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Der Datenaustausch zwischen zahlreichen Teilprozessen und beteiligten Zulieferern im Anlagenplanungsprozess ist aufgrund der Verwendung proprietärer Datenformate aus einer Vielzahl von herstellerspezifischen Tools komplex. Infolgedessen ist der derzeitige Datentransfer im Anlagenentstehungsprozess durch Dateninkonsistenzen und erhöhte Fehlerquoten gekennzeichnet, die bei der Einbeziehung multidisziplinärer proprietärer Datenformate zusätzliche Überarbeitungen erfordern. In dieser Veröffentlichung wird eine Microservice-basierte Systemarchitektur vorgeschlagen, die den Datenaustausch zwischen herstellerübergreifenden Teilprozessen im Anlagenplanungsprozess vereinfachen soll. Zu diesem Zweck werden die erforderlichen Komponenten der Systemarchitektur spezifiziert, nämlich Microservices und ein Backbone, die in Kombination als Datenaustauschplattform an eine Datenbank angebunden sind. Als Datenaustauschformat wird der offene Standard AutomationML verwendet, der die Informationen in eine objektorientierte Datenstruktur umwandelt, die die Struktur, Topologie, Attribute und Rollen der zu beschreibenden Objekte zusammenfasst. Im Rahmen der Arbeit wird eine erste Server-Client Applikation vorgestellt, um den funktionalen Überblick für einen vereinfachten Datenaustausch zu demonstrieren, der grundlegende Datenverwaltungsfunktionalitäten und die Konvertierung von AML nach JSON umfasst. Für die Validierung von Funktionalitäten in einem frühen Stadium des Entwicklungsprozesses wurde Python gewählt, da es den Entwicklern ermöglicht, schnell funktionierende Softwaremodule zu erstellen und Ideen zu validieren. Für die Auswahl eines geeigneten Software-Frameworks wird eine Liste von Anforderungen erstellt, um verschiedene Lösungen zum Aufbau von Microservice-Architekturen zu bewerten. Ein Vergleich von Flask, Django und FastAPI, drei etablierten Python-Bibliotheken, zeigt, dass FastAPI mit seinen integrierten Funktionen die Kriterien Datenbankintegration, Sicherheit und Skalierbarkeit erfüllt. Die sich daraus ergebende Systemarchitektur zeigt das Potenzial zur Beschleunigung der Planungsprozesse von Fertigungsanlagen und weist auf die Flexibilität und Skalierbarkeit durch den Einsatz von Microservices hin.

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Digitalisierung in der Automobilfertigung – Microservice-basierter Datenaustausch für den Anlagenentstehungsprozess

  • 章节

  • 发表日期：

    2025年

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  • Tommy Luong,
  • Alexander Große-Kreul,
  • Tobias Drees,
  • Bernd Kuhlenkötter

摘要

Der Datenaustausch zwischen zahlreichen Teilprozessen und beteiligten Zulieferern im Anlagenplanungsprozess ist aufgrund der Verwendung proprietärer Datenformate aus einer Vielzahl von herstellerspezifischen Tools komplex. Infolgedessen ist der derzeitige Datentransfer im Anlagenentstehungsprozess durch Dateninkonsistenzen und erhöhte Fehlerquoten gekennzeichnet, die bei der Einbeziehung multidisziplinärer proprietärer Datenformate zusätzliche Überarbeitungen erfordern. In dieser Veröffentlichung wird eine Microservice-basierte Systemarchitektur vorgeschlagen, die den Datenaustausch zwischen herstellerübergreifenden Teilprozessen im Anlagenplanungsprozess vereinfachen soll. Zu diesem Zweck werden die erforderlichen Komponenten der Systemarchitektur spezifiziert, nämlich Microservices und ein Backbone, die in Kombination als Datenaustauschplattform an eine Datenbank angebunden sind. Als Datenaustauschformat wird der offene Standard AutomationML verwendet, der die Informationen in eine objektorientierte Datenstruktur umwandelt, die die Struktur, Topologie, Attribute und Rollen der zu beschreibenden Objekte zusammenfasst. Im Rahmen der Arbeit wird eine erste Server-Client Applikation vorgestellt, um den funktionalen Überblick für einen vereinfachten Datenaustausch zu demonstrieren, der grundlegende Datenverwaltungsfunktionalitäten und die Konvertierung von AML nach JSON umfasst. Für die Validierung von Funktionalitäten in einem frühen Stadium des Entwicklungsprozesses wurde Python gewählt, da es den Entwicklern ermöglicht, schnell funktionierende Softwaremodule zu erstellen und Ideen zu validieren. Für die Auswahl eines geeigneten Software-Frameworks wird eine Liste von Anforderungen erstellt, um verschiedene Lösungen zum Aufbau von Microservice-Architekturen zu bewerten. Ein Vergleich von Flask, Django und FastAPI, drei etablierten Python-Bibliotheken, zeigt, dass FastAPI mit seinen integrierten Funktionen die Kriterien Datenbankintegration, Sicherheit und Skalierbarkeit erfüllt. Die sich daraus ergebende Systemarchitektur zeigt das Potenzial zur Beschleunigung der Planungsprozesse von Fertigungsanlagen und weist auf die Flexibilität und Skalierbarkeit durch den Einsatz von Microservices hin.