.0-Anforderungen entsprechen, ✔ Hersteller von Maschinen, Steuerungen bzw. Software-Lösungen ✔ Software-Hersteller ✔ Consulting Unternehmen Automatisierung Informatik BWL Wi.-Info.Wi.-Ing. Wi.-Info. Ind. 4.0
  • 10. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt Kompetenzen und Fachkräfte Von 900 befragten Unternehmen aus dem Raum D-A-CH sehen ... ✔ 48 % den europäischen Arbeitsmarkt als „nur bedingt“ oder „nicht vorbereitet“ auf Industrie 4.0 und ✔ 45 % keine ausreichende Anzahl Fachkräfte, die neben IT-Expertise auch notwendiges Know-how aus den Bereichen Logistik und Fertigung für Industrie 4.0 mitbringen.
  • 11. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt Modell für Industrie 4.0 Use Cases: Modell Erfassung Speicherung Steuerung Visualisierung Integration
  • 12. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt 12 Video
  • 13. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt 13 Das Modell MQTT Java EE M2M Framework OPC Factory Publication Pattern (IBM) Siematic S7 Raspberry Pi + NFC Reader Taktstrasse
  • 14. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt Integrationstack ✔ Entwickelt in Projekten und in Zusammenarbeit mit der RFH ✔ Modular und flexibel konfigurierbar ✔ Basierend auf: ✔ IPO Pattern, Chain-of-Responsibility und Template Method Pattern sowie G. Hophe: EAI Pattern ✔ Java EE; insbes.: CDI / Spring DI, AOP, ✔ Frei downloadbar, wird um grafischen Editor für Routen erweitert
  • 15. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt Integrationstack
  • 16. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt Durchgängiger didaktischer Ansatz ✔ Das Modell ist preiswert (Transportcase, Software und Laptop) ✔ Das Modell ist portabel ✔ Mittels des Modells können alle relevanten Technologien erarbeitet, dargestellt und gelehrt werden: ➢ Industrie 4.0 Überblick (u.a. Referenzarchitekturen) inkl. Beispielen (CPS, Visualisierung, Speicherung, Auswertung) ➢ SPS-Programmierung für Siemens S7 ➢ OPC/DA oder OPC/UA Integration ➢ Java- und Java EE- basierender Integration ➢ Visualisierung von Produktionsdaten ➢ Speicherung und Auswertung von Sensordaten (Machine Learning)
  • 17. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt Besten Dank für Ihre Aufmerksamkeit
  • 18. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt (Weitere) Referenzprojekte
  • 19. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt 19 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  
  • 20. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt 20 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  
  • 21. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt 21 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  
  • 22. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt 22 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  
  • 23. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt 23 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  
  • 24. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt 24 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 ✔ Software Architekt und Mitglied des Industrie 4.0 Innovationsteams der cellent AG ✔ Lehrbeauftragter im Software Engineering an versch. Hochschulen (auch der Rheinischen Fachhochschule Köln )
  • 25. Copyright by Brockhaus GmbH, alle Rechte reserviert, unautorisierte Vervielfältigung untersagt 25 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

Hinweis der Redaktion

  1. Integration mobiler Endgeräte: Steuerung Ablösung kostenintensiver Touch-Panels beim Endkunden (~ 100 Panels, mögl. Reduktion um ca. 80%) Arbeitserleichterung bei Einrichtung und Wartung der Produktionsstrecke OPC DA bzw. proprietäre Eigenentwicklung des Kunden zur Maschinenkommunikation Im Fall OPC DA utgard / eclipseSCADA Clients
  2. Auswertung der Daten hinsichtlich: MES KPIs wie im VDMA Einheitsblatt 66412 beschrieben: Verfügbarkeit, Effektivität Produktqualität insbes. in Verbindung mit Tracking &amp; 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) Cassandra: Ursprüngich von Facebook entwickelt, Mischung aus einem Key-Value-Store und einer spaltenorientierten Datenbank Bis zu 2 Mrd. Spalten pro Zeile In Java geschrieben auf hohe Schreib- und Lesedurchsätze optimiert(Schreibvorgänge asynchron erfolgen, d. h. die Daten werden erst im RAM gehalten und dann „gebündelt“ auf die Festplatte geschrieben) unterstützt die Partitionierung der Datenbank, wobei die Rechner auch an verschiedenen Orten (Rechenzentren) stehen können. beherrscht die Datenbank Replikation, automatische Erkennung von ausgefallenen Rechnern im Datenbankverbund
  3. Date: Technologies: Remarks: Contact: Matthias Bohnen, Thomas Barth, Steffen Rumpf
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