SmartFactory Case Study: Darstellen von Daten in der 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 in der Cloud aufbereiten und visualisieren können. Die Unterlagen richtigen sich primär an Studierende ohne respektive wenig Informatik-Hintergrund. Als praktische Übung modellieren Studierende ihre Endpoints in der Cloud (Siemens MindSphere) und visualisieren diese in einem einfachen Dashboard (Edge2Web). 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 erhalten die Möglichkeit, Daten in der Cloud empfangen zu können und anschliessend diese weiter zu Verarbeiten. Bei dieser Weiterverarbeitung wird primär darauf fokussiert, dass die Daten in einem Dashboard angezeigt werden können. Sie lernen aber auch die nötigen Grundlagen um Daten vor der Visualisierung zu bearbeiten. Hierfür werden aber zusätzliches Eigeninteresse und ein Grundverständnis in JavaScript benötigt. Als Einstieg in die Lerneinheit wird die http Kommunikation zwischen Server und Browser an einem realen Beispiel angeschaut, aufbauend auf dem letzten Teil der Lerneinheit Anbindung Maschine in die Cloud. Anschliessend wird eine Einführung ins Thema der Cloud gegeben und die Plattform MindSphere vorgestellt. Und die Studierenden sehen wie sie in der Cloud ihre Assets modellieren müssen um Daten empfangen und visualisieren können. Anschliessend können die Studierenden diese Assets vorbereiten und prüfen, ob ihre Daten in der Cloud ankommen. Da die Studierenden dabei ein JWT für die sichere und korrekte Kommunikation mit der Cloud einsetzen, wird in einem zweiten Teil auf Grundlagen der IT-Security eingegangen. Konkret werden Base64-Kodierung, Hash-Funktionen, Verfahren der asymmetrischen Kryptographie und JWT angesprochen. Die Bereiche werden aber nur sehr einfach angeschnitten, dass die Studierenden zwar wissen, um was es sich bei diesen Grundlagen handelt, aber aus zeitlichen und Wissen der Studierenden nicht vertieft angeschaut. Es soll auch nicht Ziel dieser Lerneinheit sein. Die Studierenden erhalten dann die Möglichkeit, geführt mit einem Tutorial ein erstes Dashboard für ihre Daten zu erstellen. Um anschliessend dieses auszubauen mit zusätzlichen Daten, die von einem weiteren RPi in die Cloud geschickt werden. Dieser zweite Teil ist im Rahmen des DIMA Moduls als Teil des Projekts definiert und die Studierenden erweitern ihr Dashboard bis zur Abgabe des Projekts (ca. 4 Wochen später).

Metadaten
Version	1
Bloomsche Taxonomy	K2 - verstehen K3 - anwenden K4 - analysieren K5 - synthetisieren K6 - beurteilen
Sprache	Deutsch
Anzahl Lektionen	6
Art des Unterrichts	Vorlesung Übung (ohne Labor/Werkstätte) Labor- oder Werkstatt-Übung
Voraussetzungen	Abschluss der Lerneinheiten: Anbindung Maschine in die Cloud Grundlagen in Programmierung von Vorteil
Vorbereitungen, Bedingungen	Benötigte Ressourcen: Raspberry Pi mit SenseHAT (siehe separate Liste) Node-RED (auf RPi) Messdaten einer Spritzgussmaschine (auf RPi) USB-Stick für Datentransfer zu RPi Raspberry Pi mit weiteren Messdaten einer Spritzgussmaschine (Teacher RPi) Images für RPi sind vorhanden, aber nicht abgegeben Zugang zu MindSphere Vorlesungsmaterialien PowerPoint-Folien im OST Template pptx Hardware-Liste für RPi docx Lektionenplan LecturingPlan_DIMA-CloudComputing.xlsx Codiertes JWT json Decodiertes JWT json Übungsmaterialien Übungen als PowerPoint-Dokument im OST Template pptx Projektaufgabe als PowerPoint-Dokument im OST Template pptx Musterlösungen gibt es zu den Übungen nicht, da sie als Tutorial aufgebaut sind. Und beim Projekt sollen die Studierenden das gelernte anwenden. Prüfungsmaterialien: Prüfungsfragen als Word Dokument im OST Template Unterlagen noch nicht vorhanden, da TBD Wird später geliefert Unterlagen sind in Original und als PDF vorhanden.
Lernziele	Lernziele Vorlesung: 1 Studierende können die Kommunikation ihres Web-Browsers einsehen und interpretieren K4 Analyse 2 Studierende kennen den Aufbau einer REST API K2 Verstehen 3 Studierende können die XaaS-Konzepte von Cloud-Provider unterscheiden K3 Anwenden 4 Studierende können XaaS-Konzepte evaluieren K5 Synthese 5 Studierende kennen Vor- und Nachteile der Cloud K2 Verstehen 6 Studierende kennen die Anwendung von Hash Funktionen K2 Verstehen 7 Studierende kennen zwei Anwendungsfälle für Verfahren der asymmetrischen Kryptographie K2 Verstehen 8 Studierende kennen den Aufbau von JWT K3 Anwenden 9 Studierende verstehen wieso in MindSphere zwischen physischen und virtuellen Assets unterschieden wird K4 Analyse Lernziele Übungen: Nr. Lernziel Taxonomiestufe (K1-K6) 1 Studierende können ein physisches Asset in MindSphere erfassen K3 Anwenden 2 Studierende können ein virtuelles Asset in MindSphere erfassen K3 Anwenden 3 Studierende können Daten in MindSphere empfangen und anzeigen K3 Anwenden 4 Studierende können ein einfaches Dashboard mittels Tutorial erstellen K3 Anwenden 5 Studierende können zusätzliche Daten im Dashboard darstellen 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 Mechatronik . Semester
Dateien	https://sf.infs.ch/wp-content/uploads/933/04_DIMA_CloudComputing-1.pdf 04_DIMA_CloudComputing (Typ: application/pdf) https://sf.infs.ch/wp-content/uploads/933/04_DIMA_CloudComputing-1.pptx 04_DIMA_CloudComputing (Typ: application/vnd.openxmlformats-officedocument.presentationml.presentation) https://sf.infs.ch/wp-content/uploads/933/Ex04_DIMA_CloudComputing-1.pdf Ex04_DIMA_CloudComputing (Typ: application/pdf) https://sf.infs.ch/wp-content/uploads/933/Ex04_DIMA_CloudComputing-1.pptx Ex04_DIMA_CloudComputing (Typ: application/vnd.openxmlformats-officedocument.presentationml.presentation) https://sf.infs.ch/wp-content/uploads/933/Hardware_RPi-1.docx Hardware_RPi (Typ: application/vnd.openxmlformats-officedocument.wordprocessingml.document) https://sf.infs.ch/wp-content/uploads/933/Hardware_RPi-1.pdf Hardware_RPi (Typ: application/pdf) https://sf.infs.ch/wp-content/uploads/933/LecturingPlan_DIMA-CloudComputing-1.pdf LecturingPlan_DIMA-CloudComputing (Typ: application/pdf) https://sf.infs.ch/wp-content/uploads/933/LecturingPlan_DIMA-CloudComputing-1.xlsx LecturingPlan_DIMA-CloudComputing (Typ: application/vnd.openxmlformats-officedocument.spreadsheetml.sheet) https://sf.infs.ch/wp-content/uploads/933/MindSphere_JWT_Decoded_2021115-1.json MindSphere_JWT_Decoded_2021115 (Typ: application/api+json) https://sf.infs.ch/wp-content/uploads/933/MindSphere_JWT_Encoded_2021115-1.json MindSphere_JWT_Encoded_2021115 (Typ: application/api+json) https://sf.infs.ch/wp-content/uploads/933/Project_DIMA_Dashboard-1.pdf Project_DIMA_Dashboard (Typ: application/pdf)
Zip-Datei	933 (Typ: application/zip)

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

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

Das Material unterstützt mich!/The learning material supports me!