An aggregated integration platform : an approach for the aggegration of information models

Abstract

In today’s automation landscape, a clear trend towards distribution can be noticed. Starting from processing power to where data about the automation systems are being stored and used are being decentralized. The devices at the shop floor are getting smaller and “smarter”, in the sense that they are now becoming capable of describing their own health or energy related metrics, which are of relevance for higher level monitoring systems, for example. Cloud based systems can now access data from all over the shop floor and apply machine learning algorithms to realize use-cases like predictive and preventive maintenance. However, as one can realize, the first step in this scenario is to get the data in a uniform and standardized manner. This is where information models come into the picture. Standardized use-case specific information models can help realize the true potential of Industry 4.0. There is indeed a plethora of standardized information models within the automation domain, looking at different aspects of the same automation system. Therefore, an obvious need to harmonize information models and to minimize any overlaps between them arises. This is seen from the point of view of an aggregating application that wants to collect information based on standardized information models. This thesis looks at some of state-of-the-art information models and exemplifies a scenario to explain the concept. It collects the requirements for the creation of a so-called aggregated information model and an aggregated integration platform respectively. Based on the requirements, this thesis proposes an architecture of such an aggregated integration platform, that aggregates several information models while considering that they might have overlaps. It also proposes a solution to solve these overlaps and uses this solution to create the aforementioned aggregated information model.

In der heutigen Automatisierungslandschaft ist ein deutlicher Trend zur Dezentralisierung zu erkennen. Angefangen bei der Verarbeitung bis hin zur Speicherung von Daten und Informationen – das findet dezentral (“on the edge”) statt, verteilt über das System. Die Geräte in der Fertigung werden kleiner und “intelligenter” in dem Sinne, dass sie nun in der Lage sind, ihre eigenen zustands- oder energiebezogenen Metriken zu beschreiben, die z. B. für übergeordnete Überwachungssysteme relevant sind. Cloud-basierte Systeme können nun auf Daten aus dem gesamten Betrieb zugreifen und Algorithmen des maschinellen Lernens anwenden, um Anwendungsf älle wie vorausschauende und vorbeugendeWartung zu realisieren. Der erste Schritt in diesem Szenario besteht jedoch darin, die Daten in einer einheitlichen und standardisierten Weise zu erfassen und zur Verfügung zu stellen. Und hier kommen Informationsmodelle ins Spiel. Standardisierte, anwendungsspezifische Informationsmodelle können dabei helfen, das wahre Potenzial von Industrie 4.0 auszuschöpfen. Es gibt in der Tat eine Fülle von standardisierten Informationsmodellen im Bereich der Automatisierung, die (jedes Modell für sich) unterschiedliche Aspekte desselben Automatisierungssystems betrachten. Die Notwendigkeit, Informationsmodelle zu harmonisieren und die überschneidungen zwischen ihnen zu minimieren, ist offensichtlich. Die Arbeit betrachtet dies aus Sicht einer aggregierenden Anwendung, die Informationen auf der Grundlage standardisierter Informationsmodelle erfasst. Sie betrachtet einige der gängigen Informationsmodelle , stellt ein Szenario zur Erläuterung des Konzepts exemplarisch dar und gestellt und trägt die Anforderungen für die Erstellung eines sogenannten aggregierten Informationsmodells bzw. einer aggregierten Integrationsplattform zusammen. Basierend auf den Anforderungen wird in dieser Arbeit eine Architektur für eine solche aggregierte Integrationsplattform vorgeschlagen, die mehrere Informationsmodelle aggregiert und dabei berücksichtigt, dass diese überschneidungen aufweisen können. Sie schlägt auch eine Lösung vor, wie mit diesen überschneidungen umzugehen ist und verwendet diese Lösung, um das oben erwähnte aggregierte Informationsmodell zu erstellen.