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Automatisierte Anwendung von Chaos Engineering Methoden zur Untersuchung der Robustheit eines verteilten Softwaresystems
No full textVerteilte Softwaresysteme bringen ein sehr komplexes Verhalten unter echten Einsatzbedingungen mit sich, meist resultiert dies auch in sehr komplexen Fehlerzuständen, die durch den Betrieb unter widrigen Netzwerkbedingungen wie beispielsweise hohen Latenzen und zunehmenden Paketverlusten entstehen. Diese Fehlerzustände können mit herkömmlichen Softwaretestverfahren wie Unit- und Integrationstests nicht mehr hinreichend provoziert, getestet und verifiziert werden. Mit der Methode des Chaos-Engineerings werden komplexe Chaos-Szenarien entworfen, die es ermöglichen dieses unbekannte Verhalten der Software in Grenzfällen strukturiert zu entdecken. Am Beispiel einer verteilten Software, die bereits seit über 10 Jahren am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelt wird, werden Chaos-Engineering-Methoden angewandt und sowohl konzeptuell in existierende Softwaretestverfahren eingeordnet als auch praktisch in einer Experimental-Cloud-Umgebung erprobt. Innerhalb eines Experteninterviews mit den RCE-Entwicklern wird ein Chaos-Szenario entworfen, in der die Robustheit der Software mit Chaos-Experimenten auf die Probe gestellt wird. Aufbauend auf einem Softwareprojekt zur automatischen Erstellung von RCE-Testnetzwerken, wird eine Softwarelösung entwickelt, die eine automatische Ausführung von Chaos-Szenarien innerhalb der Experimental-Cloud-Umgebung ermöglicht. Anschließend wird das aus den Experteninterviews resultierende Chaos-Szenario in der Praxis durchgeführt. Abschließend werden die Erkenntnisse aus der Ausführung des Chaos-
Szenarios vorgestellt und weiterführende Fragestellungen und Arbeiten aufgezeigt:1 Einleitung
2 Grundlagen
2.1 Softwareentwicklung und Testverfahren
2.2 Verteilte Software
2.3 Containerorchestrierung
2.4 Chaos Engineering
3 Betrachtetes System
3.1 Remote Component Environment
3.2 Testing von RCE Releases
3.3 Methode Experteninterview
3.4 Fragestellungen entwerfen
3.5 Resultate aus Interview
3.6 Integration von Chaos-Engineering
4 Konzepte des Chaos-Engineering am Beispiel
4.1 Ausgangssituation
4.1.1 Systemumgebung
4.1.2 Automatisierte Erstellung von Testnetzwerken
4.1.3 Microservices
4.1.4 Systemarchitektur
4.1.5 Netzwerkbeschreibung
4.2 Anforderungen an die zu entwickelnde Software
4.3 Erweiterung des vorhandenen Gesamtsystems
4.3.1 Chaos Mesh
4.4 Chaos-Operator Microservice
4.4.1 Erweiterung der Systemarchitektur
4.4.2 Erweiterung der Schnittstellen
4.4.3 Beschreibung eines Chaos-Experiments
4.4.4 Probes
4.4.5 Ablaufsteuerung
5 Evaluierung und Diskussion
5.1 Geplantes Chaos-Szenario
5.1.1 JSON Beschreibung eines Chaos-Szenarios
5.2 Durchführung des entworfenen Chaos-Szenarios
5.2.1 Ausführung mit Chaos-Sequencer
5.2.2 Validierung
5.3 Resultate
6 Fazit
Literaturverzeichnis
Abbildungsverzeichnis
Listing
Salzburg Smart Factory Bootcamp
No full textWissen über Digitalisierung, Automatisierung und über „smarte“ Technologien sind Schlüssel für
einen stabilen und nachhaltigen Erfolg von Klein- und Mittelunternehmen in der Region Salzburg.
Die Fachhochschule Salzburg beantragte aus diesem Grund die Initiative Salzburg Smart Factory
Bootcamp. Moderne und mobile Industrierobotik, kommunikative Software-Architekturen und
OT-Sicherheit bilden die Basis für die Umsetzung aktueller Smart-Factory-Technologien und deren
Potentiale in Unternehmen. Ziel des Bootcamps ist die gezielte Weiterqualifizierung mit modernsten
Smart-Factory-Technologien von Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern der beteiligten Unternehmen.
Zusätzlich kann langfristig, auch über die beantragte Projektlaufzeit hinaus, die Zusammenarbeit
zwischen Hochschule und Salzburger Unternehmen etabliert und weitergeführt werden
Entwicklung eines Werkzeugs und des Prozesses für das automatisierte Schaben von Metalloberflächen
No full textDas Schaben ist ein Verfahren zur Bearbeitung metallischer Oberflächen und wird bislang ausschließlich manuell angewendet. Der Beitrag handelt von der Entwicklung eines Werkzeugs und des Prozesses für das Schaben von Metalloberflächen. Das im Rahmen eines Forschungsprojekts entwickelte Vorsatzwerkzeug zum Anbau an eine standardisierte CNC-Fräsmaschine bietet unter der Verwendung eines ebenfalls entwickelten Softwaretools die Möglichkeit das Verfahren unabhängig von spezialisierten Fachkräften durchführen zu können. Des Weiteren kann durch die Automation des Verfahrens eine höhere Produktivität realisiert werden. Der Beitrag geht neben dem aktuellen Stand der Technik intensiv auf die Eigenschaften des Vorsatzwerkzeugs, die Entwicklung eines notwendigen spezifischen Softwaretools sowie auf die Qualifizierung des Systems ein. Abschließend werden die gewonnen Ergebnisse in die Thematik eingeordnet und weiteres Forschungspotential ausgewiesen
Modulare Anlagenautomation: Monitoring und erweiterte Diagnosefunktionen von Modulen
No full textDer Einsatz modularer Anlagen wird in der Prozessindustrie immer beliebter. Da Modulhersteller ihre
Applikationen weitestgehend kapseln, um ihr Know-How zu schützen, müssen Strukturen und Applikationen
entwickelt werden, die das Monitoring und die Diagnose auch im Rahmen der vorausschauenden
Instandhaltung dieser Module ermöglichen.
Die Implementierung solcher Funktionen in das übergeordnete Leitsystem der Gesamtanlage ist bei
modularen Anlagen bislang ähnlich umständlich wie die Einbindung von Fremdkomponenten in ein
Leitsystem. Um ein vollständiges modulares Anlagenkonzept erfolgreich zu etablieren, ist eine einfache
Implementierung dieser Funktionalitäten somit unumgänglich.
Im Rahmen dieses Beitrags wird daher untersucht, wie Strukturen und Applikationen zum Monitoring
und Diagnose einfach in übergeordnete Systeme implementiert werden können. Hier wird auch betrachtet,
welche dieser Informationen für Anlagenfahrer relevant, welche Funktionalitäten auf externe
Systeme (z. B. eine Cloud) ausgelagert werden sollten und wie diese optimal dargestellt werden.
Weiterhin wird ein Konzept zur Modularisierung von Plant Asset Management Funktionen vorgestellt,
anhand dessen eine Strukturierung des NAMUR Open Architecture (NOA)-Kanals vorgenommen wird
Mixed-Reality-in-the-Loop Simulation zur Schulung technischer Fachkräfte im Maschinen- und Anlagenbau
No full textDieser Beitrag stellt die Mixed-Reality-in-the-Loop Simulation (MRiLS) zur Schulung technischer Fachkräfte im Maschinen- und Anlagenbau vor. Die MRiLS koppelt die aus dem Engineering bereits vorhandenen Modelle der Hardware-in-the-Loop Simulation (HiLS) mit Visualisierungs- und Interaktionsmethoden der Mixed Reality (MR) und integriert dadurch den Nutzenden und dessen Verhalten sowie die reale Umgebung vollständig in den Simulationskreislauf. Der Beitrag thematisiert neben der notwendigen Middleware zur Kopplung der HiLS mit der MR-Umgebung auch die Steuerungsbelastung durch Multiuser-Zugriffe. Die Funktionsfähigkeit des vorgestellten Konzepts wird anhand eines ausgewählten beispielhaften Automatisierungssystems belegt. Für das Automatisierungssystem wird der Aufbau der MRiLS sowie das Konzept für den Ablauf einer Schulung mittels MRiLS vorgestellt
Rapid prototyping framework for automation applications based on IO-Link
No full textThe development of protype applications with sensors and actuators in the automation industry requires tools that are independent of manufacturer, and are flexible enough to be modified or extended for any specific requirements. Currently, developing prototypes with industrial sensors and actuators is not straightforward. First of all, the exchange of information depends on the industrial protocol that these devices have. Second, a specific configuration and installation is done based on the hardware that is used, such as automation controllers or industrial gateways. This means that the development for a specific industrial protocol, highly depends on the hardware and the software that vendors provide. In this work we propose a rapid-prototyping framework based on Arduino to solve this problem. For this project we have focused to work with the IO-Link protocol. The framework consists of an Arduino shield that acts as the physical layer, and a software that implements the IO-Link Master protocol. The main advantage of such framework is that an application with industrial devices can be rapid-prototyped with ease as its vendor independent, open-source and can be ported easily to other Arduino compatible boards. In comparison, a typical approach requires proprietary hardware, is not easy to port to another system and is closed-source
Prozessinnovation: selbstlernendes Assistenzsystem für die manuelle Montage
No full textManuelle Montageprozesse sind nach wie vor unverzichtbar in vielen Bereichen der produzierenden
Industrie. Vor allem die Qualitätskontrolle, sowie das Einlernen neuer Mitarbeitenden stellen Betriebe
durch die voranschreitende Digitalisierung vor neue Herausforderungen. Assistenzsysteme können
hier helfen, die Lücke zwischen Anforderungen und Qualifikation zu überbrücken. Wir stellen einen
Ansatz zur intelligenten Assistenz vor, welcher auf einer kamerabasierten Erkennung von Arbeitsabläufen
mit Hilfe von Methoden des maschinellen Lernens beruht. Das Assistenzsystem erzeugt automatisiert
Hilfsmaterial zur Unterstützung der Werkenden. Zusätzlich zur Darstellung der technischen
Aspekte, werden psychologische Aspekte, wie Akzeptanz und Motivation untersucht
Lineare Systemidentifikation des hygrothermischen Verhaltens eines Raumes zur Verwendung in Modellprädiktiven Reglern
No full textDer vorliegende Beitrag beschäftigt sich mit der Linearen Systemidentifikation für ein hygrothermisches Zustandsraummodell des Hrabanus-Maurus-Saals innerhalb der Bibliothek des Bischöflichen Priesterseminars in Fulda. Hier lagern wertvolle historische Dokumente, die besondere Anforderungen an das Raumklima stellen. Für die Einhaltung dieser Anforderungen eignet sich ein Modellprädiktiver Regler (MPC), der in Zukunft im Hrabanus-Maurus-Saal eingesetzt werden wird. Das hier entwickelte lineare Zustandsraummodell kann zukünftig in diesem MPC genutzt werden. Die Modellierung des hygrothermischen Verhaltens erfolgt über eine Beschreibung der physikalischen Zusammenhänge von Temperatur und relativer Luftfeuchtigkeit in Form von Zustandsraummodellen. Die darin enthaltenen Parameter können mit Hilfe der vorhandenen Temperatur- und Luftfeuchtigkeitsmessungen der vergangenen Jahre im Hrabanus-Maurus-Saal geschätzt werden. Hierbei werden eine Vielzahl an Initialparametern in Form einer Monte-Carlo-Simulation getestet, um die optimalen Systemparameter zu identifizieren. Im Anschluss werden beide Zustandsraummodelle zusammengefügt und mit einem rein datengetriebenen Ansatz („Black-Box“-Ansatz) verglichen. Die Ergebnisse des hier vor-gestellten Ansatzes („Grey-Box“-Ansatz) weisen vor Allem in Bezug auf die Dynamik ein besseres Modellverhalten auf
Konzept zur Automatisierung der Konfiguration einer virtuellen Inbetriebnahme
No full textLaut VDMA gewinnt die virtuelle Inbetriebnahme als umsetzungsnaher Teil der Digitalisierung im Maschinen- und Anlagenbau in allen Branchenzweigen an Bedeutung. Um die Fehlerfreiheit eines Steuerungsprogramms gewährleisten zu können, gibt es aktuell verschiedene Ansätze zur automatisierten virtuellen Inbetriebnahme. Hierbei werden definierte Testszenarien von einer Test-Applikation autonom, ohne ein Eingreifen des Testpersonals, durchgeführt. Die Herausforderung der automatisierten virtuellen Inbetriebnahme besteht in der manuellen Konfiguration der Testszenarien, die zeit- und kostenintensiv ist. Darüber hinaus ergeben sich durch die manuelle Implementierung zusätzliche Fehlerpotentiale. Diese Arbeit untersucht, wie die Konfiguration der Testszenarien automatisiert werden kann. Dabei sollen die Testszenarien direkt aus dem Steuerungsprogramm oder weiteren Engineering-Werkzeugen, wie Elektrokonstruktionen oder CAD-Pläne, abgeleitet werden. Außerdem werden Normen, wie beispielsweise die EG-Maschinenrichtlinie, berücksichtigt