Beantwortung von Forschungsfragen

Mit der Motivation der Arbeit wurden zwei Hauptforschungsfragen aufgestellt.

Im Folgenden werden diese Fragen beantwortet:

Forschungsfrage 1: Wie muss das zustandsorientierte System im Hinblick auf seine Struktur entworfen werden, damit ein erfolgreicher Einsatz des CEP-Ansatzes realisiert werden kann?

Durch die Beantwortung dieser Frage sollte das erste Ziel dieser Arbeit „Model-lierung von ereignisorientierten Instandhaltungsprozessen im Hinblick auf die Realisierung eines Referenzmodells für ein ereignisorientiertes Instandhaltungs-system― erreicht werden.

Jene Frage wird dann durch die Entwicklung eines Referenzarchitekturmodells beantwortet. Diese Arbeit bringt durch die Entwicklung eines Konzeptes zur In-tegration von CEP in ein CM-System die Grundvoraussetzungen einer echtzeit-fähigen, zustandsorientierten Instandhaltung hervor. Aus der Betrachtung ver-schiedener etablierter CBM- und CEP-Architekturen ergibt sich die Identifikati-on der relevanten und wichtigen Module, die in ein funktiIdentifikati-onelles CEP-CM-System integriert werden müssen. In diesem Zusammenhang wurde auf die O-SA-CBM-Spezifikation zurückgegriffen, um das Referenzmodell zur Integration des CEP-Ansatzes zu erarbeiten. Die Anforderungen, wie Skalierbarkeit, Echt-zeitfähigkeit etc., wurden an dem CEP-CM-System ebenso erhoben. Die vier Module der Ereignisverarbeitungsschicht der CEP-CM-System-Architektur Er-eignisakquise, Ereignismanipulation, Zustandsüberwachung und Ereignisdiag-nostik unterstützen die Modulfunktionen der ersten vier Module der OSA-CBM-Architektur: „Datenerfassung, Datenverarbeitung, Zustandsüberwachung und Diagnostik―. In diesem Kontext wurden die Modulfunktionalitäten der OSA-CBM-Architektur in einer ereignisorientierten Weise in einen hierarchischen Modellaufbau eingebettet. Durch diese Einbettung der Module wurde die Struk-tur des zustandsorientierten Systems erarbeitet, damit ein erfolgreicher Einsatz des CEP-Ansatzes realisiert werden kann. Die Ereignisse werden somit in dieser Schichtenarchitektur in verschiedene Abstraktionsebenen definiert. In diesem Zusammenhang wurden die einfachen Ereignisse aus der Ereignisakquise gene-riert, die weiterhin durch die Ereignisregeln zu komplexen Ereignissen in der Ereignisdiagnostik abgeleitet wurden. Zur Interpretation von Ereignissen aus den verschiedenen Datenquellen wurde mittels eines Metamodells, das eine ein-heitliche Repräsentation der verschiedenen heterogenen Daten auf Datenebene ermöglicht, das Ereignismodell aufgebaut. Das Metamodell bietet eine wichtige Grundlage, um Wissen in Form von Ereignissen zur Interpretation des System-zustands zu repräsentieren. Zur Bereitstellung dieser Ereignisse wurde der Er-eignisadapter darüber hinaus für die Datentransformation in das interne Daten-format eingesetzt. Ein Großteil der auf dem Markt existierenden CEP-Software implementiert einen eigenen Ereignisadapter in der CEP-Engine, sodass eine Weiterentwicklung vom Ereignisadapter nicht erforderlich ist und die Daten-transformation dadurch weniger Aufwand erfordert. Das Referenzmodell muss ebenso eine Plattform und Instrumente zur echtzeitfähigen Datenanalyse integ-rieren. Die Offline-Datenanalyse zur Extraktion der Ereignisregeln wurde basie-rend auf dem Batchverarbeitungskonzept entwickelt.

Als Ergebnis dieser Arbeit wurde ein Referenzarchitekturmodell entwickelt, das unter Anwendung des Ereignismodells eine Überführung der Daten aus ver-schiedenen heterogenen Quellen in eine explizite Ereignisrepräsentationsform unterstützt und somit die Rahmenbedingungen für eine erfolgreiche Übertragung des CEP-Ansatzes in eine CBM-Architektur definiert.

Forschungsfrage 2: Wie muss das System konfiguriert werden, damit Sensorda-ten verschiedener KomponenSensorda-ten in Echtzeit zueinander in Beziehung gesetzt werden können, um globale Bedingungen richtig einschätzen zu können?

Die zweite Frage ergibt sich aus dem zweiten Ziel dieser Arbeit: „Entwicklung eines adaptiven Ansatzes zur Generierung der Ereignisregeln mithilfe der Me-thoden der maschinellen Lernverfahren―.

Diese Forschungsfrage wird anhand der Entwicklung einer Konfigurationsme-thodik beantwortet. Ein großer Nachteil bei den aktuell bestehenden CEP-Ansätzen ist die Beschränkung der Ereignisabfragen auf vordefinierte Ereignis-regeln, die zumeist manuell erstellt werden. Der Aufwand zur manuellen Anpas-sung von Ereignisregeln aufgrund von Systemänderungen ist jedoch noch hoch, was eines der Hauptargumente gegen die Nutzung des CEP-Ansatzes im CBM-Kontext darstellt. Um zukünftig eine breite CEP-Anwendung zur zustandsorien-tierten Zustandserkennung zu ermöglichen, ist die Entwicklung von Methoden zur automatischen Generierung von Ereignisregeln eine Hauptherausforderung für die Disziplin der echtzeitfähigen zustandsorientierten Instandhaltungssyste-me. Deswegen wurde, als weiteres Ergebnis dieser Arbeit, eine Konfigurations-methodik zur automatischen Generierung von Ereignisregeln entwickelt. Dabei muss das betrachtete technische System im ersten Schritt umfassend analysiert werden. Eine Analyse der aufgezeichneten Störungen hilft beim Aufbau eines ersten Ereignismodells, das die ersten Zusammenhänge zwischen Ereignissen abbildet. Die entwickelte Konfigurationsmethodik besteht aus zwei Teilen: 1) Entwicklung eines ML-Modells (Offline-Datenanalyse) und 2) Herleitung von Ereignisregeln aus dem ML-Modell. Aus der Offline-Datenanalyse resultieren unter der Anwendung verschiedener statistischer und maschineller Lernverfah-ren die Zustandsbewertung des betrachteten Systems und die Bildung des ML-Modells. Das ML-Modell kann dementsprechend aus den erhobenen Daten ver-schiedene Situationen detektieren, die den Rückschluss auf eine mögliche vor-liegende Störung zulassen. Dabei stellt die Entwicklung von ML-Modellen eine sehr aufwändige Aufgabe dar. Darüber hinaus wurde im Rahmen dieser Disser-tation ein Konzept entwickelt, das aus den verschiedenen Aufbauphasen des ML-Modells die Ereignisregeln generiert bzw. anpasst. Aus der Betrachtung der verschiedenen Phasen können die Ereignisse hierarchisch aufgebaut und struktu-riert werden, wobei jedes Ereignis einer Aufbauphase zugeordnet ist und von der nächsten Aufbauphase unter Verwendung von abgeleiteten Ereignisregeln, die sich aus einer definierten Kombination von Ereignissen zusammensetzen, zu einem höhergestellten komplexen Ereignis generiert wird. Die Extraktion der Ereignisregeln wurde experimentell, basierend auf zwei Anwendungsfällen, als

Konzeptnachweis durchgeführt, um die Machbarkeit und die Leistungsfähigkeit des Konzepts zu demonstrieren. Dann wurde anhand dieser Anwendungsfälle das gesamte CEP-CM-System-Konzept exemplarisch durchgeführt. Es wurde nachgewiesen, dass die Übertragung des CEP-Ansatzes auf CBM durch das entwickelte Referenzmodell und die Konfigurationsmethodik maßgeblich unter-stützt wird. Darüber hinaus wurde die Echtzeitfähigkeit des Systems basierend auf den Anwendungsfällen nachgewiesen. Im Rahmen dieser Arbeit konnte ge-zeigt werden, dass eine automatische Anpassung der Ereignisregeln durch den Ansatz der Konfigurationsmethodik (Offline-Datenanalyse) in einem Batchver-arbeitungskonzept realisierbar ist. Dabei erfolgte die Konfigurationsmethodik zeitgesteuert einmal pro Tag und ersetzte die geänderten Ereignisregeln durch die neuen Regeln. Im Rahmen der Konzeptevaluierung konnte darüber hinaus gezeigt werden, dass die Implementierung des CEP-Ansatzes stark vom ML-Aufbauprozess abhängig ist.

Die mit dieser Arbeit angestrebten Zielsetzungen wurden somit erreicht, weswe-gen diese Arbeit einen maßgeblichen Forschungsbeitrag liefert.