WPF IoT Fragekatalog

• Kommunikation über Middleware:
  • Kommunikation mit Softwaresystemen/Applikationen (z.B. ERP) oder Datenbanken
  • Beim Bestellvorgang wird eine Bestellung mit erwarteten Produktnamen und Identifier an den Lieferanten geschickt.
  • ERP des Lieferanten startet den Lieferprozess und durchsucht das Inventar im Warehouse Management. (Wenn Ware auf Lager wird geliefert, sonst muss nachproduziert werden)
  • RFID Tags werden auf der Ware angebracht.
  • Bei jedem neuen Lieferschritt werden über eine Middleware das ERP des Lieferanten und des Bestellers informiert

• Outdoor -> GPS
• Indoor -> Ultraschallwellen, Bluetooth (Beacon), RFID (Logistik)
• Lagebestimmung -> Gyroskop

• Linearer Barcode
• 2D-Barcode
• RFID
• Chipkarten
• Magnetstreifen

• Grafisches codieren und speichern von Informationen
• Aufgrund der Lichtreflektion kann der Scanner 0 & 1 erkennen (Schwarze und weiße Streifen)
• Der Barcode erhält Informationen über Hersteller und den Typ des Produktes (13 Ziffern)

• Die Tags haben keine Batterie- bzw. Stromversorgung
• Durch ein elektromagnetisches Feld werden Energie und Informationen vom RFID-Reader zu dem Tag übertragen
• Dies geschieht über die jeweiligen Antennen
• Dadurch wird der Chip des Tags mit Energie versorgt
• Der RFID-Reader kann Nachrichten und Befehle an einzelne (ausgewählte) Tags senden
• Der Tag führt ein statisches Programm, welches auf dem Chip gespeichert ist, aus und antwortet dem Reader mittels Funksignalen

Technische Parameter:

• Energieversorgung (active / passiv)
• Memory type (read-only / writable)
• Radiotransmission Frequency (Low / High / Ultra High)
• Close Coupling (1cm)
• Remote Coupling (1m+)
• Long Range (>10m)

Bulk-Reading:

• Mehrere Tags gleichzeitig lesen -> Problem mit Kollision
• Lösungen der Kollisionen:
  • ALOHA-Prinzip: Tag antwortet nach einem zufällig ausgewählten Zeitintervall
  • Tree-Walking-Prinzip: Wenn eine Kollision entdeckt wurde, werden nur Tags mit „0“ abgefragt. Dann mit „0“/“1“, ...

• Eindeutige Identifikation jedes physischen Objekts
• Einfachere unbeaufsichtigte Identifikation möglich
  • Fast in jeder Orientierung möglich
  • Keine Sichtverbindung nötig (Problem verschmutzter Barcode)
• Bulk-Reading
  • Lesen von vielen Tags auf einmal möglich
  • Benötigt jedoch Verfahren zur Kollisionsvermeidung
• Funktioniert auch in widrigen Umgebungen
• Schreiben und Lesen möglich
  • Dynamische Informationen
  • Wiederverwendung
• Höhere Speicherkapazität

• Höherer Preis pro Tag
  • Aber immer noch kleiner als 5 Cent/Stück
• Hohe Kosten für Infrastruktur
  • z.B. Reader
  • Sinkt aber rapide
• Technologieeinschränkungen
  • z.B. Metalle oder Flüssigkeiten
• Heterogene Technologien
  • Viele konkurrierende Standards
• Rechtliche, private und gesundheitliche Schutzbedenken

EPC: Electronic Product Code

• Aufbau:

o Header: Ausprägung/Version des Codes

o EPC Manager: Eindeutige Identifikation des Unternehmens / Herstellers des Produkts

o Product-/Object-Class: Eindeutige Identifikation des Produkttyps auch bekannt als „Stock Keeping Unit“ (SKU)

o Serial Number:  Eindeutige Identifikation des vorhandenen Objekts der Produktklasse   

• Beim Hersteller:
  • Produkte werden getaggt
  • Produkte werden zu einer HU (Handling Unit) zusammengestellt
  • Alle Tags in der HU werden gelesen und dann über eine Middleware im ERP-System registriert
  • Beim Versenden der HU werden die ID’s nochmal gescannt und über die Middleware im ERP als versendet gekennzeichnet
  • Daraufhin wird eine automatische Versand-Benachrichtigung an den Käufer gesendet
• Beim Einkäufer:
  • Bei der Anlieferung wird die HU gescannt
  • Überprüfung der HU anhand der Daten aus dem ERP/Versand-Benachrichtigung
    • Lieferung vollständig  --> Annehmen

• Vorteile:
  • Automatisierung der Versandbestätigung beim Scan der HU
  • Einfachere Wareneingangskontrolle (Vollständigkeit)
  • Überwachung/Statusinformationen über die Auslieferung
    • Analyse und Prozessoptimierungen können ermöglicht werden

- Integration der ERP-Systeme mit Automatisierungs-Systemen um die Fertigung-Prozesse in Echtzeit zu überwachen und steuern

• Funktionen:
  • Product Lifecycle Management: Dokumente, Materialen,... welche zur Produktion benötigt werden
  • Enterprise Resource Planing: Produktionsplanung, Bestellungen,.. Wie heißen die Teile und wieviele haben wir auf lager
  • Manufacturing Execution System: Schritte die am Produkt entlang der Wertschöpfungskette werden überwacht
  • Supervisory Control and Data Acquisition: Echtzeitüberwachung von kritischen Produktionsprozessen
  • Human Maschine Interface: Bedienelemente der Mitarbeiter
  • Programmable Logic Controller: Low Level Programmierung von Maschinen

• Kein Lager mehr und Zulieferer liefern erst wenn das Material benötigt wird
• Pull basiert. Vendor triggert die JIT-Calls an den Lieferant wann dieser liefern soll

• Replenishment Lead Time:
  • Zeitspanne von Bestellung bis Verfügbarkeit
• Reichweite eines Materials:
  • Zeitspanne wielange mir das Material reicht, bis ich wieder bestellen muss

• RFID-basierter  Kanbanprozess
• Augumented Reality in Picking Process

Kanban ist eine Methode der Produktionsprozesssteuerung. Das Vorgehen orientiert sich ausschließlich am tatsächlichen Verbrauch von Materialien am Bereitstell- und Verbrauchsort. Kanban ermöglicht eine Reduktion der lokalen Bestände von Vorprodukten in und nahe der Produktion, die dort in Produkten der nächsten Integrationsstufe verbaut werden.

• Ziel: Ermöglicht Datenaustausch zwischen Unternehmen auf Basis von EPC
• EPCIS Standard beschreibt Service-Interfaces um
  • EPC-Daten zu erfassen und abzufragen
  • Es beschreibt nicht, wie die EPC-Daten verwaltet oder benutzt werden
• EPCIS bietet Schnittstellen zum EPCIS-Repository an
  • EPCIS-Repository enthält historische Ereignisdaten mit Geschäftsrelevanz
• Business-Anwendungen generieren, unterstützen und nutzen EPCIS-Daten:
  • Bei Warenversand und Wareneingang
  • Bei Rückrufaktionen
  • Wenn die Herkunft nachvollzogen werden soll

• ONS: Object Name Service
• Der ONS liefert eine URI (Unified Resource Identifiers) auf eine angefragte EPC
• ONS unterstützt nur GTIN (weltweit eindeutige Nummer) basierte Anfragen
• ONS Standard unterstützt keine Informationen auf Objektebene
  • URI verweist auf Daten der Produktebene und nicht auf die der Objektebene
• ONS basiert vollständig auf DNS-Architektur und Protokolle
  • Entspricht den bestehenden Internet Name Services
  • Nutzt NAPTR (Naming Authority PoinTeR) um einen oder mehrere URI an denselben Host zurückzugeben
• Jeder URI verweist auf einen Server der die Daten auf Produktebene oder Services beinhaltet
  • Produktname, Hersteller, usw.
  • EPCIS-Anfrageschnittstelle um mehr über das getaggte Objekt zu erfahren
• --> ONS-Server speichern keine produkt- oder objektspezifische Informationen
• --> ONS liefert den Initialverweis

• Hilfe gegen Produktpiraterie:
  • Produkte mit RFID-Tags halten einzigartige serialisierten ID (à SGTIN)
  • Die Daten der gesetzmäßigen Artikel-Bewegungen über die gesamte Lieferkette erfassen und für die Beteiligten zugänglich machen
  • Anhand der Kombination aus eindeutiger ID und den Informationen über die geplante Lieferkette können verdächtige Fälle gefunden werden
    • Benötigt eine Definition, welche Fälle als verdächtig eingestuft werden
• Problem: Kopie der ID
  • Ohne zusätzlichen Schutz bzw. Sicherheiten können die ID’s bzw. Tags geklont werden
  • Die geklonte Ware kommt vor der originalen Ware am geplanten Zielort an
  • Folglich wird die später ankommende originale Ware als Fälschung identifiziert
• Problem: Fehlende Transparenz in der Lieferkette
  • Unternehmen bieten die Daten der Lieferkette nur an, wenn sie selbst davon profitieren
  • Daher ist die schnelle und zentrale Verwaltung der Daten-Repository (EPCIS) für die meisten Unternehmen keine Option
  • Verteilte Daten-Anfragen über einen zentralisierten Index (Discovery Service) können die Ausführung der Geschäftsprozesse (operative Prozesse) verlangsamen

Es kann nicht zu 100% garantiert werden, da die ID’s von den originalen Produkten an Fälschungen angebracht/kopiert werden und im Nachgang erst die originale Ware ausgeliefert wird

• RFID
• Kanban
• JIT/JIS (Just in Time / Just in Sequence) Prozesse

1) Hersteller: Warenausgang

2) Spediteur: Transport der Ware

3) Käufer: Wareneingang

4) Übertragung der Daten zum Prüfsystem

5) Verwendungsentscheidung

6) Zurücksetzen des Loggers

• Die Sensoren sorgen während dieses Ablaufes für die lückenlose Aufzeichnung von relevanten Daten z.B. die Temperatur und Luftfeuchtigkeit
• Dies ist besonders wichtig zur Klärung der Haftungsfrage, falls die Ware am Zielort nicht mehr verwendbar/verdorben ist
• Eventuell Überwachung des Status/Zustands und automatisierte Anpassung an die veränderte Umgebung z.B. etwas zu warm à Kühlung wird eingeleitet

a)              Funktionsweise:

• An der Platte werden gleichverteilt mehrere (mindestens drei) Gewichtssensoren angebracht
• Gesamtmasse der Objekte auf der Platte kann bestimmt werden
• Durch die Triangulation der Sensordaten kann die Position einzelner Objekte ermittelt werden
• Interaktionen wie hinzufügen, verschieben und entnehmen können erkannt werden

b)              Vorteile gegenüber anderen Tagging-Techniken:

• Günstiger (ein Sensor kostet weniger als 100$)
• Robust (funktioniert in fast jedem Umfeld)
• Objekte müssen nicht getaggt werden
• Flexibel (für alle möglichen Objekte und Objektgrößen geeignet)

• Ein WSN ist ein drahtloses Sensornetzwerk, welches eine Sammlung von mehreren verteilten Knoten zu einem kooperativen Netzwerk organisiert
• Innerhalb des Netzwerkes findet eine Peer-to-Peer-Kommunikation statt
• Jeder Knoten ist Fähig Daten zu verarbeiten, kann mehrere Typen von Speicher enthalten, hat einen RF- Transceiver, benötigt eine eigene Stromversorgung und kann mehrere verschiedene Sensoren beinhalten
• Eine Basisstation koppelt das WSN mit andern Netzwerken über IP
  • Single-Point-of-Failure
  • Besitzen meist mehr Funktionalitäten als einfache Knoten
• WSN werden eingesetzt für:
  • Militär: Schlachtfeld-Überwachung
  • Umwelt- und Lebensraum-Überwachung
  • Heimautomatisierung
  • Verkehrssteuerung
  • Maschinenzustandsüberwachung
  • Usw.

• Energieverbrauch
• Robustheit
• Bereitstellung und Verwaltung

Probleme:

• Ständiger Austausch der Batterie notwendig Reduziert die Wirtschaftlichkeit
• Energiebedarf: Übertragung >> Main-Board Elektronik > Sensoren

Ansätze zur Verringerung des Energiebedarfs:

• Schlafmodus bis ein Aufwecksignal eingeht
• Spezielles Kommunikationsprotokoll zwischen den Knoten mit minimalem Overhead
• Datenkompression: Minimalistisches Betriebssystem und Anwendungscode

Ansätze zur Energieerzeugung:

• Außen: Solarzellen, Mikro-Windturbinen
• Innen: Maschinenvibrationen in elektrische Energie umwandeln

• Unterstützung mehrerer/verschiedener Hardware-Plattformen
  • Plug-In Architektur mit Minimalem Aufwand für das Hinzufügen eines neuen Gerätes
• Service-Beschreibung
  • Die Funktionalität muss für die Anwender zugänglich gemacht und verständlich verfasst sein
  • Schnittstellen, technische Anforderungen und Versionierungsinformationen müssen für die Maschine lesbar sein
• Service-Aufruf
  • Nutzung von gemeinsamen, standardisierten Web-Service-Technologien
  • Direkte und zwischengespeicherte, asynchrone Serviceaufrufe
• Service-Mapping
  • Automatische Zuordnung der Dienste zu Geräten abhängig von den technischen Anforderungen der Services und der bereitgestellten Anwendungen

• (Einkauf)
• Einrichtung
• Installation
• Wartung
• Reparatur
• Move/Swap
• Entfernen
• Austausch oder Anderweitig verwenden
• (Verschrotten)
• Generalüberholt

• Vibration
• Temperatur
• Akustische Töne
• Dichtigkeit
• Druck

• Einführungsphase
• Verwendungsphase
• Auslaufperiode

• Preventive Maintenance
  • Zeitbasiert (täglich, monatlich, jährlich, ...)
  • Performancebasiert (nach Stunden, Laufzeit, ...)
  • Zustandsbasiert (Temperaturbasiert, Druckabhängig, Vibrationsbasiert)