SmartFactory Case Study: Anbindung Maschine in die Cloud

Mit dem Aufbau des Techpark am Campus Rapperswil-Jona können wir nicht nur aktiv an der Fabrik der Zukunft forschen, sondern auch die Erfahrungen den Studierenden im Unterricht weitergeben oder Studierende in die Weiterentwicklung des Techpark einspannen. Mit diesem Lehrmaterial vermitteln wir Studierenden das nötige Grundlagenwissen in der IT, dass sie verstehen wie sie Daten einer Maschine in die Cloud schicken können. Die Unterlagen richtigen sich primär an Studierende ohne respektive wenig Informatik-Hintergrund. Als praktische Übung lesen die Studierenden Sensormesswerte eines Computers (Raspberry Pi) aus und senden diese in die Cloud (Siemens MindSphere). Dieser Block soll den Studierenden ein möglicher, einfacher Weg aufzeigen, den wir auch im Techpark einsetzen. Der Fokus wird dabei auf die Einfachheit, Zugänglichkeit und Verständlichkeit gelegt. Gewisse Aspekte werden vereinfacht angeschaut respektive weggelassen. Als Schulungsbeispiel und um den Studierenden ein Erfolgserlebnis zu bieten, ist der Umfang ansprechend und immer noch fordernd. 

Studierende sehen und verstehen welche Hürden überwindet werden müssen, wenn man eine Maschine an die Cloud anbinden möchte. Zu Beginn wird auf die Problemdomäne eingegangen, welche Aspekte dabei relevant sind, da es nicht reicht, einfach irgendwo ein Kabel einzustecken. In einem ersten Teil werden den Studierenden Grundlagen zu Datentypen und –strukturen aufgelistet. Anschliessend erhalten sie eine Einführung wie sie mit einem Raspberry Pi, als Substitut für eine Maschine, Daten auslesen und verarbeiten können. Die Studierenden haben dann die Aufgabe, dies selbst mit ihrem RPi zu machen. Dabei erhalten sie eine Vorgabe wie es für einen Wert gemacht wurde, sie sollen dies dann für zwei weiter Werte wiederholen. Und nach Erfolg, noch für eine komplett neue Datenstruktur. Abschliessend gibt es eine Einführung in die Netzwerkgrundlagen, dass sie Verstehen wie Geräte innerhalb eines Netzwerks kommunizieren. Teile davon haben sie zuvor bereits angewendet (IP Adresse verwendet, um auf den RPi zuzugreifen), Teile sind als Vorbereitung für den anschliessenden Lerneinheit gedacht und wiederum andere sind als zusätzliches Hintergrundwissen gedacht. Dieser Lerneinheit ist die Grundlage für Lerneinheit Darstellen von Daten in der Cloud. Die Lektionen und Übungen bauen aufeinander auf. 

Metadaten
Version 1
Bloomsche Taxonomy
  • K2 - verstehen
  • K3 - anwenden
  • K4 - analysieren
  • K6 - beurteilen
Sprache
  • Deutsch
Anzahl Lektionen 5
Art des Unterrichts
  • Vorlesung
  • Übung (ohne Labor/Werkstätte)
  • Labor- oder Werkstatt-Übung
Voraussetzungen

Grundlagen in Programmierung von Vorteil

Vorbereitungen, Bedingungen

Benötigte Ressourcen:

  • Raspberry Pi mit SenseHAT (siehe separate Liste) 
  • Node-RED (auf Raspberry Pi) 
  • USB-Stick für Datentransfer zu RPi 
  • Image für RPi ist vorhanden, aber nicht abgegeben 

Vorlesungsmaterialien

  • PowerPoint-Folien im OST Template
    03_DIMA_EdgeComputing.pptx 
  • Hardware-Liste für RPi
    Hardware_RPi.docx 
  • Lektionenplan
    LecturingPlan_DIMA-EdgeComputing.xlsx 

Übungsmaterialien

  • Übungen als PowerPoint-Dokument im OST Template
    Ex03_DIMA_EdgeComputing.pptx 
  • Vorlage für Login mittels USB-Stick
    SmartFactory_Wi-Fi.json 
  • Anleitung für Node-RED Dashboard (nicht aktiv verwendet in Übung)
    Node-RED_Dashboard-UserManual.pdf 

Musterlösungen gibt es zu den Übungen nicht, da sie als Tutorial aufgebaut sind. 

Prüfungsmaterialien

  • Prüfungsfragen als Word Dokument im OST Template 
  • Unterlagen noch nicht vorhanden, da TBD 
  • Wird später geliefert 
Lernziele

Lernziele Vorlesung:

1 Studierende können Datentypen und –strukturen identifizieren K2 Verstehen
2 Studierende verstehen, wie Geräte untereinander kommunizieren K2 Verstehen
3 Studierende können die Teile einer URI bestimmen K3 Anwenden
4 Studierende können die IP Adresse ihres Computers auslesen K3 Anwenden
5 Studierende können eine IPv4 Adresse erkennen K2 Verstehen
6 Studierende wissen über die Verfügbarkeit der IPv4 Adressen Bescheid und wissen wie IPv6 dieses Problem löst K4 Analyse
7 Studierende können HTTP Status Codes interpretieren

 

K3 Anwenden

Lernziele Übungen:

1 Studierende können einen Raspberry Pi mit dem WLAN verbinden K3 Anwenden
2 Studierende können Daten von mehreren Sensoren auslesen K6 Beurteilen
3 Studierende können Daten abspeichern, um sie später wieder auszulesen K6 Beurteilen
Autor ​​Lukas Kretschmar​
Co-Autor:innen

Roman Hänggi, OST-Ostschweizer Fachhochschule, roman.haenggi@ost.ch
Stefan Stöckler, OST-Ostschweizer Fachhochschule, stefan.stoeckler@ost.ch
Adrian Rüedy, OST-Ostschweizer Fachhochschule, adrian.rueedy@ost.ch

Original-Studiengang Wirtschaftsinformatik Wirtschaftingenieurwesen Maschinentechnik
. Semester
Dateien
Zip-Datei 912 (Typ: application/zip)

Der Lerninhalt ist schwierig!/The learning content is difficult!

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Der Lerninhalt ist praxisorientiert!/The learning content is practice-orientated!

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