Referenzarchitekturen für Fertigungsdatenlösungen

Globale Fertigungsunternehmen stehen heute vor einer beispiellosen Komplexität bei der Verwaltung ihrer Betriebsabläufe über einen riesigen und fragmentierten Datenbestand hinweg. Sie müssen Daten von unterschiedlicher Hardware und Software in der Cloud und am Edge sammeln und analysieren, unterstützt von vielen ISVs und Anbietern. In dieser Umgebung ist es schon eine Herausforderung, sich einen Gesamtüberblick über die Betriebsabläufe zu verschaffen. Ein rasches und wirksames Handeln auf der Grundlage dieser Informationen ist nicht möglich.

Hersteller wissen, dass die Modernisierung ihres Datenbestands in Kombination mit dem enormen Potenzial der KI zur Gewinnung von Erkenntnissen und zur Lösung von Problemen ein entscheidender Schritt zur Sicherung der Zukunft ihres Unternehmens ist. Allerdings benötigen sie Unterstützung bei der Konsolidierung und Interpretation der durch ihren Betrieb erzeugten Daten. Darüber hinaus müssen sie KI effektiv, sicher und präzise nutzen, um ihre spezifischen Anforderungen umgehend zu erfüllen.

Fertigungsdatenlösungen in Microsoft Fabric können Daten aus verschiedenen Quellen wie MES, Maschinen, Sensoren, PLCs und Anwendungen erfassen. Diese Daten werden dann in ein produktionsspezifisches Datenmodell und Diagramme strukturiert, die datengesteuerte Anwendungen wie KI-Assistenten für betriebliche Transparenz ermöglichen.

Derzeitige Herausforderungen

Hersteller möchten ihre Fabriken digital umgestalten, stoßen jedoch häufig auf Herausforderungen aufgrund der Verteilung der Daten auf zahlreiche unterschiedliche Systeme. Darüber hinaus mangelt es ihnen an spezialisiertem technischem Personal, etwa Datenwissenschaftlern oder KI-Experten, die mit den komplexen Aufgaben und der Integration großer Datenmengen umgehen können, die für den Aufbau einer Datengrundlage für die Fertigung erforderlich sind.

In einigen Fällen können Hersteller den Wert von KI in einem Proof of Concept nachweisen, verfügen jedoch nicht über die erforderliche Technologieinfrastruktur, Datengrundlage und Ressourcen, um KI-Lösungen im gesamten Fabriknetzwerk zu skalieren.

Vorteile von Fertigungsdatenlösungen in Microsoft Fabric

Fertigungsdatenlösungen in Microsoft Fabric können Ihnen bei folgenden Aufgaben helfen:

• Beschleunigen Sie die Wertschöpfungszeit mit vorgefertigten Datenerfassungs-Plug-Ins für führende MES-Anbieter, Fabrikanwendungen und IoT-Verwaltungsplattformen.

• Erstellen Sie ein semantisches Diagramm für verschiedene Herstellungsprozesse.

• Nutzen Sie generative KI, um die Leistungsfähigkeit natürlicher Sprachschnittstellen für spezifische Anwendungsfälle in der Fertigung zu nutzen, beispielsweise für die Lösung von Qualitätsproblemen, die Ursachenanalyse und mehr.

• Beschleunigen Sie die Bereitstellung generativer KI-Lösungen im gesamten Betrieb mit Wiederholbarkeit durch die Nutzung Ihrer einheitlichen Fertigungsdatenbasis in der Microsoft Cloud for Manufacturing.

Fertigungsdatenlösungen in Microsoft Fabric – Referenzarchitektur

Microsoft Cloud for Manufacturing bietet eine Referenzarchitektur für Fertigungsdatenlösungen. Es bietet einen Überblick über gängige und empfohlene Implementierungstechnologien, Terminologie, Technologieprinzipien, gängige Konfigurationsumgebungen und die Zusammenstellung anwendbarer Dienste.

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Dies sind wichtigsten Phasen/Dataflows:

Lokale Datenquellen

Die Fertigungsdatenlösungen in der Microsoft Fabric-Architektur beginnt mit der Erfassung von Branchendatenquellen in der Fertigung. Die Architektur umfasst Systeme, die OT-Daten (Operational Technology) generieren, wie etwa speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS), verteilte Steuerungssysteme (DCS) oder vollständige Manufacturing Execution Systems (MES). Sie kann auch verwandte IT-Datenquellen wie ERP-Systeme (Enterprise Resource Planning) und zugehörige Datenbanken enthalten.

Datenerfassung, -normalisierung und -kontextualisierung

OT- und IT-Daten müssen erfasst, normalisiert und kontextualisiert werden, bevor sie in der Cloud verwendet werden können. Zur Verwendung in Fertigungsdatenlösungen werden die Daten im offenen Standardformat OPC UA (IEC 62541) an die Cloud gesendet. OPC UA ist der führende industrielle Interoperabilitätsstandard für industrielle Datenmodellierung und sichere Kommunikation vom Sensor bis zur Cloud. Das Quellgerät oder -system stellt diese Daten zusammen mit den entsprechenden Metadaten bereit. Diese Daten werden dann an Microsoft Fabric übermittelt, wo sie im Parquet-Format gespeichert werden.

In der Vorschauversion unterstützen Fertigungsdatenlösungen die Verwendung mehrerer Systeme zum Verbinden, Normalisieren und Kontextualisieren von Daten, die sowohl von Microsoft als auch von ISV-Partnern angeboten werden.

Der Azure IoT-Betrieb, derzeit in der öffentlichen Vorschauversion, ist die umfassende Lösung von Microsoft, um Anlagendaten zu erfassen, sie am Edge zu verarbeiten und mit Azure Arc-fähigen Diensten an die Cloud zu senden. Der IoT-Betrieb wird für die Konnektivität mit dem industriellen Edge bei geringer Latenz und hoher Wiedergabetreue verwendet und ist für die Unterstützung leistungsstarker Cloud-Analysen, Apps und digitaler Zwillinge konzipiert. Weitere Informationen finden Sie unter Azure IoT-Betrieb und die Bereitstellung seiner Funktionen und Dienste.

Das Azure-Datengateway ist eine lokale Komponente, die für den sicheren Zugriff auf lokale Datenbanken hinter Unternehmens-Firewalls erforderlich ist. Es kann in Edge-Gateway-Systemen bereitgestellt und so konfiguriert werden, dass lokale Daten an Azure Data Factory, Azure Logic Apps oder direkt an Microsoft Fabric gesendet werden. Es verfügt über mehr als 50 Konnektoren zu verschiedenen lokalen Systemen.

Der Microsoft ISV-Partner Litmus, der ein vorgefertigtes Portfolio mit über 275 industriellen Datenkonnektoren anbietet, arbeitet mit Microsoft zusammen, um eine nahtlose Bereitstellung standardisierter OPC UA-Daten vom Edge in Fabric zu ermöglichen, damit diese auch in Fertigungsdatenlösungen verwendet werden können. Litmus bietet außerdem ein Tool, Litmus Microsoft Edge Manager, um Konnektoren bereitzustellen, zu konfigurieren und zu verwalten, die auf dem Azure Marketplace vorhanden sind.

Microsoft hat einen Konnektor entwickelt, um Edge-Daten von GE Proficy-Industriesystemen wie PLCs, SCADA und anderen Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMIs) mit den Fertigungsdatenlösungen zu optimieren.

Nachdem die Daten am Edge erfasst wurden, können sie über verschiedene Wege in die Cloud übertragen werden:

• Kunden können aktuelle Azure-Dienste nutzen und Daten über Azure Data Factory (für Batch-Daten) und Azure-Ereignishub/Event Grid (für Stream-Daten) in die Cloud übertragen. Diese Daten werden dann über Fabric Data Factory bzw. Event Stream an Fabric übertragen.

• Kunden haben die Möglichkeit, Daten mithilfe von Fabric Data Factory und Event Stream direkt über den Edge in Microsoft Fabric zu übertragen.

Datentransformation in Fabric- und Fertigungsdatenlösungen

Nachdem die Daten in Fabric übertragen wurden, werden sie in eine verfeinerte oder Silber-Schicht umgewandelt, um für die Verwendung im Wissensgraphen der Fertigungsdatenlösungen bereit zu sein. ISA-95-Datenprotokoll, ein internationaler Standard, der die Integration von Unternehmens- und Steuerungssystemen in der Fertigung erleichtert. Es enthält ein Schichtenmodell zur Darstellung der Hierarchie und Beziehungen innerhalb einer Fertigungsorganisation. Es ermöglicht dem Wissensgraphen für Fertigungsdatenlösungen, Fabrikdaten äußerst genau, differenziert und zeitnah darzustellen. Diese Daten wiederum bilden die Grundlage für die Copilot-Vorlage, um wertvolle Einblicke in den Fabrikbetrieb zu bieten.

Copilot-Vorlage für den Fabrikbetrieb auf Azure KI

Die Copilot-Vorlage für den Fabrikbetrieb auf Azure KI beschleunigt die erfolgreiche Einführung des Microsoft Copilot-Stacks durch Partner, indem sie sofort einsatzbereite Vorlagen, Konnektoren und Skills anbietet, die in einem OpenAI-Standard-Plug-In verpackt sind.

Die Copilot-Vorlage bietet Folgendes:

• Domänenspezifische Eingabeaufforderungsvorlagen, Datengrundlagenkenntnisse und Konnektoren.

• Gründliche Validierung der Copilot-Ausgaben durch Nachbearbeitung, um falsche Informationen zu vermeiden.

• RAI-Leitplanken stellen sicher, dass im Fertigungsumfeld nur relevante, sichere und verantwortungsvolle Antworten gegeben werden.

Partner können zudem nach Bedarf eigene Eingabeaufforderungsvorlagen, Fähigkeiten und Konnektoren erstellen und registrieren, um die Funktionen des OpenAI-Fertigungs-Plug-Ins zu erweitern.

Anwendungen

Fertigungsdatenlösungen und Copilot-Vorlagen für den Fabrikbetrieb auf Azure KI werden von Grund auf mit Blick auf die Erweiterbarkeit entwickelt. Partner und Kunden können diese Funktionen nutzen, um vorhandene Daten und kollaborative Anwendungen von Microsoft und ISVs zu verbessern.

Datenanwendungen: Der Wissensgraph für Fertigungsdatenlösungen kann verschiedene robuste Datentools unterstützen. Hierzu gehören Fabric Notebooks, Power BI-Ansichten und Power Apps von Microsoft sowie Datenplattformen und Anwendungen von Partnern.

Kollaborative Anwendungen: Die Copilot-Vorlage für den Fabrikbetrieb auf Azure KI ist eine Grundlage für die Erstellung leistungsstarker generativer KI-Anwendungen. Diese Anwendungen decken verschiedene Anwendungsfälle ab, von der Zusammenarbeit in Microsoft Teams- und Microsoft 365- Copiloten bis hin zu Copilot-Erfahrungen von Fertigungspartnern wie Sight Machine und Rockwell Automation.

Wichtig

Derzeit ist für die Bereitstellung eine genehmigte Vorschau von GSI oder ISV erforderlich. Das Microsoft Cloud-Lösungscenter bietet weiterhin aktuellen Zugriff auf die genehmigten Partnerangebote und ermöglicht den Zugriff auf diese Angebote über Microsoft AppSource und Azure Marketplace.

Nächste Schritte,

Erste Schritte mit Fertigungsdatenlösungen (Vorschauversion) in Microsoft Fabric.