Implementing a Kafka based architecture for effective device communication in battery cell production

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Implementing a Kafka based architecture for effective device communication in battery cell production

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Title: Implementing a Kafka based architecture for effective device communication in battery cell production
Author: Begnis, Klaus Edward Becker Begnis
Abstract: The advances in the use of electric vehicles as an alternative to combustion engines generate a growing demand for new manufacturing techniques for lithium-ion batteries. In this context, the Fraunhofer FFB research institute has initiated the construction of a laboratory-factory to study battery production. For the manufacturing process to be effectively studied, a highly digitalized environment is required, allowing researchers to access data related to the processes. The factory features an information technology architecture composed of various software, whether outsourced or internally developed, which do not natively support communication between them. This creates the need for a flexible communication architecture capable of connecting these systems. The proposal involves the application of a central event distribution platform of the publish-subscribe type, accessed via programmable connectors. The analysis of existing solutions led to the choice of the Redpanda communication platform, while for the developed connec- tors, the use of Redpanda Connect, which offers flexibility for different communication technologies. Next, the integration of the systems was modeled and applied to one of the factory’s systems. The communication and deployment architecture’s modeling followed the Unified Modeling Language standard, and the applications were container- ized using Docker. This solution resulted in a significant improvement in the automation of the analysis processes in the factory, allowing researchers to carry out their activities with improved efficiency and accuracy. Furthermore, it demonstrated feasibility for ex- tending the application to other factory systems, achieving the objectives of integration and digitization of the manufacturing environment. With this integration, the factory not only enhances the exchange of information between systems but also provides a more agile and transparent workflow.Os avanços no uso de veículos elétricos como alternativa aos motores à combustão geram uma crescente demanda por novas técnicas de manufatura de baterias de íon- lítio. Nesse contexto, o instituto de pesquisa Fraunhofer FFB iniciou a construção de uma fábrica-laboratório para estudar a produção de baterias. Para que o processo de manufatura possa ser estudado de forma eficaz, é necessário um ambiente fortemente digitalizado, permitindo que os pesquisadores acessem os dados relacionados aos pro- cessos. A fábrica conta com uma arquitetura de tecnologia da informação composta por diversos softwares, sejam eles terceirizados ou desenvolvidos internamente, que não oferecem suporte nativo à comunicação entre si. Surge, então, a necessidade de uma arquitetura de comunicação flexível, capaz de conectar esses sistemas. A proposta envolve a aplicação de uma plataforma central de distribuição de eventos do tipo publish-subscribe, acessada por conectores programáveis. A análise de soluções existentes levou à escolha da plataforma de comunicação Redpanda, enquanto para os conectores desenvolvidos a utilização do Redpanda Connect, que oferece flexibili- dade para diferentes tecnologias de comunicação. Em seguida, foi feita a modelagem da integração dos sistemas e sua aplicação em um dos sistemas da fábrica. A arqui- tetura de comunicação e implantação seguiu o padrão Unified Modelling Language, e as aplicações foram conteinerizadas com Docker. Essa solução resultou em uma melhoria significativa na automação dos processos de análise na fábrica, permitindo que os pesquisadores realizassem suas atividades com maior eficiência e precisão. Além disso, demonstrou viabilidade para a extensão da aplicação em outros sistemas fabris, atingindo os objetivos de integração e digitalização do ambiente de manufatura. Com essa integração, a fábrica não apenas potencializa a troca de informações entre sistemas, mas também proporciona um fluxo de trabalho mais ágil e transparente.
Description: TCC (graduação) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Engenharia de Controle e Automação.
URI: https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/263055
Date: 2024-12-17


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