Web Service basierte Plattform zur Datenintegration in Automatisierungssystemen

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1 Web Service basierte Plattform zur Datenintegration in Automatisierungssystemen Thorsten Strobel Institut für Automatisierungs- und Softwaretechnik Universität Stuttgart Pfaffenwaldring 47 D Stuttgart Tel.: +49 (0) Fax: +49 (0) Abstract: Im Umfeld von Automatisierungssystemen existieren zahlreiche Datenbanksysteme mit Daten aus der Entwicklung und dem Betrieb der Automatisierungssysteme. Als Dienstleistung kann der Hersteller eines Automatisierungssystems den Bedienern und Betreibern diese Daten zur Unterstützung ihrer Arbeit zur Verfügung stellen. Dazu ist die Integration der einzelnen Datenbanksysteme in einen einheitlichen Zugriffsmechanismus notwendig. Der vorliegende Beitrag stellt einen solchen einheitlichen Zugriffsmechanismus in Form einer Web Service basierten Integrationsplattform vor. Stichworte: Web Service, Datenintegration, Datenbanksystem, Automatisierungssystem 1 Einleitung Bestandteil moderner Automatisierungsgeräte sind zahlreiche Datenbanksysteme, die in der Vergangenheit vor allem zur Speicherung und Auswertung anfallender Prozessdaten (Sensorund Aktorwerte oder Systemzustände) aus dem technischen Prozess und zur Verwaltung von Konfigurationseinstellungen dienten. Heute werden Datenbanksysteme verstärkt zur Bereitstellung von prozessbegleitenden Informationen eingesetzt, wie z.b. Online-Hilfesysteme, interaktive Schaltpläne oder multimediale Bedienungs- und Wartungsanleitungen. Dadurch können Bediener und Betreiber von Automatisierungssystemen in ihrer Arbeit wirkungsvoll unterstützt werden. Die für Bediener und Betreiber relevanten Informationen, die zur Bedienung und zum Betrieb notwendig sind, entstammen zum einem der Entwicklung des Automatisierungssystems (z.b. Schaltpläne, Bedienungsanleitung), zum anderen dem Betrieb des Automatisierungssystems (z.b. Prozessdaten, Wartungsprotokoll). Daraus resultiert, dass die Informationen auf ganz unterschiedliche Art abgelegt sind. So werden verschiedene Typen von Datenbanksystemen vor allem für Prozessdaten und andere einfach strukturierte Daten, wie Konfigurationseinstellungen

2 eingesetzt. Darüber hinaus kommen Datenspeichersysteme zum Einsatz, die sich im Aufbau von Datenbanksystemen stark unterscheiden, wie z.b. Konfigurationsmanagementsysteme zur Verwaltung und Bereitstellung der Entwicklungsdokumente. Um dem Kunden zusätzliche Dienstleistungen anbieten zu können, kann der Hersteller eines Automatisierungssystems den Bedienern und Betreibern vorhandene Informationen aus Datenspeicher- und Datenbanksystemen für deren Aufgaben (Bedienung, Wartung) zur Verfügung stellen. Um die zu diesem Zweck notwendigen Anwendungen möglichst einfach und flexibel d.h. anpassbar für unterschiedliche Typen und Exemplare von Automatisierungssystemen realisieren zu können, ist ein einheitlicher Zugriffsmechanismus auf alle beteiligten Datenspeicher- und Datenbanksysteme notwendig. Da auch aktuelle Daten aus dem Automatisierungssystem für Bediener und Betreiber relevant sind, ist es sinnvoll, das Automatisierungssystem selbst als Datenspeichersystem zu betrachten, das durch diesen Zugriffsmechanismus zugänglich sein muss. Der Zugriffsmechanismus muss neben Lesezugriff auch Schreibzugriff erlauben, da dies für viele Anwendungen notwendig ist (z.b. Aktualisierung eines Wartungsprotokolls). Dieser Beitrag zeigt zunächst die Anwendungsmöglichkeiten durch Datenintegration zur Unterstützung der Bediener und Betreiber eines Automatisierungssystems auf. Aus diesen Möglichkeiten resultieren verschiedene Anforderungen an ein Konzept zum einheitlichen Datenzugriff. Anschließend werden unterschiedliche Ansätze beschrieben, die zur Realisierung eines einheitlichen Datenzugriffs existieren. Darauf folgt die Konzeption einer Plattform zur Datenintegration mit Hilfe des einheitlichen Datenzugriffs auf Basis von Web Services sowie deren Realisierung. Abschließend werden künftige Ziele diskutiert. 2 Datenintegration in Automatisierungssystemen Für die Integration von Daten in Automatisierungsgeräten ergeben sich verschiedene Anwendungsbereiche, wie z.b. durchgängiges Engineering oder Bediener- und Betreiberunterstützung bei Automatisierungsgeräten. Beim durchgängigen Engineering [PuGl2002] verfolgt die Datenintegration das Ziel, eine Austauschmöglichkeit zwischen verschiedenen Engineeringwerkzeugen zu schaffen. Ein Beispiel für die Bediener- und Betreiberunterstützung bei Automatisierungsgeräten mit verschiedenen existierenden Datenbanksystemen lässt sich im Umfeld eines industriellen Kaffeeautomaten finden (Abb. 1). Die Daten aus diesen Systemen können z.b. den Wartungstechniker unterstützen, der am Kaffeeautomaten Reparaturen durchführen muss. Wie in der Praxis häufig anzutreffen, sind hier unterschiedliche Arten von Datenbanksystemen im Einsatz. Ein relationales Datenbanksystem (RDBS) ist prädestiniert zur Verwaltung der in großem Umfang anfallenden Prozessdaten (Sensor-/Aktorwerte) sowie zum Anlegen einer Fehlerdatenbank. Für komplexe oder multimediale Objekte, wie sie in Form von Filmen und

3 Diashows in Benutzungs- und Wartungsanleitungen verwendet werden, eignen sich objektorientierte Datenbanksysteme (OODBS) am Besten. Schaltpläne für Wartungstechniker lassen sich durch ein Produktdaten- und Dokumentmanagementsystem (PDDMS) verwalten und zur Verfügung stellen. Abbildung 1: Anwendungsszenario Industrieller Kaffeeautomat Die nachfolgenden Abschnitte fokussieren sich auf die Anwendung der Datenintegration zur Bediener- und Betreiberunterstützung bei Automatisierungsgeräten. 3 Anforderungen an die Datenintegration 3.1 Heterogenität Ein Problem bei der Integration von Daten ist die Heterogenität der beteiligten Datenbanksysteme. Dabei kann eine syntaktische oder logische Heterogenität vorliegen. Bei syntaktischer Heterogenität bestehen technische Unterschiede zwischen den Datenbanksystemen im Betriebssystem oder den Zugriffsmethoden. Eine logische Heterogenität kann durch semantische, schematische oder strukturelle Unterschiede hervorgerufen werden. Semantische Unterschiede werden durch Synonyme und Homonyme bei der Bezeichnung von Daten (Objekten, Tabellen, Attributen) verursacht. Schematische und strukturelle Differenzen entstehen bei gleicher Modellierungssprache des Datenmodells durch unterschiedliche Modellierungen (z.b. Attribut statt Element in einem XML-Datenmodell). 3.2 Zugriff über das Internet Eine wichtige technologische Randbedingung bei der Datenintegration im Umfeld eines Automatisierungssystems ist der Einsatz von Internet-Technologien. Die Datenbanksysteme, die zur Unterstützung von Bediener und Betreiber integriert werden, sind in der Regel über das Intranet oder sogar das Internet verteilt. Während manche Datenbanksysteme für eine Produktlinie zentral auf einem Server ablegt sind und vom Hersteller oder einem anderen Dienstleister gewartet und gepflegt werden, sind andere Datenbanksysteme wiederum in das Automatisierungssystem integriert.

4 Immer häufiger wird bei Automatisierungssystemen für die verschiedenen Steuerungs-, Diagnose- und Wartungsvorgänge auf Internet-Technologien zurückgegriffen. So ist der Web- Browser mittlerweile ein wichtiges Werkzeug für den Bediener eines Automatisierungssystems. Daraus resultiert, dass die Daten bei der Integration so zur Verfügung gestellt werden, dass sie direkt oder nach Weiterverarbeitung im Web-Browser darstellbar sind. 3.3 Zugriffsarten Es muss berücksichtigt werden, dass auf die Datenbanksysteme nicht nur ein Lesezugriff ermöglicht wird, sondern auch die Möglichkeit des Schreibens gegeben ist. Dies ist notwendig, um z. B. bei einem Wartungsvorgang Konfigurationsdateien ändern zu können. Dabei soll das Automatisierungssystem (Automatisierungsprodukt, Technischer Prozess) selbst wie ein Datenbanksystem erscheinen und damit die gleichen Zugriffsmöglichkeiten bieten wie herkömmliche Datenbanksysteme. 3.4 Anwendungsentwicklung Zur Unterstützung von Bediener und Betreiber eines Automatisierungssystems wird der Hersteller des Automatisierungssystems Anwendungen entwickeln, die auf die zur Verfügung stehenden Datenbanksysteme zugreifen und die Daten je nach Anwendungsfall in geeigneter Form darstellen. Solche Anwendungen werden heute in der Regel individuell für jedes Automatisierungssystem entwickelt [Ka2000]. Bei einem Automatisierungssystem mit Produktcharakter (Produktautomatisierung: relativ geringer Preis, hohe Stückzahlen), wie z. B. bei industriellen Kaffeeautomaten, sind diese Anwendungen für jedes Produkt einer Produktreihe in der Zusammenstellung der Datenbanksysteme weitgehend identisch. Nur ein geringer Anteil der Daten wie Prozessdaten sind von einem konkreten Geräteexemplar abhängig. Allerdings will z. B. ein Wartungstechniker, der verschiedene Automatisierungssysteme wartet, immer auf die spezifischen Prozessdaten des betrachteten Automatisierungssystems (d.h. Geräteexemplar) zugreifen (Abb. 2). Abbildung 2: Datenintegration bei Automatisierungsprodukten

5 Die Abbildung zeigt auf der linken Seite die verschiedenen Arten von Datenbanksystemen, die für eine Visualisierungsanwendung integriert werden und die für eine Produktreihe identisch sind. Im unteren Teil der Abbildung ist der technische Prozess in Form eines industriellen Kaffeeautomaten dargestellt. Die Visualisierung kann nun sowohl auf die allgemeinen Datenbanksysteme als auch auf die Prozessdaten eines ganz bestimmten Automatisierungssystems (z. B. das Geräteexemplar, an welchem sich der Wartungstechniker während des Wartungsvorgangs befindet) zugreifen. Die Entwicklung von Anwendungen, die auf unterschiedliche Datenbanksysteme zugreifen, wird wesentlich vereinfacht, wenn dem Anwendungsentwickler einheitliche Zugriffsmöglichkeiten für alle Datenbanksysteme inkl. des Automatisierungssystems zur Verfügung stehen. Alle Heterogenitäten der Datenbanksysteme bleiben somit dem Anwendungsentwickler verborgen. Für ihn sieht es so aus, als ob die Daten, die er in der Anwendung darstellen und verarbeiten will, aus einem einzigen Datenbanksystem stammen. 4 Ansätze für die Datenintegration Die Prinzipien lassen sich anhand einer Darstellung nach [BKL1999] erläutern (Abb. 3). Globale Anwendung Präsentationsschicht Föderierungsdienst Föderierungsschicht Wrapperschicht Lokale Anwendung Datenhaltungsschicht Datenbanksystem 1 Datenbanksystem N Abbildung 3: Föderiertes Datenbanksystem Auf unterster Ebene der Datenhaltungsschicht sind die Datenbanksysteme zu sehen, die durch das Prinzip der Datenintegration zusammengefasst werden sollen. Auf diese Datenbanksysteme greifen lokale Anwendungen (z.b. eine Anwendung zur Verwaltung der Wartungsprotokolleinträge) zu. Eine wichtige Entscheidung, die bei der Integration dieser Datenbanksysteme zu treffen ist, bezieht sich auf den Grad der Autonomie, den die Datenbanksysteme nach der Integration noch besitzen sollen. Dieser reicht von uneingeschränkter Autonomie (die lokale Anwendung erfährt keine Funktionseinschränkung

6 durch die Integration) bis hin zur gänzlichen Aufgabe der Autonomie, was mit der Aufgabe der lokalen Anwendung verbunden wäre. Uneingeschränkte Autonomie ist eigentlich nur dann möglich, wenn die globale Anwendung nur lesend auf ein Datenbanksystem zugreift. Oberhalb der Datenhaltungsschicht liegt die Wrapperschicht. Diese sorgt dafür, dass alle Datenbanksysteme zur Föderierungsschicht hin das gleiche Datenmodellierungsprinzip (z.b. relational, objektorientiert) und die gleichen Zugriffsmechanismen verwenden. Die Wrapperschicht behebt damit die syntaktische Heterogenität und die Datenmodellheterogenität. Die Föderierungsschicht integriert nun alle beteiligten Datenbanksysteme dergestalt, dass für eine globale Anwendung nur ein einziges Datenbanksystem sichtbar ist. Damit wird zum einen Verteilungstransparenz erreicht, d.h. die globale Anwendung muss sich nicht darum kümmern, aus welchem Datenbanksystem die Daten stammen. Zum anderen wird in der Föderierungsschicht eine logische Heterogenität überwunden. Dies wird in der Regel durch Einführung eines globalen Datenmodells (Datenbankschema) erreicht. Die Schwierigkeiten, die mit der Zusammenführung der einzelnen Datenmodelle in ein globales Datenmodell verbunden sind, werden in einem eigenen Forschungsgebiet der Informatik bearbeitet (Semantische Integration [Hul1997]). In der Forschung findet man zahlreiche Ansätze zur Datenintegration. Viele Ansätze gehen nach dem Data Warehouse-Prinzip vor und integrieren alle Daten aus den einzelnen Datenbanksystemen in einem einmaligen Vorgang in ein einziges neues Datenbanksystem. Dadurch müssen bestehende lokale Anwendungen aufgegeben, erheblich modifiziert oder neu implementiert werden. Solche Lösungen scheiden folglich für den Einsatz in Automatisierungssystemen aus. Schließlich wollen die Hersteller die Investitionen, die sie in die Entwicklung der lokalen Anwendungen und Datenbanksysteme getätigt haben, erhalten. Andere Ansätze nutzen eine selbst entwickelte Föderierungsschicht (Föderierungsdienst), oft auf Basis eines objektorientierten Systems nach ODMG (Object Data Management Group). Gravierender Nachteil bei den meisten existierenden Ansätzen ist die Beschränkung auf Lesezugriffe. Bei der Realisierung des Föderierungsdienstes als objektorientiertes System ist außerdem erheblicher Aufwand in der Wrapperschicht notwendig, da viele Datenbanksysteme keine objektorientierte Schnittstelle anbieten oder in der Mächtigkeit der möglichen Operationen gegenüber objektorientierten Systemen eingeschränkt sind. Ein weiterer Nachteil ist der Aufwand bei der Kommunikation zwischen dem objektorientierten Föderierungsdienst und der Wrapperschicht, die mittels komplexer Technologien, wie CORBA, realisiert werden muss. Auf Grund dieser Nachteile wird hier ein Ansatz vorgeschlagen, der in der Wrapperschicht Web Services nutzt. Die Daten stehen im XML-Format zur Verfügung und sind einfach zu verarbeiten. Hier wird auch die Anforderung berücksichtigt, dass die Datenbanksysteme weiterhin unter Kontrolle der Hersteller bleiben, die eine selbstdefinierte Schnittstelle nach außen anbieten können.

7 5 Web Services Für Web Services gibt es keine einheitliche Definition. Im Allgemeinen versteht man unter diesem Begriff einen Dienst, der über das Internet zur Verfügung gestellt wird. I. d. R. werden unter dem Begriff Web Services aber auch Technologien verstanden, die zur Erbringung der Dienste notwendig sind: der Datenaustausch mit Hilfe von SOAP (Simple Object Access Protocol), die Beschreibung der Dienste mittels WSDL (Web Service Description Language) und die Verwaltung mittels UDDI (Universal Description, Discovery and Integration) [CGH2002] (Abb. 4.). Abbildung 4: Web Service Konzept Der Anbieter (Provider) eines Dienstes erstellt den Web Service in einer beliebigen Programmiersprache und eine Beschreibung des Web Service mit Hilfe der Beschreibungssprache WSDL. Außerdem veröffentlicht er die Daten über seinen Web Service in einer zentralen Registrierung (UDDI), damit er für viele erreichbar ist (1). Der Nutzer (Consumer) sucht einen Web Service für seine Anwendung und findet ihn in der Registrierung (2). Basierend auf der WSDL-Beschreibung des Web Service kann er eine Verbindung zu diesem Web Service aufbauen und ihn aufrufen (3). Das Suchen passender Web Services für eine bestimmte Anwendung kann manuell durch den Programmierer während der Entwicklung der Anwendung erfolgen oder automatisch durch eine Anwendung zur Laufzeit. Das vom W3C (World Wide Web Consortium) standardisierte SOAP ist eine Protokollspezifikation, die es ermöglicht, Methoden auf entfernten Rechnern aufzurufen. Die Anfragen und Ergebnisse werden dabei in From von XML-Dokumenten übermittelt. Diese können über verschiedene Transportprotokolle übertragen werden. Häufig wird HTTP als Transportprotokoll verwendet, da hierdurch Service Nutzer und Service Anbieter über den Standardport 80 des Web Servers kommunizieren können und nicht von einer Firewall behindert werden. Um über SOAP Daten austauschen zu können, muss beim Service Nutzer (Client) ein SOAP-Client und beim Service Anbieter (Server) ein SOAP-Server vorhanden sein. Diese übernehmen die komplette Kommunikation und die Einbettung der Funktionsaufrufe bzw. der Ergebnisse in die SOAP-Nachrichten. Der Programmierer der Anwendung (Service Nutzer) bzw. des Web Service muss sich um diesen Vorgang nicht kümmern. Entsprechend müssen SOAP Client und Server in der jeweiligen Programmiersprache der Anwendung bzw. des Web Service

8 vorliegen. Für die gebräuchlichen Programmiersprachen existieren bereits solche Implementierungen, z.b. SOAP4J für Java. Die Beschreibung eines Dienstes erfolgt durch die WSDL. Diese wurde von Ariba, IBM und Microsoft entwickelt und beim W3C zur Standardisierung eingereicht. WSDL nutzt XML zur Beschreibung eines Web Service. Neben der URL, unter welcher der Web Service zu finden ist, sind in dieser Beschreibung die Methoden enthalten, die der Web Service zur Verfügung stellt und die Parameter, die zurückgeliefert bzw. mit denen Methoden aufgerufen werden. Mittlerweile existieren Werkzeuge, die automatisch WSDL Beschreibungen für bestehenden Programmcode erzeugen und umgekehrt. Zur Verwaltung von Diensten wurde von der UDDI-Initiative die Spezifikation UDDI geschaffen. UDDI spezifiziert u. a. eine XML-Datenstruktur zur Beschreibung von Dienstleistern (Firmen) sowie die von ihnen angebotenen Dienste. Die Web Services lassen sich in einem UDDI Diensteverzeichnis sowohl manuell über ein HTML-Formular veröffentlichen und suchen als auch durch ein Softwareprogramm über die in UDDI spezifizierte Progammierschnittstelle. WSDL-Beschreibungen von Web Services sind allerdings nicht direkt im UDDI Diensteverzeichnis abgelegt. Das Diensteverzeichnis enthält nur Verweise (Links) auf diese Dokumente, die dann an beliebiger Stelle im Internet platziert werden können. 6 Konzept einer Web Service basierte Integrationsplattform Ein Ansatz für eine Integrationsplattform basiert auf dem Konzept der Web Services (Abb. 5). Abbildung 5: Web Service basierte Integrationsplattform

9 Die Wrapperschicht in der dargestellten Integrationsplattform besteht aus einem zweistufigen Web-Service Ansatz. Für jedes zu integrierende Datenbanksystem existiert ein Web Service Server (DB-WSS, im Bild unten). Dieser wird vom Betreiber eines Datenbanksystems konfiguriert. Der Betreiber des Datenbanksystems und des Web Service Servers hat damit die Kontrolle über die nach außen freigegebenen Zugriffsmöglichkeiten. Er bekommt durch die Plattformsoftware einen Web Service Server abhängig von der Art des Datenbanksystems (relational, objektorientiert), das zu integrieren ist. Dieser Web Service Server kann ohne Programmieraufwand konfiguriert werden und läuft auf einer vom Betreiber des Datenbanksystems bereitgestellten Plattform. Die Kommunikation zwischen diesen Web Service Servern und den Datenbanksystemen kann mit einem beliebigen, i. d. R. vom Datenbanksystem abhängigen Protokoll erfolgen. Da die Web Service Server ihren Dienst via SOAP anbieten, entfallen Konflikte mit der Firewall. Auch die sicherheitskritische Freischaltung weiterer Ports ist nicht notwendig. Die zentral beim Betreiber der Integrationsplattform installierten Web Service Clients (DB- WSC) greifen auf die einzelnen Web Service Server der Datenbanksysteme zu. Dieser Zugriff erfolgt mit Hilfe von SOAP. Die aus den Anfragen an diese Web Service Server stammenden Daten, die durch das Web Service Prinzip bereits in einem XML-Format vorliegen, werden durch die Web Service Clients in ein einheitliches XML-Format (XML 1 bis XML 3 in Abb. 5) transformiert. Diese Daten werden dann wiederum durch Web Service Server (W-WSS) dem Föderierungsdienst zur Verfügung gestellt. Die Föderierungsschicht bzw. der Föderierungsdienst ist notwendig, um der globalen Anwendung einen Zugriff wie auf ein einziges Datenbanksystem bieten zu können. Der Föderierungsdienst integriert nun durch einen Web Service Client (W-WSC) die Daten aus den einzelnen Web Service Servern in ein einziges XML-Dokument und stellt dieses für die globale Anwendung wiederum als Web Service Server (F-WSS) zur Weiterverarbeitung oder Anzeige bereit. Bei der notwendigen Integration mehrerer Web Services zu einem einzigen Web Service wird auf Konzepte, wie das Business Transaction Protocol (BTP) und die Business Process Execution Language for Web Services (BPEL4WS), zurückgegriffen. Diese definieren, wie das Zusammenspiel von Web Services zur Erbringung eines übergeordneten Web Service erfolgen soll. Die Metadaten (z.b. Zugangsdaten wie URL, Passwörter und Strukturbeschreibungen), die zur Integration der Datenbanksysteme notwendig sind, werden in einer UDDI basierten Metadatenverwaltung erfasst. Für jeden Verantwortlichen (Betreiber) eines Datenbanksystems wird dabei ein BusinessEntity (enthält die Firmenbeschreibung) und für jedes von ihm zu betreuendes Datenbanksystem ein tmodel (enthält die technischen Spezifikationen eines Web Service) angelegt. Im Gegensatz zu objektorientierten Ansätzen wird hier von vorne herein die Integration von über das Internet verteilten Datenbanksystemen berücksichtigt. Durch die Nutzung von XML als Datenaustauschformat stehen mächtige Zugriffsmöglichkeiten zur Verfügung. Damit ist keine Einschränkung des Funktionsumfangs verbunden, was z.b. beim Zugriff per SQL auf mächtigere

10 (objektorientierte) Datenbanksysteme auftritt. Ein weiterer Vorteil der Web Service basierten Integrationsplattform ist die konsequente Nutzung von Standards. Im Vergleich zu objektorientierten Integrationslösungen werden hier keine selbst entwickelten und damit proprietären Technologien für den Zugriff auf integrierte Daten eingesetzt. Des Weiteren ermöglicht das vorgestellte Konzept einen variablen Integrationsgrad. Würde man einen SQL basierten Föderierungsdienst in Form eines föderierten Datenbanksystems einsetzen, wäre es unbedingt notwendig, alle Datenbankschemata der beteiligten Datenbanksysteme in ein einziges globales Schema zu integrieren trotz des damit verbundenen Aufwands. Bei der Web Service basierten Integrationsplattform dagegen ist der Grad der Integration frei wählbar. Neben reinen Datenbanksystemen können auch beliebige andere Datenspeichersysteme über Java Konnektoren angebunden werden. Die Java Konnektoren Architektur bietet eine einheitliche Schnittstelle zu allgemeinen Datenspeichersystemen, ähnlich wie ODBC (Open Database Connectivity) und JDBC (Java Database Connectivity) bei relationalen Datenbanksystemen. 7 Realisierung der Integrationsplattform Zur Evaluierung und Demonstration des Konzepts der Web Service basierten Integrationsplattform wird am Institut für Automatisierungs- und Softwaretechnik der Universität Stuttgart die Demonstrationsanlage Industrieller Kaffeeautomat aufgebaut. Im Umfeld dieses industriellen Kaffeeautomaten sind eine Reihe von Datenbanksystemen mit entsprechenden Anwendungen entstanden, die für eine gemeinsame Anwendung mit Hilfe der Web Service basierten Integrationsplattform zusammengeführt werden sollen. Eine der vorhandenen Datenbankanwendungen dient zur Verwaltung und Visualisierung der Historie der Prozessdaten aus dem industriellen Kaffeeautomaten (Abb. 6). Abbildung 6: Prozessdatenvisualisierung (PDV)

11 Diese Datenbankanwendung nutzt ein relationales Datenbanksystem (IBM DB2) zur Speicherung der Prozessdaten. Eine weitere Datenbankanwendung ermöglicht die Verwaltung von Wartungsprotokolleinträgen (Abb. 7). Sie basiert auf dem XML-Datenbanksystem Tamino (Software AG). Abbildung 7: Verwaltung von Wartungsprotokolleinträgen In einer dritten Datenbankanwendung sind zahlreiche Rezepte zum Thema Kaffee zu finden (Abb. 8). Abbildung 8: Rezeptdatenbank

12 Die Rezeptdaten werden in einem relationalen Datenbanksystem (Sybase Anywhere) gespeichert, auf das die Datenbankanwendung mit Hilfe der Java Konnektoren Architektur zugreift. Eine zusätzliche Datenbankanwendung unterstützt den Bediener des industriellen Kaffeeautomaten durch ein multimediales Online-Hilfesystem. Es enthält eine Bedienungsanleitung, Videos zu üblichen Bedienvorgängen und eine Liste von häufig auftretenden Fragen (FAQ). Als Speichersystem dient ein objektorientiertes Datenbanksystem (Objectivity). Diese unterschiedlichen Datenbanksysteme werden nun mit Hilfe der Web Service basierten Integrationsplattform zusammengefasst. Es wird eine Anwendung Bedienerunterstützung für Industrielle Kaffeeautomaten (BIK) implementiert, über die auf alle vorhandenen Daten zugegriffen werden kann. Für die einzelnen Datenbanksysteme werden Web Services erstellt, welche als Web Service Server (DB-WSS, vgl. Abb. 5) die Schnittstelle zum Datenbanksystem bilden. Diese Web Service Server werden mit Java realisiert unter Zuhilfenahme der Java basierten SOAP Realisierung von IBM bzw. des Apache XML Projekts. Die Web Service Server liefern über SOAP die angefragten Ergebnisse als XML-Dokumente (XML n in Abb. 5) zurück. Diese Dokumente werden mit Hilfe des Föderierungsdienstes, der ebenfalls in Java implementiert wird und damit plattformunabhängig ist, zu einem XML-Dokument zusammengefasst. Die Integration der einzelnen XML-Dokumente, d.h. der einzelnen Datenabfragen, wird dynamisch zum Zeitpunkt der Abfrage realisiert. 8 Zusammenfassung und Ausblick Die Web Service basierte Integrationsplattform ermöglicht eine einfache und flexible Integration von Datenbanksystemen, die über das Internet verteilt sind. Durch die Bereitstellung der Daten im XML-Format ist deren einfache Weiterverarbeitung durch Anwendungen, die Bediener und Betreiber von Automatisierungssystemen unterstützen, möglich. Anwendung kann die Web Service basierte Integrationsplattform im durchgängigen Engineering, bei Manufacturing Intelligence Lösungen oder bei Anwendungen zur Unterstützung von Betreibern und Bedienern von Automatisierungssystemen sein. Die Zusammenführung der Daten aus den einzelnen Datenbanksystemen ist in zweifacher Hinsicht ein Bereich, in dem verstärkte Forschungstätigkeit notwendig ist. Zum einen sind die Konzepte für die Komposition von Web Services zu übergeordneten Web Services noch im Fluss, zum anderen ist die Frage zu klären, in welcher Form die XML-Dokumente aus den einzelnen Datenbanksystemen zu einem virtuellen Gesamtdokument zusammengefügt werden können.

13 9 Literatur [BKL1999] [CGI2002] [Hul1997] Busse, S., Kutsche, R., Leser, U., Weber, H.: Federated Information Systems: Concepts, Terminology and Architectures. Forschungsbericht des Fachbereichs Informatik, Bericht Nr. 99-9, Technische Universität Berlin, Fachbereich 13 Informatik, Cable, S., Galbraith, B., Irani, R., Hendricks, M., Milbury, J., Tarak, M., Tost, A., Toussaint, A., Basha, J.: Professional Java Web Services. Wrox Press, Chicago, 2001 Hull, R.: Managing Semantic Heterogeneity in Databases: A Theoretical Perspective. Proceedings of the Sixteenth ACM SIGACT-SIGMOD- SIGART Symposium on Principles of Database Systems, Tucson, Arizona, Mai [Ka2000] Kaltz, B.: Der ganzheitliche Ansatz. Computer& Automation 7-8/2000, Seiten 22-25, [PuGl2002] Pugatsch, J., Gleissner, A.: Per Knopfdruck zum SPS-Programm. Computer&Automation 4/2002, Seiten 58-62, 2002.