Die Technologie hinter unseren Lösungen

Auf einen Blick


VAYU Sense bietet eine innovative Plattform für die Pharma- und Lebensmitteltechnologieproduktion. Durch den Einsatz von Cloud-Diensten und KI verbessert die Technologie von VAYU Sense die Prozessleistung.

Der Closed-loop-Controller (I.C.) Athena – die Hauptlösung von VAYU Sense – ist ein autonomer Cloud-Service, der den Prozess in Echtzeit steuert. Athena ist ein prozessspezifischer KI-Agent, der offline trainiert wird, um den Prozess durch die besten Arbeitspunkte zu navigieren, die nur auf den Archivdaten des Prozesses basieren.

Da der Algorithmus generisch und ohne Voreinstellungen entwickelt wurde, kann Athena alle Arten von Prozessen bedienen: High cell density, API, Mammalian, etc.

Die VAYU Sense Plattform bietet zwei zusätzliche, ergänzende Dienste:

Cassandra – ein KI-basierter Überwachungsservice, der Warnmeldungen ausgibt, wenn Unregelmäßigkeiten festgestellt werden.

Aletheia – ein Überwachungsservice, der es ermöglicht, den Prozess von jeder Plattform aus jederzeit zu verfolgen.

Das sagen unsere Experten

So funktioniert es

Von Status zu Action

Der Athena Closed-Loop-Controller wird mit dem Prozess synchronisiert und beginnt seine Arbeit zusammen mit der Initialisierung der Charge. Athena liest kontinuierlich die prozessüberwachten Parameter (z. B. pH, DO, CO2 usw.), analysiert sie und ändert als Reaktion darauf die Werte der geregelten Parameter (z. B. Rühren, Füllen usw.).

Definition: Eine Kombination von überwachten Werten, die als „Status“ bezeichnet wird, und eine Kombination von Werten der kontrollierten Parameter, die als „Action“ bezeichnet wird. Beide Datensätze, die überwachten und kontrollierten Parameter, werden vom Kunden definiert.

Abbildung 1 – Athena setzt Status in Action um

Die Kundenziele für die Prozessoptimierung definieren das Verbesserungsziel von Athena. Athena lernt offline, wie der Status- in den Action-Zustand umgewandelt werden kann, um das Verbesserungsziel zu erreichen. Das Ergebnis der Lernphase ist ein Controller, der in Echtzeit die Werte der geregelten Parameter gemäß den Werten der überwachten Parameter ändert.

Die Struktur von Athena

Der Athena-Controller ist als Standard-Client/Server-Anwendung implementiert.

Der Client ist ein lokaler Dienst, der am Standort des Kunden installiert und in das Steuerungssystem integriert ist. Er bezieht den Status des Prozesses aus dem Steuerungssystem, sendet eine Anfrage an den Cloud-Dienst von Athena und liefert die von Athena erhaltene Aktion zurück.

Der Server ist ein Dienst, der in der Cloud-Umgebung läuft. Er empfängt Anfragen mit dem Status vom Client, berechnet die Action und sendet sie als Antwort an den Client.

Abbildung 2 – Athena Client/Server-Architektur

Kundenspezifische Anpassungen

The Athena controller algorithm is based only on data collected

Der Athena-Steuerungsalgorithmus basiert nur auf Daten, die im jeweiligen Prozess gesammelt wurden; es werden keine Voreinstellungen verwendet. Die Daten, die genutzt werden, können aus zwei Quellen stammen:

  1. Historische Daten aus dem Prozess-Archiv.
  2. Daten aus Experimenten, die zu Lernzwecken durchgeführt wurden.

Abbildung 3 – Der Athena Trainingsablauf

Abbildung 4 – Beispiel für eine Leistungs­steigerung unter Verwendung der Athena Trainings­ergebnisse

Iterative Weiterentwicklung mit dem Experiment Generator

Da Experimente kostspielig sind, sollte die Anzahl der Versuche, die durchgeführt werden, um den Datensatz für das Training zu erstellen, möglichst gering sein. Um die Anzahl der durchzuführenden Experimente zu minimieren, ist ein intelligentes DOE (Design of Experiments) erforderlich.

VAYU Sense bietet den Experiment Generator an, ein intelligentes, KI-gestütztes Tool, das während der Datenerfassungsphase eingesetzt wird, um das nächste optimale Experiment im Hinblick auf die Verbesserung der Prozessleistung zu planen.

Durch die Verwendung des Experimentgenerators nach jedem Experiment kann das Training von Athena das meiste aus dem nächsten Experiment herausholen, so dass dessen Daten der Sammlung hinzugefügt werden.

Abbildung 5 – Iterative Weiterentwicklung mit dem Experiment Generator

VAYU Meter

Das VAYU-Meter ist ein optionales Hardware-Feature, das nicht-invasiv CO2 und O2 durch MidIR-Spektroskopie misst. Es ist so konzipiert, dass es reibungslos mit Athena zusammenarbeitet.

  • Dynamischer Bereich: 0-100 %
  • Relative Messgenauigkeit ±3 %
  • Wird an das Abluftrohr Ihres Edelstahl- oder Einwegfermenters angeschlossen.
  • Garantierte 24/7-Funktionalität

IT Sicherheit

Isolierung von Athena vom Produktionsnetzwerk

Athena bietet eine Lösung zur Isolierung des Produktionsnetzes vom Internet. Dies wird erreicht, indem der lokale Agent (lokaler Dienst) in zwei separate Komponenten aufgeteilt wird:

Backend – verbunden über das Internet mit dem Cloud-Service.
Frontend – verbunden mit dem Leitsystem des Kunden im lokalen Produktionsnetzwerk, in der Regel über OPC.

Das Backend und das Frontend kommunizieren über ein verschlüsseltes Protokoll über eine serielle Verbindung.

Abbildung 6 – Athena erfüllt die Anforderungen der IT-Sicherheit

Datenverschlüsselung

Die Kommunikation zwischen dem Backend und dem Cloud-Dienst wird mit dem REST-Protokoll über HTTPS und mit Authentifizierung auf der Grundlage von URL + API_KEY durchgeführt.

Sicherheitsstandards

  • Datenverkehr TLS-verschlüsselt
  • Die Dienste sind für die Außenwelt nicht zugänglich, der Zugriff erfolgt über einen Reverse Proxy
  • Kein Fernzugriff auf Datenbanken
  • Private IPs werden nie nach außen hin offengelegt
  • HTTPS-Kommunikation

Cyber security

  • Design nach der Domain Driven Methode
  • CDC (Change Data Capture)

Hohe Verfügbarkeit

  • Verfügbarkeit mit Healthy check (Liveness, Readyness)
  • Skalierbarkeit durch K8S cluster (Node Pool)
  • External Lastverteiler

Monitoring und Warnmeldungen

  • Echtzeitüberwachung mit ELK
  • Dienstüberwachungsprotokolle über Stack Driver
  • Liveness – Spring Boot Admin

Enterprise data

  • VPC peering für den Datenzugriff
  • Der gesamte Quellcode wird auf privatem Git gepflegt, das nach ISO/IEC 2700 zertifiziert ist

Von Status zu Action

Athena closed-loop controller is synchronized with the process and starts working together with the batch initialization. Athena continuously reads the process monitored parameters (for example: pH, DO, CO2, etc.), analyzes them, and as a reaction changes the values of the controlled parameters (for example: agitation, feeding etc.).

Definition: A combination of monitored values called ‚State‘, and a combination of values of controlled parameters called ‚Action‘. Both sets of monitored and controlled parameters are defined by the customer.

Abbildung 1 – Athena setzt Status in Action um

Die Kundenziele für die Prozessoptimierung definieren das Verbesserungsziel von Athena. Athena lernt offline, wie der Status- in den Action-Zustand umgewandelt werden kann, um das Verbesserungsziel zu erreichen. Das Ergebnis der Lernphase ist ein Controller, der in Echtzeit die Werte der geregelten Parameter gemäß den Werten der überwachten Parameter ändert.

Die Struktur von Athena

Der Athena-Controller ist als Standard-Client/Server-Anwendung implementiert.

Der Client ist ein lokaler Dienst, der am Standort des Kunden installiert und in das Steuerungssystem integriert ist. Er bezieht den Status des Prozesses aus dem Steuerungssystem, sendet eine Anfrage an den Cloud-Dienst von Athena und liefert die von Athena erhaltene Aktion zurück.

Der Server ist ein Dienst, der in der Cloud-Umgebung läuft. Er empfängt Anfragen mit dem Status vom Client, berechnet die Action und sendet sie als Antwort an den Client

Figure 2 – Athena Client/Server-Architektur

Kundenspezifische Anpassungen

The Athena controller algorithm is based only on data collected

Der Athena-Steuerungsalgorithmus basiert nur auf Daten, die im jeweiligen Prozess gesammelt wurden; es werden keine Voreinstellungen verwendet. Die Daten, die genutzt werden, können aus zwei Quellen stammen:

  1. Historische Daten aus dem Prozess-Archiv.
  2. Daten aus Experimenten, die zu Lernzwecken durchgeführt wurden.

Abbildung 3 – Der Athena Trainingsablauf

Figure 4 – Beispiel für eine Leistungs­steigerung unter Verwendung der Athena Trainings­ergebnisse

Iterative Weiterentwicklung mit dem Experiment Generator

Da Experimente kostspielig sind, sollte die Anzahl der Versuche, die durchgeführt werden, um den Datensatz für das Training zu erstellen, möglichst gering sein. Um die Anzahl der durchzuführenden Experimente zu minimieren, ist ein intelligentes DOE (Design of Experiments) erforderlich.

VAYU Sense bietet den Experiment Generator an, ein intelligentes, KI-gestütztes Tool, das während der Datenerfassungsphase eingesetzt wird, um das nächste optimale Experiment im Hinblick auf die Verbesserung der Prozessleistung zu planen.

Durch die Verwendung des Experimentgenerators nach jedem Experiment kann das Training von Athena das meiste aus dem nächsten Experiment herausholen, so dass dessen Daten der Sammlung hinzugefügt werden.

Figure 5 – Athena iterative Weiterentwicklung mit dem Experiment Generator

VAYU Meter

Das VAYU-Meter ist ein optionales Hardware-Feature, das nicht-invasiv CO2 und O2 durch MidIR-Spektroskopie misst. Es ist so konzipiert, dass es reibungslos mit Athena zusammenarbeitet.

  • Dynamischer Bereich: 0-100 %
  • Relative Messgenauigkeit ±3 %
  • Wird an das Abluftrohr Ihres Edelstahl- oder Einwegfermenters angeschlossen.
  • Garantierte 24/7-Funktionalität

IT Sicherheit

Isolierung von Athena vom Produktionsnetzwerk

Athena bietet eine Lösung zur Isolierung des Produktionsnetzes vom Internet. Dies wird erreicht, indem der lokale Agent (lokaler Dienst) in zwei separate Komponenten aufgeteilt wird:

Backend – verbunden über das Internet mit dem Cloud-Service.
Frontend – verbunden mit dem Leitsystem des Kunden im lokalen Produktionsnetzwerk, in der Regel über OPC.

Das Backend und das Frontend kommunizieren über ein verschlüsseltes Protokoll über eine serielle Verbindung.

Abbildung 6 – Athena erfüllt die Anforderungen der IT-Sicherheit

Datenverschlüsselung

Die Kommunikation zwischen dem Backend und dem Cloud-Dienst wird mit dem REST-Protokoll über HTTPS und mit Authentifizierung auf der Grundlage von URL + API_KEY durchgeführt.

Sicherheitsstandards

  • Datenverkehr TLS-verschlüsselt
  • Die Dienste sind für die Außenwelt nicht zugänglich, der Zugriff erfolgt über einen Reverse Proxy
  • Kein Fernzugriff auf Datenbanken
  • Private IPs werden nie nach außen hin offengelegt
  • HTTPS-Kommunikation

Cyber security

  • Design nach der Domain Driven Methode
  • CDC (Change Data Capture)

Hohe Verfügbarkeit

  • Verfügbarkeit mit Healthy check (Liveness, Readyness)
  • Skalierbarkeit durch K8S cluster (Node Pool)
  • External Lastverteiler

Monitoring und Warnmeldungen

  • Echtzeitüberwachung mit ELK
  • Dienstüberwachungsprotokolle über Stack Driver
  • Liveness – Spring Boot Admin

Unternehmensdaten



  • VPC peering für Datenzugriff
  • Der gesamte Source Code liegt auf einem privaten Git das nach ISO/IEC 2700 zertifiziert ist

Künstliche Intelligenz braucht echte Menschen

VAYU Sense ist mehr als nur Technologie: Intelligenz, Erfahrung und das volle Engagement unseres Teams erwecken Bits und Bytes zum Leben und sorgen dafür, dass unsere Kunden von künstlicher Intelligenz profitieren können.

KI-Bundesverband Logo

Mit dem KI Qualitätssiegel verfolgt der KI Bundesverbands e.V. das Ziel einer menschenorientierten und menschenfreundlichen Nutzung von Künstlicher Intelligenz. Durch die Definition und Einhaltung eines übergreifenden Werte- und Prozessverständnisses sichert das Siegel eine ethische Dienstleistungs- und Produktentwicklung. Im Mittelpunkt stehen die Qualitätskriterien Ethik, Unparteilichkeit, Transparenz, sowie Sicherheit und Datenschutz.




Künstliche Intelligenz braucht echte Menschen

VAYU Sense ist mehr als nur Technologie: Intelligenz, Erfahrung und das volle Engagement unseres Teams erwecken Bits und Bytes zum Leben und sorgen dafür, dass unsere Kunden von künstlicher Intelligenz profitieren können.




Der KI Bundesverband ist Deutschlands größtes Netzwerk von Unternehmen, die im Bereich der KI tätig sind. Die Mitglieder des KI Bundesverbands setzen sich dafür ein, dass diese Technologie im Sinne europäischer und demokratischer Werte eingesetzt wird und Europa digitale Souveränität erlangt. Der Verband verbindet „Europas klügste Köpfe“ mit dem Ziel, die Innovationskraft zu stärken, die Offenheit für KI-Innovationen in europäischen Unternehmen zu fördern und Unternehmen für den globalen Wettbewerb zu stärken