Smart RDM und OSISoft PI – Integriertes Zentrum für Operation Management

Jakub Ładyński

Ein wesentlicher Bestandteil des Informationsmanagements in einem Unternehmen ist der Zugang zu Daten. Unsere Aufgabe ist es, die beste Umgebung für Sicherheit, Leistung, Skalierbarkeit und Gesamtbetriebskosten zu schaffen. Um dies zu gewährleisten, ist das OSIsoft PI-System unsere erste Wahl für das Datenrepository.

Unser Smart RDM lässt sich perfekt in die Funktionalität des PI-Systems integrieren und ergänzt dieses. Es schafft eine einzige Plattform für das Management der gesamten Produktion: von der Planung über die Überwachung bis hin zur Berichterstattung und Analyse.

Grundlagen der Systemintegration

Analysiert man die API-Struktur des PI-Systems, kann man zu dem Schluss kommen, dass es sich um einen PI System Explorer ohne GUI (Graphical User Interface) handelt. Aber ist es das? In der Smart RDM Plattform sind wir einen Schritt weiter gegangen und haben eine Vielzahl von zusätzlichen Funktionen genutzt, die die API bietet. Um dies zu erreichen, haben wir einen speziellen Dienst geschaffen, der die Kommunikation mit dem PI-System nutzt. Der Dienst ermöglicht dem Benutzer über einen Webbrowser den Zugriff auf die zuvor erstellte organisierte Datenstruktur in Form eines Baums. Darüber hinaus wird die Sicherheit durch die Verwaltung des Zugriffs durch den Systemadministrator und Active Directory-Gruppen gewährleistet.

Die Authentifizierung der Kommunikation erfolgt über das Kerberos-Protokoll, das eine der Authentifizierungsmethoden des PI Asset Framework Servers ist.

Rationalisiertes Prozessdatenmanagement

Smart RDM ist unter anderem ein Datenmanagement-Tool, das es dem Anwender ermöglicht, Fehler in Daten aus Automatisierungssystemen zu korrigieren, manuell erfasste Daten zu vervollständigen und die Korrektheit von Daten umfassend zu überprüfen.

Unter Verwendung der von der API angebotenen Controller und Funktionen ermöglicht Smart RDM die Eingabe von Daten in das PI-System über einen Webbrowser. Die Benutzer können dies über vorbereitete Formulare erledigen, die Elemente enthalten, die für weitere Berichte relevant sind.

Erfahrene PI-Systembenutzer werden Ihnen sagen, dass die Dateneingabe auch über den PI System Explorer oder die PI System Management Tools möglich ist. Das ist richtig, aber diese Methode hat ihre Grenzen. Aus Erfahrung wissen wir, dass die Eingabe großer Datenmengen über die eingebauten Tools viele Stunden mühsamer Arbeit mit sich bringt. Es müssen die entsprechenden Zeitstempel und individuellen Werte in die Attribute eingefügt werden. Darüber hinaus können nicht alle Daten über Schnittstellen aus den Quellsystemen bezogen werden.

Mit Smart RDM können Sie Daten zu ganzen Positionen auf einmal eingeben oder korrigieren, indem Sie beispielsweise mehrere Werte aus Tabellenkalkulationen in die Anwendung kopieren. Die Anwender erledigen dies über eine browserbasierte Oberfläche, die so aussieht, wie sie es aus ihrer täglichen Arbeit gewohnt sind. Die resultierenden Daten werden automatisch im PI-System gespeichert.

Big Data anstelle von Ace   

Die Nachricht, dass die Unterstützung und Entwicklung der PI Advanced Computing Engine (PI ACE) Komponente eingestellt wurde, hat viele Unternehmen gestresst. Viele von ihnen hatten einen großen Teil ihrer fortgeschrittenen Berechnungen auf diese Komponente gestützt.

In Gesprächen mit Kunden aus verschiedenen Branchen hörten wir oft, dass dies die Entwicklung und Implementierung fortschrittlicher Analyse- und Berechnungsmethoden erheblich einschränken würde. Da wir die Bedürfnisse unserer Kunden kennen, haben wir uns darauf konzentriert, ihnen ein Tool zur Verfügung zu stellen, das ihren neuen Anforderungen im Bereich der fortgeschrittenen Analytik gerecht wird.

Design, Erstellung, Test, Wartung, Entwicklung – all dies ist ein fester Bestandteil des Produktentwicklungsprozesses in der IT-Welt (und darüber hinaus). Warum also nicht diesen bekannten Prozess auch für die Analyse der Betriebsdaten des PI-Systems nutzen? Dazu brauchen wir eine weitere Zutat – die Integration mit der universellen Sprache für die Datenanalyse – Python.

Python ist eine Sprache mit unzähligen Bibliotheken für die Bearbeitung von Daten, die Erstellung von Vorhersagen und erweiterten Zählfunktionen. Darüber hinaus gilt sie als eine der einfachsten Programmiersprachen, was die Syntax betrifft. Deshalb haben wir in Smart RDM im Modul Big Data das PI-System mit den Möglichkeiten zur Erstellung von Skripten in der Sprache Python integriert.

Das Big Data-Modul der Smart RDM-Anwendungsebene ermöglicht die gleichzeitige Ausführung vieler in Python erstellten Algorithmen unter Nutzung der Skalierungsmechanismen der Kubernetes-Umgebung. 

Auf diese Weise kann Smart RDM automatisch die Erstellung unabhängiger Einheiten, sogenannter Pods, verwalten, die an die Komplexität der Berechnungen angepasst sind.

Die Datenquelle für die Analyse muss nicht nur das PI-System sein, sondern auch in der Cloud gesammelte Daten, Datenbanken und andere Quellen, die wir für erweiterte Analysen nutzen wollen. Das Big-Data-Modul kann in der Cloud installiert werden, um ausreichend Rechenleistung zu geringen Kosten zu erhalten.

Die Analyseergebnisse können als Visualisierungen in PI Vision oder als automatische Berichte dargestellt werden. Die Analysen können der Vorhersage, der Optimierung oder der Erkennung von Anomalien dienen. Die generierten Daten werden mit Hilfe der Future Data-Funktionalität wieder im PI-System gespeichert.

Der Benutzer kann den Algorithmus einmalig ausführen oder Zeitpläne mit spezifischen Parametern erstellen. Die Parameter sind der Schlüsselaspekt des gesamten Moduls, denn mit ihnen kann sich der Benutzer eng in die Baumstruktur des PI Asset Framework integrieren. In der Praxis bedeutet dies, dass ein ausgewählter Algorithmus im Kontext eines bestimmten Elements des Baums, z. B. eines Geräts, einer Gruppe oder einer ganzen Einheit, ausgeführt wird. Auf diese Weise hat der Kunde nahezu unbegrenzte Analysemöglichkeiten durch eine vereinfachte Integration mit dem PI-System.

Zusätzlich kann das Modul für den Import und Export von Daten aus dem PI-System verwendet werden. Vorgefertigte Skripte ermöglichen eine effiziente und überschaubare Auslösung des Datenaustauschs. Sie können im Hintergrund ablaufen oder vom Benutzer manuell gestartet werden.

Visualisierung von Prozessen

Für diejenigen, die die Produktion oder andere Prozesse überwachen, ist es unerlässlich, Zugang zu “Live”-Daten zu haben. Mit PI ProcessBook reagierte PI System auf das Bedürfnis nach einer grafischen Darstellung der einzelnen Niederlassungen eines Unternehmens. Im Laufe der Zeit wurde jedoch mehr und mehr Wert auf die Entwicklung der Webtechnologie, d.h. PI Vision, gelegt, die die Desktop-Lösung ablöste.

Ein unbestreitbarer Vorteil von PI Vision ist die Möglichkeit, von jedem an das Netz angeschlossenen Gerät aus, auf die Daten zuzugreifen. Während der Entwicklung dieser Lösung stellte OSIsoft ein Tool zur Verfügung, mit dem die in PI ProcessBook erstellten Bildschirme in die Visualisierungen von PI Vision migriert werden konnten.

Da es sich bei Smart RDM um eine Webanwendung handelt, ist der Zugriff auch von mobilen Geräten mit Netzzugang möglich. Daher war es naheliegend, die Ansichten aus PI Vision direkt in die Plattform einzubetten.

Smart RDM erleichtert die Navigation in den Ansichten, die der Anwendung zur Verfügung stehen. Die Bildschirme von PI Vision werden auf eine für den Endbenutzer sichere Art und Weise angezeigt: schreibgeschützt und auf der Grundlage der erteilten Berechtigungen. Ein wesentliches Element von Smart RDM ist eine gebrauchsfertige Kartenkomponente, die innerhalb der PI Vision-Visualisierung verwendet wird, um eine Echtzeit-Darstellung der Daten auf einer Karte zu gewährleisten. Dank dieser einzigartigen Funktion kann Smart RDM als Kontrollraum-Tool verwendet werden.

Auf der Grundlage des vorbereiteten Modells der PI Asset Framework-Datenstruktur erstellen wir in Smart RDM Dashboards, die die aktuellen Anlagenparameter und die im Analysemodell berechneten relevanten Branchenparameter darstellen. So haben die Nutzer nach dem Einloggen in Smart RDM Zugriff auf die vorbereiteten Ansichten des PI Vision Tools.

Alarm- und Ereignisverwaltung

Im Produktionsprozess sind Unternehmen mit unterschiedliche Situationen konfrontiert. Unsere Kunden haben uns gezeigt, wie wichtig es für ein Unternehmen ist, die Sicherheit und Kontinuität der Arbeit zu gewährleisten. Deshalb haben wir in Smart RDM ein Ereignismodul entwickelt, das eine einfache Handhabung von Ereignissen, Alarmen, Fehlern oder Aufträgen ermöglicht.

Das Ereignismodul arbeitet mit dem PI-System zusammen. Autorisierte Benutzer definieren die Analysen, die Ereignisse erzeugen (z.B. Indikatorüberschreitungen) und den Inhalt der Ereignisbenachrichtigungen. So erhält ein Mitarbeiter mit der Ereignismeldung eine Reihe von Schlüsselinformationen. Diese Funktion ermöglicht es, Reaktionen angemessen zu bewerten und zu planen, was zu einer konsequenten Reduzierung der Kosten für die Fehlerbehandlung führt.

Die von OSISoft zur Verfügung gestellten Mechanismen für die Arbeit mit Ereignissen decken nur die Grundbedürfnisse der Kunden ab. Für viele Unternehmen, die ihren Betrieb optimieren wollen, sind sie nicht ausreichend.

Ein umfassendes Event-Handling ist dann möglich, wenn Personen mit entsprechenden Rechten den Überblick über das aktuelle Geschehen in einer bestimmten Umgebung haben. Das bedeutet, dass sie bestimmte Ereignisse verwalten können, z. B. indem sie sie ausgewählten Mitarbeitern zuordnen, Kommentare eingeben, Ursache-Wirkungs-Analysen durchführen, Statusänderungen vornehmen oder sogar Korrekturen von Originaldaten eingeben.

Smart RDM bietet durch seine Integration mit vielen Zweigen des PI-Systems all diese Aktionen. Darüber hinaus können die Benutzer direkt zwischen Notfallereignissen und Berichten/Protokollen wechseln. Das Ereignismodul ergänzt die Rohdaten mit einer Vorschau auf alle in der Umgebung auftretenden Ereignisse. Mit Hilfe von API-Mechanismen und Abonnements für eine bestimmte Datenbank im PI Asset Framework-System können Sie Ereignisparameter in Echtzeit einsehen. Filterfunktionen nach einzelnen Parametern erleichtern das Navigieren durch die Ereignisse.

Unter Verwendung der eingebauten Mechanismen des PI-Systems haben wir die Event-Handling-Funktionalität zu einem vollwertigen Tool für die Arbeit mit Events erweitert. Das Ereignismodul, kombiniert mit Visualisierungen und Berichten in einer einzigen Anwendung, ermöglicht eine Steigerung der Arbeitseffizienz bei gleichzeitiger Vereinfachung vieler Prozesse.

Berichte       

Nachdem die Daten bereits überprüft, strukturiert und visualisiert wurden, besteht der letzte Schritt, der den Lebenszyklus der Daten abschließt, in der Erstellung eines geeigneten Berichts. Unternehmen haben ihre bewährten Reporting-Tools mit spezifischen Stilen, Informationsumfängen usw. Der gesamte Prozess findet jedoch außerhalb des PI-Systems statt, auch wenn die Daten aus diesem System verwendet werden.

Smart RDM bietet ein Reporting-Modul, mit dem automatisch Berichte auf der Grundlage von Daten aus dem OSIsoft PI System erstellen werden können, insbesondere aus der bereits erwähnten PI Asset Framework Datenstruktur. Dieses Modul, das in Reporting-Tools wie Microsoft Power BI oder Tableau integriert ist, ermöglicht die schnelle Erstellung interaktiver Berichte aus Produktionsdaten.

Ein wesentlicher Aspekt des Konzepts des automatischen Reportings auf Basis des PI Asset Frameworks ist, dass die gesamte Konfiguration der Reports ausschließlich in der PI-Anlage liegt. Das heißt, wenn man einen neuen Baumknoten im PI Asset Framework, einen neuen Berichtstyp oder ein neues Berichtselement hinzufügen möchte, müssen diese Elemente nur im PI System konfigurieren werden. Die Änderungen werden sofort in der Smart RDM-Anwendung angezeigt, ohne dass eine zusätzliche Konfiguration erforderlich ist.

Die Aufbereitung der Daten für Berichte wird häufig durch eine SQL-Datenbank ergänzt, die die Aggregation der Daten aus dem PI-System vermittelt. Der entwickelte Feed-Standard gewährleistet eine schnelle und effiziente Integration mit SQL-Datenbanken.

Fazit

Smart RDM ermöglicht es Ihnen, die Nutzung des PI-Systems in Ihrer Organisation durch verschiedene Verbesserungen und Erweiterungen zu steigern. Der Einsatz von Smart RDM verbessert die Funktionsweise einer Organisation in Bezug auf den Zugang zu Daten und deren Analyse. Auch verringert er die für die Erledigung einzelner Aufgaben erforderliche Zeit erheblich. Diese Änderung ermöglicht es, die Effizienz eines der kritischen Systeme im Unternehmen erheblich zu verbessern und das Chaos zu reduzieren, das mit der Verwaltung verstreuter Informationen verbunden ist.

In diesem Zusammenhang ermöglicht OSISoft PI Smart RDM:

  • den Zugriff auf OSISoft PI auf Benutzer zu beschränken, die nur Informationen und keinen Zugriff auf das System benötigen,
  • die analytischen Möglichkeiten des Asset Frameworks durch das Reporting voll auszuschöpfen,
  • Daten in der PI-Datenbank zu korrigieren, zu vervollständigen, zu validieren und mit deutlich geringerem Zeitaufwand zu kommentieren,
  • Durch die Integration mit PI Vision können Berichte und Übersichtsbildschirme online eingesehen werden, ohne dass das Risiko einer Datenbeschädigung besteht.

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