CAD-Batch-Prozesse
Mit Orchestra von manueller Steuerung zu einer stabilen, ressourceneffizienten und zukunftssicheren Batch-Orchestrierung für skalierbare Prozessautomatisierung.
Manuelle Batch-Steuerung mit hoher Abhängigkeit von Anwendern
In der Arbeitsvorbereitung der MEYER WERFT GmbH wurden CAD-Batch-Prozesse bislang direkt durch Anwender über Python-Skripte gestartet. Die Überwachung erfolgte manuell über Log-Dateien.
Die Prozesssteuerung war dadurch stark personenabhängig und bot keine zentrale Kontrolle über parallele Ausführungen. Gleichzeitig mussten Serverressourcen, CPU, RAM sowie CAD-Lizenzen manuell berücksichtigt werden, um Überlastungen zu vermeiden.
Die fehlende zentrale Steuerung führte zu eingeschränkter Skalierbarkeit, erhöhtem Koordinationsaufwand und einem hohen Risiko ineffizienter Ressourcennutzung.
Ziel war daher der Aufbau einer Lösung, die Batch-Prozesse zentral steuert, automatisiert ausführt und die vorhandene Infrastruktur optimal auslastet, inklusive einer Perspektive für REST-basierte Steuerung und Monitoring.
Begrenzte Ressourcen und fehlende Prozesskontrolle
Die größte Herausforderung lag in der gleichzeitigen Steuerung von Performance, Ressourcen und Stabilität. Serverkapazitäten und CAD-Lizenzen waren begrenzt, während die Laufzeiten der Prozesse stark variierten, von wenigen Minuten bis zu mehreren Stunden. Ohne zentrale Steuerung bestand das Risiko von Überlastung, Prozessabbrüchen und ineffizienter Auslastung. Zusätzlich fehlte eine transparente, systemgestützte Kontrolle über parallele Jobs, wodurch Wartezeiten und Ressourcenkonflikte nur schwer vorhersehbar waren.
Ein zentrales Ziel war daher:
- Verarbeitungsabbrüche auf 0 % zu reduzieren
- Wartezeiten für Anwender deutlich zu senken
- die Ressourcenauslastung planbar und stabil zu steuern
Orchestra als zentrale Orchestrierungsschicht für CAD-Batch-Prozesse
Mit Orchestra wurde eine dedizierte Steuerungsschicht eingeführt, die das bestehende CAD-Umfeld gezielt erweitert. Statt einer klassischen Systemintegration wurde eine Orchestrierungs- und Kontrollinstanz für die Batch-Verarbeitung geschaffen, die bestehende Python-Skripte zentral ausführt und steuert.
Die Umsetzung erfolgte gemeinsam mit dem PLM-Team der MEYER WERFT. Die Skripte werden über Orchestra bzw. den MSB angestoßen, der Start erfolgt über eine PowerShell-basierte Schnittstelle. Damit wurde eine bisher manuelle Prozesslandschaft in eine zentral gesteuerte, automatisierte Ausführungsumgebung überführt.
Das Projekt wurde in zwei Phasen umgesetzt:
- Phase 1: Technische Anbindung und Start der Batch-Verarbeitung über MSB
- Phase 2: Optimierung der Steuerlogik zur besseren Ressourcennutzung und Stabilität
Ergebnis der zweiten Phase war eine deutlich robustere und planbarere Verarbeitung unter realen Produktionsbedingungen.
Von statischer Gruppenlogik zu dynamischer Job-Orchestrierung
Initial wurde versucht, parallele Verarbeitung über feste Gruppen abzubilden: vier parallele Slots, denen Jobs zufällig zugewiesen wurden.
Dieses Modell führte jedoch zu ineffizienter Ressourcennutzung, da einzelne Gruppen durch langlaufende Jobs blockiert wurden, während andere Ressourcen ungenutzt blieben.
Daher wurde die Architektur grundlegend weiterentwickelt:
Einführung einer zentralen Job Queue
Alle Batch-Jobs werden nun unabhängig von der Ausführung in einer zentralen Queue verwaltet. Ein File Listener liest die CAD-Modelldaten im JSON-Format ein und übergibt sie in das System.
Damit wurde die Verarbeitung vollständig entkoppelt und dynamisch steuerbar.
Ticket-basiertes Ressourcenmanagement
Die maximale Parallelität wird über ein Ticket-System gesteuert. Jedes Ticket entspricht einer erlaubten parallelen Verarbeitung.
Dies verhindert Überlastung und stellt eine kontrollierte, stabile Systemauslastung sicher.
Dispatcher-basierte Steuerung
Ein zentraler Dispatcher überprüft im Minutentakt Queue und Ticketstatus und startet neue Jobs bedarfsgerecht.
Damit entsteht ein adaptives Steuerungssystem, das Ressourcen dynamisch auslastet, statt sie statisch zu blockieren.
Skalierbare Orchestrierungslandschaft im CAD-Umfeld
Orchestra wird als dedizierte Instanz auf dem Batch-Server betrieben. Aktuell ist der Use Case in einer produktiven Szenario-Instanz umgesetzt.
Insgesamt werden fünf Orchestra-Umgebungen bei der MEYER WERFT betrieben:
- eine zentrale Plattform
- mehrere spezialisierte Umgebungen für CAD- und Netzwerkanforderungen Aktuell werden rund 30 Szenarien produktiv gesteuert.
Damit wurde eine skalierbare Orchestrierungslandschaft aufgebaut, die unterschiedliche technische Anforderungen flexibel abbildet.
Höhere Stabilität, bessere Auslastung und signifikant reduzierte Wartezeiten
Durch den Einsatz von Orchestra konnte die Batch-Verarbeitung grundlegend stabilisiert und optimiert werden.
Die wichtigsten Effekte:
- Verarbeitungsabbrüche wurden vollständig eliminiert
- Server- und Lizenzressourcen werden optimal ausgelastet
- Wartezeiten für Anwender wurden deutlich reduziert
- manuelle Eingriffe wurden weitgehend durch Automatisierung ersetzt
Insbesondere die Arbeitsvorbereitung im Laserzentrum profitiert von deutlich schnelleren und zuverlässig verfügbaren CAD-Modellen.
Damit wurde ein zentraler Produktionsschritt nicht nur stabilisiert, sondern messbar beschleunigt.
Gleichzeitig bildet die Lösung eine skalierbare Grundlage für zukünftige Erweiterungen wie Monitoring, REST-basierte Steuerung und weitere Prozessautomatisierung. Somit entwickelt sich Orchestra zu einer zentralen Automatisierungsplattform im CAD-Umfeld.
Mit Orchestra haben wir die Steuerung unserer Batch-Prozesse auf ein völlig neues Niveau gehoben. Statt manueller Eingriffe profitieren wir heute von einer stabilen, automatisierten Lösung mit optimaler Ressourcennutzung und deutlich reduzierten Wartezeiten. Darüber hinaus haben wir eine zukunftssichere Plattform aufgebaut, die es uns ermöglicht, weitere Prozesse zu integrieren, Transparenz durch Monitoring zu schaffen und unsere Abläufe flexibel weiterzuentwickeln.
Franziska Wenger
