WPF IoT Fragekatalog 2.0

• 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
• Der RFID-Reader kann Nachrichten und Befehle an einzelne (ausgewählte) Tags senden
• Der Tag führt ein statisches Programm 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

Der Elektronische Produktcode (EPC) ist ein international verwendetes Schlüssel- und Codesystem für eine eindeutige Identifikationsnummer, mit dem Produkte, weltweit eindeutig gekennzeichnet und identifiziert werden können. In Kombination mit der RFID-Technik ist eine Erfassung und Verfolgung von Objekten, die mit einem Transponder mit EPC versehen sind, ohne Sicht- und Berührungskontakt möglich.

• Aufbau:

o Header: Ausprägung/Version des Codes

o Filter Value: Standard Handelsgruppierung/Einzelhandel Verbraucher Artikel

o Partition: Gibt die Länge der Felder Company Prefix und Item Reference an. (Zusammen 44 bit)

o Company Prefix: Eindeutige Identifikation des Unternehmens

o Item Reference: 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

• 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

  • Kanban cards (as paper or as electronic message) are used to signalize demand to next-level supplier

  • Cards are physically attached to containers (Kanban bins) as handling units to supply required parts and materials to the point of demand 

• Material or Goods Picking is a potential application area for augmented reality in warehouse management, currently in prototype stadium. 

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.

• EPCIS: Electronic Product Code Information Services
• 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

• Produkte mit RFID-Tags halten einzigartige serialisierten ID und haben somit die möglichkeit Artikel-Bewegungen über die gesamte Lieferkette zu erfassen und zugänglich zu 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

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

• 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

• 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 ⇒ 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 drahtloses Sensornetzwerk ist eine Gruppe von Energiewandlern (Knoten) in einer Kommunikations-Infrastruktur, um Zustände an diversen Standorten zu überwachen und aufzuzeichnen. Häufig überwachte Parameter sind Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Druck usw..
• Peer-to-Peer-Kommunikation 
• 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/Aufladen der Batterie ist notwendig ⇒ Reduziert die Wirtschaftlichkeit
• Energiebedarf für: 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

• The so called bathtub curve shows three major phases of potential asset failures
  • Each phase follows a specific probabilistic failure distribution curve
• Einführungsphase ⇒ Early failure
• Verwendungsphase ⇒ Instrinsic failures
• Auslaufphase ⇒ Deterioration

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