Case Study: NATS und i-flow ermöglichen Real-time Analytics

Im hart umkämpften Umfeld der Fertigungsindustrie (z. B. Automobilzulieferer) ist die effiziente Skalierung von Echtzeit-Analysen (Real-time Analytics) über mehrere Standorte hinweg von entscheidender Bedeutung. Dabei sind Datensilos, Skalierbarkeit und Kommunikationsineffizienzen in OT/IT-Umgebungen gängige Herausforderungen. Um diesen zu begegnen, beleuchtet die folgende Case Study eine Real-time Analytics Lösung von Single-Edge bis Multi-Site Deployments auf Basis von NATS und i-flow. Dabei war die nahtlose Skalierung über verschiedene Standorte hinweg das primäre Entwicklungsziel.

Bedeutung von Real-time Analytics und Anwendungsbeispiele

Echtzeit-Analysen (Real-time Analytics) sind in der Produktion von entscheidender Bedeutung, da sie die Grundlage für sofortige und datenbasierte Entscheidungen bieten. Dies führt in der Praxis häufig zu erheblichen Vorteilen gegenüber Wettbewerbern. Durch die kontinuierliche Analyse von Produktionsdaten in Echtzeit können Probleme sofort identifiziert und behoben werden, was Ausfallzeiten reduziert und die Effizienz steigert. Hierbei ist die Just-in-Time-Produktion ein bereits sehr etabliertes Anwendungsbeispiel ist. In dieser werden Echtzeit-Daten für die genaue Synchronisation von Materiallieferungen und Produktionszeitplänen genutzt, wodurch Lagerkosten gesenkt und die Flexibilität in der Produktion erhöht werden. Weitere Beispiele sind die frühzeitige Erkennung von Anomalien für eine proaktive Wartung, wodurch kostspielige Produktionsunterbrechungen vermieden werden.

Herausforderungen bei der Skalierung von Real-time Analytics

Es gibt mehrere kritische Herausforderungen, die typischerweise eine effizienze Skalierung von Echtzeit-Analysen (Real-time Analytics) behindern:

1. Datensilos
   • Integrationsschwierigkeiten: Die Integration von Daten aus verschiedenen Quellen und Systemen ist herausfordernd, insbesondere bei einer Vielzahl von Geräten und Software.
   • Fragmentierte OT-Daten: OT-Daten sind über verschiedene Fabriksysteme fragmentiert, was zu Inkonsistenzen und Schwierigkeiten im Datenmanagement führt.
   • Legacy: Das Vorhandensein von Legacy Systemen erschwert den Integrationsprozess und erfordert individuelle Lösungen.
2. Keine Skalierbarkeit: Die Integration von Tausenden von Maschinen und IT-Systemen erhöht das Datenvolumen erheblich. Bestehende Infrastrukturen haben Schwierigkeiten, dieses Wachstum effizient zu bewältigen und gleichzeitig die Flexibilität zu erhalten.
3. Unzuverlässige Kommunikation: Zuverlässige und effektive Kommunikation zwischen Fabriksystemen und unternehmensweiten Anwendungen ist entscheidend. Allerdings behindern heutige fragmentierte OT/IT-Infrastrukturen eine nahtlose Konnektivität und Echtzeit-Datenverarbeitung über Standorte hinweg.
4. Keine Echtzeitverarbeitung: Es besteht ein dringender Bedarf an Echtzeit-Datenverarbeitung, um die Fertigungsprozesse zu optimieren. Dabei behindern Verzögerungen bei der Datenverfügbarkeit und im Transfer (z.B. aufgrund von Systembrüchen) die frühzeitige Entscheidungsfindung und betriebliche Anpassungen.

Lösung: Die Kombination aus NATS und i-flow

Die Kombination aus NATS und i-flow als digitale Infrastruktur zur Umsetzung von Real-time Analytics Anwendungen löst die genannten Herausforderungen. Dabei dient NATS als Messaging-System auf Edge- und Unternehmensebene. Dieses gewährleistet eine nahtlose und zuverlässige Kommunikation auf allen Ebenen der Organisation. i-flow fungiert als Konnektivitäts-, Harmonisations- und NATS-Publikationsschicht für OT-Daten. Dabei integriert und standardisiert i-flow Daten aus verschiedenen Quellen, bevor sie zur Echtzeitverarbeitung und -analyse in NATS Leaf Nodes bzw. im NATS Cluster veröffentlicht werden (siehe Architekturbild).

Der Aufbau dieser Infrastruktur bedarf der folgenden Implementierungsschritte:

1. OT-Konnektivität mit i-flow: i-flow stellt die bidirektionale Konnektivität zwischen NATS und OT-Systemen für den Echtzeit-Datenaustausch und die Integration auf Fabrikebene sicher. Dazu gehören SPS, SCADA-Systeme, MES und Sensoren.
2. Harmonisierung mit i-flow: i-flow harmonisiert OT-Daten und stellt sicher, dass die Daten über verschiedene Systeme hinweg standardisiert werden. Dieser Prozess umfasst das Bereinigen, Transformieren, Formatieren und Normalisieren der Daten.
3. Datenpublikation und -subskription mit i-flow: i-flow veröffentlicht harmonisierte OT-Daten an NATS und ermöglicht damit Echtzeit-Datenverarbeitung und Daten Streaming zu Unternehmensanwendungen. Darüber hinaus abonniert i-flow Daten aus NATS für eine bidirektionale Kommunikation zwischen OT-Systemen und unternehmensweiten Anwendungen. Dies ermöglicht u.a. einen automatisierten und nahtlosen Entscheidungsprozess zwischen OT und IT.
4. Datenverarbeitung auf Edge- und Unternehmensebene mit NATS:
   • Messaging: NATS fungiert als Messaging-Rückgrat und bietet niedrige Latenzzeiten sowie hohe Durchsatzfähigkeiten. Dabei gewährleistet es zuverlässige Kommunikation zwischen den verschiedenen Komponenten des Fertigungssystems auf allen Unternehmensebenen.
   • Echtzeitüberwachung: Unternehmensanwendungen abonnieren relevante Themen aus NATS, um Echtzeit-Updates von der Fabrikebene zu erhalten.
   • Analysen und Berichte: Die Daten werden verarbeitet und analysiert, um Erkenntnisse zu gewinnen, die für die Entscheidungsfindung und zur Optimierung der Produktionsprozesse verwendet werden.

Warum NATS?

NATS bietet als Messaging System mehrere Vorteile. Weitere Details finden Sie auf der Webseite von NATS bzw. in weiteren Fachartikeln (z.B. NATS vs. MQTT).

Hoher Durchsatz: NATS ist in der Lage, große Datenmengen zu verarbeiten, was für die Skalierung von Abläufen über mehrere Fabrikstandorte hinweg unerlässlich ist. Diese hohe Durchsatzleistung unterstützt die steigenden Anforderungen, wenn mehr Maschinen und Systeme integriert werden.

Zuverlässige Kommunikation: NATS gewährleistet eine zuverlässige Kommunikation zwischen den verschiedenen Komponenten des Fertigungssystems und über alle Unternehmensebenen hinweg. Diese Zuverlässigkeit ist für die Aufrechterhaltung nahtloser Abläufe und die Gewährleistung der Datenintegrität unerlässlich.

Skalierbarkeit: Die Architektur von NATS ermöglicht eine einfache Skalierbarkeit, die dem Wachstum der Fertigungsbetriebe des Unternehmens Rechnung trägt. Wenn neue Fabriken und Anwendungsfälle hinzukommen, kann NATS diese in das bestehende System integrieren, ohne dass eine umfangreiche Neukonfiguration erforderlich ist.

100% On-premise: NATS ist einfach zu implementieren und zu skalieren, ohne dass Black Box Dienste aus der Cloud erforderlich sind. Dies bietet maximale Vertraulichkeit für den Endbenutzer.

Vorteile der Kombination aus NATS und i-flow

Die Implementierung von NATS und i-flow bringt erhebliche Vorteile für Kunden und verbessert folgende wesentliche Aspekte einer digitalen Infrastruktur zur Umsetzung von Real-time Analytics Anwendungen:

1. Skalierbarkeit und Flexibilität
   • Skalierbare Architektur: Die Kombination aus NATS und i-flow bietet eine skalierbare Architektur, die mit den Anforderungen des Unternehmens wächst. Neue Systeme und Anwendungsfälle können ohne Neukonfiguration leicht integriert werden.
   • Flexibilität: Die Lösung unterstützt verschiedene Kommunikationsprotokolle und Datenformate, was die Kompatibilität mit unterschiedlichen OT-Systemen gewährleistet. Dies bietet die Flexibilität, die notwendig ist, um sich an sich ändernde Anforderungen anzupassen.
2. Kosteneinsparungen
   • Reduzierte Daten- und Systemintegrationskosten: Die nahtlose Integration von OT- und IT-Systemen durch i-flow und NATS reduziert den Zeit- und Ressourcenaufwand für Daten- und Systemintegration.
   • Optimierte Produktionsprozesse: Erhebliche Kosteneinsparungen und gesteigerte Produktivität durch Echtzeit-Einblicke, die zu reduzierter Ausfallzeit und schnelleren Entscheidungen führen.
3. Verbesserte Effizienz
   • Echtzeit-Datenintegration und -verarbeitung: Die Integration und Echtzeitverarbeitung von Daten führt zu effizienteren Fertigungsprozessen, da kritische Informationen immer aktuell und sofort verfügbar sind.
   • Schnellere Entscheidungsfindung: Echtzeit-Einblicke von der Fabrikhalle ermöglichen schnellere und fundiertere Entscheidungen und optimieren die Reaktion auf betriebliche Herausforderungen.
4. Erhöhte Datensichtbarkeit
   • Zentralisierte Daten: Das zentrale Datenrepository bietet einen umfassenden Überblick über die Fertigungsprozesse an verschiedenen Standorten, was eine bessere Überwachung und Verwaltung ermöglicht.
   • Verbesserte Produktionskennzahlen: Die erhöhte Sichtbarkeit in Produktionskennzahlen und KPIs ermöglicht eine genauere Leistungserfassung und Identifizierung von Verbesserungsmöglichkeiten.

Fazit

NATS und i-flow haben sich als effektive Methode zur Überwindung klassischer Herausforderungen bei der Skalierung von Echtzeit-Analysen (Real-time Analytics) bewährt. Dazu zählen Datensilos, Skalierbarkeit und Kommunikationsineffizienzen zwischen OT und IT Systemen. Die Kombination aus NATS für Edge- und unternehmensweite Nachrichtenübermittlung und i-flow für die Integration und Harmonisierung von OT Systemen bieten eine optimale Infrastruktur für Kunden, um diese Herausforderungen zu überwinden. Weitere Informationen sind auf der Webseite von NATS zu finden.