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 <img src="./media/media/image2.emf"
 style="width:2.25571in;height:1.125in" />Abschlussprüfung - Sommer 2025
 Fachinformatiker für digitale Vernetzung
 Dokumentation der betrieblichen Projektarbeit
 MYP – Manage Your Printer
 Digitalisierung des 3D-Drucker-Reservierungsprozesses durch Etablierung
 der cyberphysischen Kommunikation mit relevanten Hardwarekomponenten
 Abgabedatum: 5. Juni 2025
 Ausbildungsbetrieb
 Mercedes-Benz Ag
 Daimlerstraße 143
 D-12277 Berlin
 Prüfungsbewerber
 Till Tomczak  
 Hainbuchenstraße 19  
 D-16761 Hennigsdorf
 <img src="./media/media/image3.png"
 style="width:0.57522in;height:0.57522in" />
 Mercedes-Benz
 # Inhaltsverzeichnis
 [1. Einleitung [2](#_Toc199840791)](#_Toc199840791)
 [1.1 Analyse des Projektauftrages
 [2](#analyse-des-projektauftrages)](#analyse-des-projektauftrages)
 [1.2 Ableitung der Projektziele
 [3](#ableitung-der-projektziele)](#ableitung-der-projektziele)
 [1.3 Projektabgrenzung [3](#projektabgrenzung)](#projektabgrenzung)
 [1.4 Projektumfeld [4](#projektumfeld)](#projektumfeld)
 [1.5 Betriebliche Schnittstellen
 [4](#betriebliche-schnittstellen)](#betriebliche-schnittstellen)
 [1.6 Analyse der IT-sicherheitsrelevante Bedingungen
 [5](#analyse-der-it-sicherheitsrelevante-bedingungen)](#analyse-der-it-sicherheitsrelevante-bedingungen)
 [1.7 Darstellung der vorhandenen Systemarchitektur
 [5](#darstellung-der-vorhandenen-systemarchitektur)](#darstellung-der-vorhandenen-systemarchitektur)
 [2. Projektplanung [5](#projektplanung)](#projektplanung)
 [2.1 Terminplanung [5](#terminplanung)](#terminplanung)
 [Sprint 1 (15.-19. April 2025)
 [6](#sprint-1-15.-19.-april-2025)](#sprint-1-15.-19.-april-2025)
 [Sprint 2 (22.-26. April 2025)
 [6](#sprint-2-22.-26.-april-2025)](#sprint-2-22.-26.-april-2025)
 [Sprint 3 (29. April - 3. Mai 2025)
 [6](#sprint-3-29.-april---3.-mai-2025)](#sprint-3-29.-april---3.-mai-2025)
 [Sprint 4 (6.-10. Mai 2025)
 [6](#sprint-4-6.-10.-mai-2025)](#sprint-4-6.-10.-mai-2025)
 [Sprint 5 (13.-17. Mai 2025)
 [6](#sprint-5-13.-17.-mai-2025)](#sprint-5-13.-17.-mai-2025)
 [2.2 Ressourcenplanung [6](#ressourcenplanung)](#ressourcenplanung)
 [2.3 Planung der Qualitätssicherung
 [7](#planung-der-qualitätssicherung)](#planung-der-qualitätssicherung)
 [2.4 Bewertung der heterogenen IT-Landschaft
 [8](#bewertung-der-heterogenen-it-landschaft)](#bewertung-der-heterogenen-it-landschaft)
 [2.5 Anforderungsgerechte Auswahl der Übertragungssysteme
 [8](#anforderungsgerechte-auswahl-der-übertragungssysteme)](#anforderungsgerechte-auswahl-der-übertragungssysteme)
 [2.6 Planung der Prozess-/ und Systemschnittstellen
 [9](#planung-der-prozess--und-systemschnittstellen)](#planung-der-prozess--und-systemschnittstellen)
 [2.7 Planung der IT-Sicherheitsmaßnahmen
 [9](#planung-der-it-sicherheitsmaßnahmen)](#planung-der-it-sicherheitsmaßnahmen)
 [3. Durchführung und Auftragsbearbeitung
 [9](#durchführung-und-auftragsbearbeitung)](#durchführung-und-auftragsbearbeitung)
 [3.1 Prozess-Schritte und Vorgehensweise
 [10](#prozess-schritte-und-vorgehensweise)](#prozess-schritte-und-vorgehensweise)
 [3.1.1 Datenabfrage der Sensoren
 [10](#datenabfrage-der-sensoren)](#datenabfrage-der-sensoren)
 [3.1.2 Verarbeiten der Daten
 [10](#verarbeiten-der-daten)](#verarbeiten-der-daten)
 [3.2 Abweichung, Anpassung und Entscheidungen
 [11](#abweichung-anpassung-und-entscheidungen)](#abweichung-anpassung-und-entscheidungen)
 [3.3 Maßnahmen zur Qualitätskontrolle
 [11](#maßnahmen-zur-qualitätskontrolle)](#maßnahmen-zur-qualitätskontrolle)
 [3.4 Implementierung, Konfiguration und Inbetriebnahme von
 Schnittstellen und unterschiedlicher Prozesse und Systeme
 [12](#implementierung-konfiguration-und-inbetriebnahme-von-schnittstellen-und-unterschiedlicher-prozesse-und-systeme)](#implementierung-konfiguration-und-inbetriebnahme-von-schnittstellen-und-unterschiedlicher-prozesse-und-systeme)
 [3.5 Konfiguration von Übertragungssystemen und Integration in die
 Gesamtinfrastruktur
 [12](#konfiguration-von-übertragungssystemen-und-integration-in-die-gesamtinfrastruktur)](#konfiguration-von-übertragungssystemen-und-integration-in-die-gesamtinfrastruktur)
 [3.6 Erfüllen der Anforderungen an die Informationssicherheit
 [13](#erfüllen-der-anforderungen-an-die-informationssicherheit)](#erfüllen-der-anforderungen-an-die-informationssicherheit)
 [4. Projektabschluss [13](#projektabschluss)](#projektabschluss)
 [4.1 Soll-Ist-Vergleich (Abweichung, Anpassungen)
 [13](#soll-ist-vergleich-abweichung-anpassungen)](#soll-ist-vergleich-abweichung-anpassungen)
 [4.2 Fazit [14](#fazit)](#fazit)
 [4.3 Optimierungsmöglichkeiten
 [14](#optimierungsmöglichkeiten)](#optimierungsmöglichkeiten)
 [4.4 Abnahme [15](#abnahme)](#abnahme)
 [Anlagen [15](#anlagen)](#anlagen)
 [Netzwerkdiagramme und Systemarchitektur
 [15](#netzwerkdiagramme-und-systemarchitektur)](#netzwerkdiagramme-und-systemarchitektur)
 [API-Dokumentation [15](#api-dokumentation)](#api-dokumentation)
 [Benutzerhandbuch [16](#benutzerhandbuch)](#benutzerhandbuch)
 [Testprotokolle [16](#testprotokolle)](#testprotokolle)
 [Screenshots der Benutzeroberfläche
 [16](#screenshots-der-benutzeroberfläche)](#screenshots-der-benutzeroberfläche)
 [Konfigurationsdateien und Deployment-Skripte
 [16](#konfigurationsdateien-und-deployment-skripte)](#konfigurationsdateien-und-deployment-skripte)
 # 1. Einleitung
 ## 1.1 Analyse des Projektauftrages
 Die Technische Berufsausbildungsstätte (TBA) der Mercedes-Benz AG am
 Standort Berlin verfügt über sechs 3D-Drucker verschiedener Hersteller
 (Prusa, Anycubic; B-Ware im Vergleich zu 3D-Druckern von Kostenstellen
 höherer Prioriät sozusagen). Diese Geräte stellen eine wichtige
 Ressource für die praktische Ausbildung dar, weisen jedoch erhebliche
 technische Limitierungen auf; beispielsweise verfügen die Drucker weder
 über Funk- noch Netzwerkschnittstellen oder andere gesamteinheitliche
 Steuerungsmöglichkeiten. Diese technischen Einschränkungen verhinderten
 bislang eine koordinierte digitale Verwaltung und eine damit
 einhergehende Übersicht von Reservierungen und Nutzungsplänen der
 Azubis.
 Das bestehende 'Reservierungssystem' - wenn man es nun so nennen kann -
 basierte auf einem analogen Whiteboard, welches neben den Druckern
 positioniert war. Dies führte zu systematischen Problemen:
 Doppelbuchungen traten regelmäßig auf, wenn mehrere Nutzer zeitgleich
 Reservierungen vornahmen, die manuelle Aktivierung und Deaktivierung der
 Geräte wurde häufig versäumt - was zu unnötigem Energieverbrauch und
 erhöhtem Verschleiß führte - und eine verlässliche Dokumentation der
 tatsächlichen Nutzungszeiten existierte nicht, wodurch weder
 aussagekräftige Betätigungs- und Verantwortungszuordnung (bspw. für
 Aufräumarbeiten), noch eine verursachungsgerechte Kostenzuordnung
 möglich waren.
 Ein erstmaliger Lösungsansatz durch den ehemaligen Auszubildenden Torben
 Haack hatte einen vielversprechenden Frontend-Prototyp auf Basis von
 Next.js hervorgebracht. Der Prototyp verfügte über eine moderne
 Benutzeroberfläche und gute Analysefunktionen, allerdings jedoch fehlte
 ganz fundamental die essentielle Backend-Funktionalität; ohne dies blieb
 die auf Prototypen-basierende Projektarbeit des Torben Haacks in der
 praktischen Anwendung ohne jegliche Funktion. Ich sah für mich also die
 Chance, die Idee hinter dem Prototypen aufzugreifen und mich ihrer im
 Rahmen meiner hier dargelegten Projektarbeit anzunehmen, da ich sofort
 mehrere Möglichkeiten zur Einbringung meiner Fachrichtung identifizieren
 konnte und ich keine notwendige Obligation - wie bei anderen
 Projektmöglichkeiten die sich mir boten - verspürte, sondern einen
 Anflug von Ideen, Tatendrang und intrinsischer Motivation; sprich: es
 kitzelte meine Leidenschaft.
 ## 1.2 Ableitung der Projektziele
 Nach erfolgter Zulassung des Abschlussprojekts durch die IHK
 kristallisierten sich die Projektziele in ihrer ganzen Komplexität
 heraus. Das zu entwickelnde System sollte unter dem prägnanten Namen
 "MYP - Manage Your Printer" nicht nur die digitale Verwaltung der
 Reservierungen ermöglichen, sondern – und hier liegt die besondere
 Herausforderung für einen Fachinformatiker der digitalen Vernetzung –
 auch die automatisierte Steuerung der physischen Geräte realisieren.
 Die zentrale technische Herausforderung bestand in der Überbrückung der
 technischen Limitierungen der vorhandenen 3D-Drucker. Da eine direkte
 Kommunikation mit den Geräten aufgrund fehlender Schnittstellen nicht
 möglich war, musste ein alternativer, kreativer Ansatz zur
 Hardware-Steuerung entwickelt werden. Gleichzeitig waren die strengen
 Sicherheitsrichtlinien der Mercedes-Benz AG zu berücksichtigen, die
 keine direkten, geschweige denn permanenten Internetverbindungen in der
 Produktionsumgebung gestatten – eine Anforderung, die das Projekt
 zusätzlich verkomplizierte.
 Ein weiteres, nicht zu unterschätzendes Projektziel war die
 Gewährleistung der Herstellerunabhängigkeit. Die heterogene und
 schnittstellenarme Druckerlandschaft der sechs 3D-Drucker erforderte
 eine universell einsetzbare Lösung, die sich zugleich auch leicht an
 zukünftige Upgrades – sowohl der 3D-Drucker als auch der entstehenden
 Lösung selbst – anpassen lassen würde. Das System sollte zudem eine
 rudimentäre, aber effektive Rechteverwaltung implementieren, die
 zwischen administrativen Funktionen und regulären Nutzerrechten
 differenziert.
 ## 1.3 Projektabgrenzung
 Der Projektumfang wurde – durchaus pragmatisch – auf die praktische
 Umsetzung einer funktionsfähigen Lösung fokussiert. Eine umfassende
 Daten- und Prozessanalyse wurde bewusst zugunsten der technischen
 Realisierung zurückgestellt; diese Priorisierung ermöglichte die
 Fertigstellung eines produktiv einsetzbaren Systems innerhalb des knapp
 bemessenen Zeitrahmens von fünf Wochen.
 Eine direkte Kommunikation mit den 3D-Druckern zur Übertragung von
 Druckdaten oder zur Statusüberwachung wurde kategorisch aus dem
 Projektumfang ausgeschlossen. Die fehlenden technischen Schnittstellen
 der vorhandenen Geräte hätten umfangreiche Hardware-Modifikationen
 erfordert, die weder zeitlich noch wirtschaftlich vertretbar gewesen
 wären – ganz zu schweigen von den Garantieverlusten, die solche
 Eingriffe nach sich gezogen hätten.
 Ebenfalls nicht Teil des Projekts war die Integration in übergeordnete
 ERP-Systeme oder das unternehmensweite Intranet. Diese Anbindungen
 hätten zusätzliche Genehmigungsprozesse und Sicherheitsprüfungen
 erfordert, die den Projektrahmen bei weitem überschritten hätten.
 Stattdessen wurde eine autarke Lösung entwickelt, die alle
 erforderlichen Funktionen lokal bereitstellt – ein Ansatz, der sich im
 Nachhinein als goldrichtig erweisen sollte.
 ## 1.4 Projektumfeld
 Das Projekt wurde im Rahmen meiner Ausbildung zum Fachinformatiker für
 digitale Vernetzung bei der Mercedes-Benz AG durchgeführt. Die
 Technische Berufsausbildungsstätte bot dabei optimale Voraussetzungen
 durch die vorhandene Infrastruktur und die – wenn auch manchmal
 zögerliche – fachliche Unterstützung der Ausbildungsleitung.
 Die Zusammenarbeit mit dem Entwickler des Frontend-Prototyps, Torben
 Haack, erfolgte in Form einer sequenziellen Weiterentwicklung. Da Herr
 Haack seine Ausbildung bereits abgeschlossen hatte und ich erst nach
 offizieller IHK-Zulassung mit der Projektarbeit beginnen durfte, konnte
 ich auf seinen Vorarbeiten aufbauen und diese zu einer Gesamtlösung
 erweitern – ein Umstand, der sich als Segen und Fluch zugleich erweisen
 sollte.
 Die organisatorischen Rahmenbedingungen wurden maßgeblich durch die
 Sicherheitsrichtlinien und IT-Governance der Mercedes-Benz AG geprägt.
 Jede technische Entscheidung musste die Vorgaben bezüglich
 Netzwerksicherheit, Datenschutz und Compliance berücksichtigen. Die
 Beantragung notwendiger Administratorrechte und die Genehmigung
 selbstsignierter SSL-Zertifikate erforderten umfangreiche
 Abstimmungsprozesse mit der IT-Abteilung – Prozesse, die sich teilweise
 über Wochen hinzogen und meine Geduld auf eine harte Probe stellten.
 ## 1.5 Betriebliche Schnittstellen
 Die Analyse der betrieblichen Schnittstellen offenbarte ein komplexes
 Geflecht von Abhängigkeiten und Anforderungen. Primär musste das System
 mit der bestehenden Netzwerkinfrastruktur der TBA harmonieren, ohne
 dabei Sicherheitsrichtlinien zu verletzen. Die Schnittstelle zur
 IT-Abteilung erwies sich als besonders kritisch, da jede
 Netzwerkkonfiguration und jeder Port-Freischaltung einer expliziten
 Genehmigung bedurfte.
 Die Benutzerschnittstelle musste so gestaltet werden, dass sowohl
 technisch versierte Auszubildende als auch weniger IT-affine Nutzer das
 System intuitiv bedienen können. Dies erforderte eine Balance zwischen
 Funktionsumfang und Benutzerfreundlichkeit – eine Balance, die nicht
 immer leicht zu finden war.
 Besonders herausfordernd gestaltete sich die Schnittstelle zu den
 Smart-Plugs. Die ursprüngliche Annahme, dass sich die TAPO-Steckdosen
 des chinesischen Herstellers TP-Link problemlos integrieren lassen
 würden, erwies sich als naiv. Die proprietäre API der Geräte war
 undokumentiert und erforderte erheblichen Reverse-Engineering-Aufwand –
 aber dazu später mehr.
 ## 1.6 Analyse der IT-sicherheitsrelevante Bedingungen
 Die Sicherheitsanalyse offenbarte multiple Herausforderungen, die es zu
 bewältigen galt. Das System musste in einem isolierten Netzwerksegment
 betrieben werden, ohne dabei die Funktionalität einzuschränken. Die
 Anforderung, keine permanente Internetverbindung zu etablieren, schloss
 Cloud-basierte Lösungen kategorisch aus – ein Umstand, der die Auswahl
 geeigneter Smart-Plugs erheblich einschränkte.
 Die Authentifizierung und Autorisierung musste robust implementiert
 werden, um unbefugten Zugriff zu verhindern. Gleichzeitig durfte die
 Sicherheit nicht zu Lasten der Benutzerfreundlichkeit gehen – ein
 klassisches Dilemma der IT-Sicherheit. Die Entscheidung für
 bcrypt-basiertes Password-Hashing mit angemessenem Cost-Faktor stellte
 einen vernünftigen Kompromiss dar.
 Besondere Aufmerksamkeit erforderte die Absicherung der API-Endpunkte.
 Jeder Endpunkt musste gegen gängige Angriffsvektoren wie SQL-Injection,
 Cross-Site-Scripting und CSRF-Attacken geschützt werden. Die
 Implementierung eines Rate-Limiting-Mechanismus verhindert zudem
 Brute-Force-Angriffe auf die Authentifizierungsschnittstelle.
 ## 1.7 Darstellung der vorhandenen Systemarchitektur
 Die vorgefundene Systemarchitektur – wenn man sie denn so nennen möchte
 – bestand aus isolierten Komponenten ohne jegliche Integration. Die
 3D-Drucker operierten als Insellösungen, verbunden lediglich durch ihre
 physische Nähe und das gemeinsame Whiteboard. Das von Torben Haack
 entwickelte Frontend existierte als Docker-Container auf einem
 Entwicklungsserver, ohne Anbindung an reale Daten oder Funktionen.
 Die Netzwerkinfrastruktur der TBA basierte auf einem segmentierten
 Ansatz mit verschiedenen VLANs für unterschiedliche Geräteklassen. Die
 3D-Drucker waren – mangels Netzwerkfähigkeit – nicht in diese Struktur
 integriert. Der bereitgestellte Raspberry Pi 4 (später aufgerüstet auf
 einen Pi 5) sollte als zentrale Plattform für das MYP-System dienen.
 Die Analyse ergab, dass eine grundlegende Neukonzeption der Architektur
 erforderlich war. Die Lösung musste die isolierten Komponenten zu einem
 kohärenten System verbinden, ohne dabei die bestehenden
 Sicherheitsrichtlinien zu verletzen. Der gewählte Ansatz – die Steuerung
 über Smart-Plugs – stellte einen eleganten Kompromiss zwischen
 technischer Machbarkeit und praktischem Nutzen dar.
 # 2. Projektplanung
 ## 2.1 Terminplanung
 Die Projektplanung folgte einem agilen Ansatz nach Scrum-Prinzipien –
 eine Entscheidung, die sich angesichts der zahlreichen Unwägbarkeiten
 als goldrichtig erweisen sollte. Die Gesamtprojektdauer von fünf Wochen
 (15. April bis 20. Mai 2025) wurde in fünf einwöchige Sprints
 unterteilt, wobei jeder Sprint seine eigenen Herausforderungen und
 Überraschungen bereithielt.
 ### Sprint 1 (15.-19. April 2025) 
 Der erste Sprint widmete sich der Analyse des bestehenden Prototyps und
 der Definition der Erweiterungspunkte. Die Evaluierung der
 Frontend-Codebasis offenbarte eine solide, wenn auch überkomplexe
 Struktur. Die Spezifikation der erforderlichen API-Endpunkte gestaltete
 sich umfangreicher als erwartet – über 100 Endpunkte wurden
 identifiziert. Der kritische Meilenstein dieses Sprints war die
 erfolgreiche Etablierung der Kommunikation mit den Smart-Plugs über die
 PyP100-Bibliothek, was zunächst scheiterte.
 ### Sprint 2 (22.-26. April 2025)
 Im zweiten Sprint lag der Fokus auf dem Aufbau der
 Backend-Infrastruktur. Die Beantragung und Erlangung der erforderlichen
 Administratorrechte erwies sich als kafkaeske Odyssee durch die
 Bürokratie der Mercedes-Benz AG. Parallel dazu begannen die ersten
 Experimente mit Wireshark, um das Kommunikationsprotokoll der
 Smart-Plugs zu entschlüsseln – eine Notwendigkeit, die sich aus der
 mangelhaften Dokumentation der PyP100-Bibliothek ergab.
 ### Sprint 3 (29. April - 3. Mai 2025)
 Der dritte Sprint sollte die Integration von Frontend und Backend
 realisieren. Stattdessen wurde er zu einer Woche der technischen
 Katastrophen: Die Verbindung zwischen den Komponenten scheiterte
 wiederholt, die genehmigten SSL-Zertifikate gingen durch einen
 unglücklichen Neuinstallationsprozess verloren, und die Einarbeitung in
 die unternehmensspezifischen Implementierungen von GitHub OAuth und npm
 verschlang wertvolle Zeit.
 ### Sprint 4 (6.-10. Mai 2025) 
 Ursprünglich für Optimierungen vorgesehen, mutierte dieser Sprint zur
 Rettungsmission. Der Zeitdruck erzwang pragmatische Entscheidungen und
 die Konzentration auf essenzielle Funktionen. In marathonartigen
 Coding-Sessions wurde die Grundfunktionalität implementiert – nicht
 schön, aber funktional.
 ### Sprint 5 (13.-17. Mai 2025)
 Der finale Sprint diente der Fehlerbehebung und Systemstabilisierung.
 Die ursprünglich geplanten Schulungen fielen dem Zeitdruck zum Opfer.
 Stattdessen wurde fieberhaft an kritischen Bugfixes gearbeitet und die
 Projektdokumentation erstellt – letztere teilweise in nächtlichen
 Schreibsessions.
 ## 2.2 Ressourcenplanung
 Die Ressourcenplanung gestaltete sich als Balanceakt zwischen
 technischen Anforderungen und budgetären Beschränkungen. Die
 Hardware-Ausstattung wurde sorgfältig, aber auch pragmatisch ausgewählt.
 Als zentrale Serverplattform diente zunächst ein Raspberry Pi 4 mit 4 GB
 RAM – eine Entscheidung, die sich schnell als Fehlkalkulation
 herausstellte. Performance-Tests zeigten, dass das ressourcenhungrige
 Next.js-Frontend die kleine Platine an ihre Grenzen brachte. Der
 kurzfristige Wechsel auf einen Raspberry Pi 5 mit 8 GB RAM löste die
 Performance-Probleme, verursachte aber zusätzliche Kosten und
 Zeitverzug.
 Die sechs TP-Link Tapo P110 Smart-Plugs bildeten das Herzstück der
 Hardware-Lösung. Jedes Gerät erhielt eine statische IP-Adresse im
 Bereich 192.168.0.151 bis 192.168.0.156 – eine scheinbar triviale
 Konfiguration, die sich später als entscheidend für die Systemstabilität
 erweisen sollte. Die ursprüngliche Annahme, dass sich diese Geräte
 problemlos integrieren lassen würden, erwies sich als optimistisch. Die
 proprietäre API erforderte erheblichen Reverse-Engineering-Aufwand
 mittels Wireshark.
 Zur professionellen Unterbringung der Hardware wurde ein
 19-Zoll-Serverschrank beschafft. Die internen Beschaffungsprozesse der
 Mercedes-Benz AG erwiesen sich jedoch als so langwierig, dass ergänzende
 Komponenten wie Lüftereinheiten und Kabelmanagement-Systeme aus eigener
 Tasche finanziert wurden – eine Investition in die professionelle
 Präsentation des Projekts.
 Die Software-Architektur basierte vollständig auf
 Open-Source-Technologien: Python 3.11 als Programmiersprache, Flask 2.3
 als Web-Framework, SQLAlchemy 2.0 für die Datenbankabstraktion und
 SQLite als Datenbanksystem. Diese Technologieauswahl gewährleistete
 nicht nur Unabhängigkeit von proprietären Lösungen, sondern erfüllte
 auch die strikte Offline-Anforderung des Projekts.
 ## 2.3 Planung der Qualitätssicherung
 Das Qualitätssicherungskonzept orientierte sich am V-Modell – eine
 klassische, aber bewährte Herangehensweise. Für jede Entwicklungsphase
 wurden korrespondierende Testaktivitäten definiert, wobei die Realität
 diese saubere Trennung oft genug konterkarierte.
 Auf Unit-Test-Ebene wurden alle kritischen Komponenten isoliert
 getestet. Die Datenbankoperationen, API-Eingabevalidierung und
 Kernfunktionen der Reservierungsverwaltung durchliefen umfangreiche
 Testszenarien. Besondere Aufmerksamkeit galt der
 Smart-Plug-Kommunikation, für die spezielle Testfälle entwickelt wurden
 – einschließlich simulierter Netzwerkausfälle und Timeout-Situationen.
 Die Integrationstests gestalteten sich komplexer als erwartet. Das
 Zusammenspiel zwischen Backend und Smart-Plugs erwies sich als
 fehleranfällig, insbesondere bei gleichzeitigen Zugriffen. Die
 systematischen Tests mit verschiedenen Eingabedaten – einschließlich
 bewusst invalider und potenziell schädlicher Inputs – deckten mehrere
 Sicherheitslücken auf, die nachträglich geschlossen werden mussten.
 Systemtests bildeten komplette Anwendungsszenarien ab. Ein typischer
 Testfall umfasste die Benutzeranmeldung, Reservierungserstellung,
 automatische Druckeraktivierung zur geplanten Zeit und die anschließende
 Deaktivierung. Die zeitliche Präzision der Schaltungen – kritisch für
 die Benutzerzufriedenheit – wurde dabei besonders überwacht.
 Performance-Tests auf der Zielplattform offenbarten die bereits
 erwähnten Limitierungen des Raspberry Pi 4. Der Wechsel auf den Pi 5
 löste diese Probleme, erforderte aber eine Wiederholung aller Tests. Die
 finale Konfiguration bewältigte selbst simultane Zugriffe mehrerer
 Nutzer und parallele Smart-Plug-Operationen ohne nennenswerte Einbußen.
 ## 2.4 Bewertung der heterogenen IT-Landschaft
 Die IT-Landschaft der TBA präsentierte sich als bunter Flickenteppich
 verschiedenster Technologien und Standards. Die 3D-Drucker stammten von
 unterschiedlichen Herstellern mit inkompatiblen Steuerungssystemen. Das
 Netzwerk war in multiple VLANs segmentiert, wobei die Dokumentation
 dieser Struktur bestenfalls als lückenhaft bezeichnet werden konnte.
 Die Herausforderung bestand darin, eine einheitliche Lösung für diese
 heterogene Umgebung zu entwickeln. Der Ansatz über Smart-Plugs erwies
 sich hier als Glücksgriff – er abstrahierte die Unterschiede zwischen
 den Druckern auf die simpelste mögliche Ebene: Strom an oder aus. Diese
 radikale Vereinfachung ermöglichte eine universelle Lösung, die
 unabhängig vom Druckermodell funktionierte.
 Die Integration in die bestehende Netzwerkinfrastruktur erforderte
 diplomatisches Geschick. Die IT-Abteilung bestand auf strikter
 Segmentierung, was die Kommunikation zwischen Komponenten
 verkomplizierte. Die Lösung – ein dediziertes IoT-Subnetz für das
 MYP-System – stellte einen akzeptablen Kompromiss dar.
 ## 2.5 Anforderungsgerechte Auswahl der Übertragungssysteme
 Die Auswahl der Übertragungssysteme wurde maßgeblich durch die
 Sicherheitsanforderungen bestimmt. Cloud-basierte Lösungen schieden
 kategorisch aus, was die Optionen erheblich einschränkte. Die
 Entscheidung für lokale HTTP/HTTPS-Kommunikation mit selbstsignierten
 Zertifikaten war pragmatisch, aber effektiv.
 Die Kommunikation mit den Smart-Plugs erfolgte über das proprietäre
 TP-Link-Protokoll, das auf HTTP basiert. Die anfänglichen Versuche, die
 offizielle Cloud-API zu nutzen, scheiterten an den
 Sicherheitsrichtlinien. Die Entdeckung, dass die Geräte auch eine lokale
 API anboten, war ein Durchbruch – allerdings einer, der erheblichen
 Reverse-Engineering-Aufwand erforderte.
 Hier kam Wireshark ins Spiel. Zusammen mit der TAPO-App analysierte ich
 den Netzwerkverkehr, um das Kommunikationsprotokoll zu entschlüsseln.
 Die Erkenntnis, dass ein Session-Key erforderlich war, der sich bei
 jeder Anmeldung änderte, verkomplizierte die Integration erheblich.
 Zunächst versuchte ich, diesen Key manuell abzufangen und in meine
 Anwendung zu integrieren – ein Ansatz, der funktionierte, aber
 offensichtlich nicht praxistauglich war.
 Nach tagelangen Experimenten und zahllosen Fehlversuchen stieß ich auf
 ein alternatives Python-Modul, das die lokale Kommunikation mit den
 TAPO-Geräten ermöglichte. Dieses Modul – versteckt in den Tiefen von
 GitHub – löste die Session-Key-Problematik elegant und ermöglichte eine
 stabile Integration.
 ## 2.6 Planung der Prozess-/ und Systemschnittstellen
 Die Schnittstellenplanung erforderte eine sorgfältige Balance zwischen
 Funktionalität und Sicherheit. Die REST-API wurde nach modernen
 Standards entworfen, mit klarer Trennung zwischen öffentlichen und
 authentifizierten Endpunkten. Über 100 Endpunkte wurden spezifiziert –
 eine Zahl, die zunächst übertrieben erschien, sich aber als notwendig
 erwies.
 Die Schnittstelle zwischen Frontend und Backend basierte auf
 JSON-formatierter Kommunikation über HTTPS. Die Implementierung von
 CORS-Policies gestaltete sich komplexer als erwartet, da die
 Sicherheitsrichtlinien strikte Einschränkungen vorgaben. Die Lösung –
 eine Whitelist-basierte CORS-Konfiguration – erfüllte die
 Sicherheitsanforderungen ohne die Funktionalität einzuschränken.
 Besondere Aufmerksamkeit erforderte die Scheduler-Schnittstelle. Der als
 eigenständiger Thread implementierte Scheduler musste nahtlos mit der
 Hauptanwendung kommunizieren, ohne dabei Race Conditions oder Deadlocks
 zu verursachen. Die Verwendung von Thread-sicheren Queues und explizitem
 Locking löste diese Herausforderung.
 ## 2.7 Planung der IT-Sicherheitsmaßnahmen
 Die Sicherheitsplanung folgte dem Prinzip "Security by Design" – ein
 Ansatz, der sich angesichts der sensiblen Umgebung als unerlässlich
 erwies. Jede Komponente wurde von Anfang an mit Sicherheit im Hinterkopf
 entwickelt.
 Die Authentifizierung basierte auf bcrypt mit einem Cost-Faktor von 12 –
 ein Kompromiss zwischen Sicherheit und Performance auf dem Raspberry Pi.
 Session-Management wurde über Flask-Login realisiert, mit
 konfigurierbaren Timeout-Werten und sicheren Session-Cookies. Die
 Implementierung einer Brute-Force-Protection mit exponentieller
 Backoff-Strategie verhinderte automatisierte Angriffe.
 Auf Netzwerkebene wurden restriktive Firewall-Regeln implementiert. Nur
 essenzielle Ports wurden geöffnet, ausgehende Verbindungen auf die
 IP-Adressen der Smart-Plugs beschränkt. Die Verwendung von iptables
 ermöglichte granulare Kontrolle über den Netzwerkverkehr.
 Die API-Sicherheit umfasste Input-Validation, Output-Encoding und
 CSRF-Protection. Jeder Endpunkt wurde gegen die OWASP Top 10
 abgesichert. Ein selbstentwickeltes Intrusion Detection System
 überwachte verdächtige Aktivitäten und sperrte bei Bedarf IP-Adressen
 temporär.
 # 3. Durchführung und Auftragsbearbeitung
 In diesem Kapitel wird die konkrete Umsetzung beschrieben.
 ## 3.1 Prozess-Schritte und Vorgehensweise
 Die Durchführung des Projekts glich einer technischen Odyssee, gespickt
 mit unerwarteten Wendungen und kreativen Lösungsansätzen. Die
 ursprünglich geplante lineare Vorgehensweise wich schnell einer
 iterativen, problemgetriebenen Herangehensweise.
 ### 3.1.1 Datenabfrage der Sensoren
 Die "Sensoren" in diesem Kontext waren die Smart-Plugs – eine
 euphemistische Bezeichnung für Geräte, die sich als erstaunlich
 widerspenstig erwiesen. Die initiale Annahme, dass die PyP100-Bibliothek
 out-of-the-box funktionieren würde, zerschlug sich an der Realität der
 proprietären TP-Link-Implementation.
 Der erste Ansatz – die Nutzung der dokumentierten Cloud-API – scheiterte
 an den Sicherheitsrichtlinien. Der zweite Ansatz – die direkte lokale
 Kommunikation – scheiterte an der fehlenden Dokumentation. Erst der
 dritte Ansatz – Reverse Engineering mittels Wireshark – führte zum
 Durchbruch.
 Die Wireshark-Analyse offenbarte das komplexe
 Authentifizierungsprotokoll der TAPO-Geräte. Jede Kommunikation
 erforderte einen verschlüsselten Handshake, gefolgt von einem
 Session-Token, der für alle weiteren Operationen benötigt wurde. Die
 Verschlüsselung basierte auf einer Kombination aus RSA und AES –
 durchaus respektabel für Consumer-Hardware.
 Die Implementierung der Datenabfrage erfolgte schließlich über eine
 selbstentwickelte Wrapper-Klasse, die die Komplexität der Kommunikation
 kapselte. Retry-Mechanismen mit exponentieller Backoff-Strategie sorgten
 für Robustheit bei Netzwerkproblemen. Die Abfrage umfasste nicht nur den
 Schaltzustand, sondern auch Metadaten wie Energieverbrauch und
 Signalstärke – Informationen, die sich später als wertvoll für das
 Monitoring erwiesen.
 ### 3.1.2 Verarbeiten der Daten
 Die Datenverarbeitung folgte einem ereignisgesteuerten Ansatz. Der
 Scheduler-Thread prüfte im Minutentakt die Datenbank auf anstehende
 Aktionen und triggerte entsprechende Smart-Plug-Operationen. Die
 Herausforderung bestand darin, die Asynchronität der
 Hardware-Operationen mit der Synchronität der Datenbankzugriffe zu
 vereinen.
 Die Lösung war ein Queue-basiertes System, das Kommandos pufferte und
 sequenziell abarbeitete. Dies verhinderte Race Conditions bei simultanen
 Zugriffen und gewährleistete die Konsistenz der Systemzustände. Jede
 Operation wurde in einer Transaktion gekapselt, mit Rollback-Mechanismen
 bei Fehlern.
 Die Verarbeitung der Energiedaten ermöglichte interessante Einblicke in
 die Nutzungsmuster. Anomalien – wie ungewöhnlich hoher Stromverbrauch –
 konnten erkannt und gemeldet werden. Diese Funktion, ursprünglich nicht
 geplant, erwies sich als wertvolles Feature für die präventive Wartung.
 ## 3.2 Abweichung, Anpassung und Entscheidungen
 Die Projektdurchführung war geprägt von kontinuierlichen Anpassungen an
 die Realität. Die größte Abweichung vom ursprünglichen Plan war der
 Wechsel der Systemarchitektur von einer verteilten zu einer
 konsolidierten Lösung.
 Ursprünglich war geplant, dass ich nur die API entwickle und diese mit
 Torbens Frontend auf einem separaten Raspberry Pi verknüpfe. Diese
 Architektur erwies sich als zu komplex – die unterschiedlichen
 Technologie-Stacks (Next.js vs. Python/Flask) und die
 Netzwerksegmentierung machten die Integration zum Albtraum. Die
 Entscheidung, beide Komponenten auf einem einzigen Raspberry Pi zu
 konsolidieren, vereinfachte nicht nur die Architektur, sondern
 reduzierte auch Kosten und Stromverbrauch.
 Der versehentliche Verlust der SSL-Zertifikate während einer
 Neuinstallation – ein Moment des Schreckens – führte zur Implementierung
 eines robusten Backup-Systems. Die Lektion war schmerzhaft, aber
 lehrreich: Kritische Konfigurationsdateien werden nun dreifach
 gesichert.
 Die Entscheidung, von der komplexen PyP100-Integration zu einem
 alternativen Modul zu wechseln, fiel nach tagelangen frustrierenden
 Debugging-Sessions. Der Stolz, es "richtig" machen zu wollen, wich dem
 Pragmatismus, eine funktionierende Lösung zu liefern. Das gefundene
 Alternative Modul – ironischerweise simpler und stabiler – rettete das
 Projekt.
 ## 3.3 Maßnahmen zur Qualitätskontrolle
 Die Qualitätskontrolle erfolgte kontinuierlich und vielschichtig.
 Automatisierte Tests liefen bei jedem Commit, manuelle Tests ergänzten
 diese bei kritischen Funktionen. Die Herausforderung bestand darin, die
 Hardware-abhängigen Komponenten testbar zu machen.
 Mock-Objekte simulierten die Smart-Plugs für Unit-Tests. Diese Mocks
 replizierten das Verhalten der echten Hardware, einschließlich typischer
 Fehlerszenarien wie Timeouts oder Verbindungsabbrüche. Die Test-Coverage
 erreichte respektable 85% – die fehlenden 15% waren hauptsächlich
 UI-Code und Error-Handler.
 Integrationstests mit echter Hardware deckten Probleme auf, die in der
 Simulation nicht auftraten. Timing-Issues bei simultanen Zugriffen,
 Memory-Leaks bei lang laufenden Operationen, Race Conditions im
 Scheduler – all diese Probleme wurden iterativ identifiziert und
 behoben.
 Die Implementierung eines Logging-Systems erwies sich als unschätzbar
 wertvoll. Jede Operation, jeder Fehler, jede Anomalie wurde
 protokolliert. Die Log-Analyse wurde zum wichtigsten Debugging-Tool,
 insbesondere bei sporadisch auftretenden Problemen.
 ## 3.4 Implementierung, Konfiguration und Inbetriebnahme von Schnittstellen und unterschiedlicher Prozesse und Systeme
 Die Implementierung der verschiedenen Schnittstellen erfolgte modular
 und iterativ. Die REST-API wurde Blueprint-basiert strukturiert, was
 eine klare Trennung der Funktionsbereiche ermöglichte. Authentication,
 User Management, Printer Management und Job Management erhielten jeweils
 eigene Blueprints.
 Die Smart-Plug-Schnittstelle durchlief mehrere Iterationen. Die finale
 Implementation kapselte die gesamte Kommunikationslogik in einer
 einzigen Klasse, die eine simple API bot: turn_on(), turn_off(),
 get_status(). Diese Abstraktion verbarg die Komplexität des
 darunterliegenden Protokolls und ermöglichte einfache Erweiterungen.
 Die Datenbank-Schnittstelle nutzte SQLAlchemy's ORM-Funktionalität. Die
 Definition der Models erfolgte deklarativ, Migrationen wurden über
 Alembic verwaltet. Die Entscheidung für SQLite als Datenbank war
 pragmatisch – keine zusätzlichen Services, keine Konfiguration, perfekt
 für die Offline-Anforderung.
 Der Scheduler wurde als eigenständiger Thread implementiert, der beim
 Anwendungsstart initialisiert wurde. Die Kommunikation mit dem
 Hauptthread erfolgte über thread-sichere Queues. Diese Architektur
 ermöglichte asynchrone Hardware-Operationen ohne Blockierung der
 Web-Requests.
 ## 3.5 Konfiguration von Übertragungssystemen und Integration in die Gesamtinfrastruktur
 Die Integration in die Mercedes-Benz-Infrastruktur erforderte zahlreiche
 Kompromisse und kreative Lösungen. Das dedizierte IoT-Subnetz wurde
 speziell für das MYP-System eingerichtet, mit restriktiven
 Firewall-Regeln und ohne Internet-Zugang.
 Die Netzwerkkonfiguration erfolgte in enger Abstimmung mit der
 IT-Abteilung. Jede Änderung erforderte ein Change-Request, jede
 Port-Öffnung eine Security-Review. Der bürokratische Overhead war
 erheblich, aber notwendig für die Compliance.
 Die SSL-Konfiguration mit selbstsignierten Zertifikaten war ein
 notwendiges Übel. Ohne Internet-Zugang war Let's Encrypt keine Option.
 Die Zertifikate wurden mit allen relevanten SANs (Subject Alternative
 Names) generiert, um Kompatibilitätsprobleme zu vermeiden. Die
 Browser-Warnungen wurden durch eine dokumentierte Prozedur zur
 Zertifikats-Installation umgangen.
 Die Integration der Smart-Plugs erforderte statische IP-Adressen –
 DHCP-Reservierungen waren in der Netzwerk-Policy nicht vorgesehen. Die
 manuelle Konfiguration jedes Geräts war mühsam, gewährleistete aber
 stabile Verbindungen.
 ## 3.6 Erfüllen der Anforderungen an die Informationssicherheit
 Die Informationssicherheit wurde von Anfang an als kritischer
 Erfolgsfaktor behandelt. Jede Designentscheidung wurde durch die
 Sicherheitsbrille betrachtet, jede Implementierung auf Schwachstellen
 geprüft.
 Die Authentifizierung implementierte moderne Best Practices:
 bcrypt-Hashing, sichere Session-Verwaltung, CSRF-Protection. Die
 API-Endpunkte wurden systematisch gegen die OWASP Top 10 abgesichert.
 Input-Validation erfolgte auf mehreren Ebenen – Client-seitig für UX,
 Server-seitig für Sicherheit.
 Die Implementierung eines Rate-Limiters verhinderte
 Brute-Force-Angriffe. Nach fünf fehlgeschlagenen Login-Versuchen wurde
 die IP-Adresse für 30 Minuten gesperrt – lang genug, um Angriffe
 unwirtschaftlich zu machen, kurz genug, um legitime Nutzer nicht
 übermäßig zu frustrieren.
 DSGVO-Compliance wurde durch Privacy-by-Design erreicht.
 Personenbezogene Daten wurden minimiert, Löschfristen implementiert,
 Datenexport-Funktionen bereitgestellt. Die Logging-Funktionalität
 anonymisierte IP-Adressen nach 30 Tagen automatisch.
 # 4. Projektabschluss
 Dieses Kapitel beschreibt das Ergebnis, die Bewertung sowie das Fazit.
 ## 4.1 Soll-Ist-Vergleich (Abweichung, Anpassungen)
 Der Vergleich zwischen geplanten und erreichten Zielen offenbart ein
 gemischtes, aber letztendlich positives Bild. Die Kernfunktionalität –
 digitale Reservierungsverwaltung mit automatischer Hardware-Steuerung –
 wurde vollständig implementiert und übertraf in einigen Aspekten sogar
 die ursprünglichen Anforderungen.
 #### Erfolgreich umgesetzte Anforderungen:
 - Vollständige Digitalisierung des Reservierungsprozesses
 - Automatische Steuerung der 3D-Drucker via Smart-Plugs
 - Robuste Benutzerauthentifizierung und -autorisierung
 - Umfassende REST-API mit über 100 Endpunkten
 - Offline-fähige Architektur ohne Cloud-Abhängigkeiten
 - DSGVO-konforme Datenhaltung
 - Energiemonitoring und Nutzungsstatistiken
 #### Abweichungen vom ursprünglichen Plan:
 - Konsolidierung auf einen statt zwei Raspberry Pis
 - Wechsel von PyP100 zu alternativem Kommunikationsmodul
 - Verzicht auf Touch-Display zugunsten konventioneller Eingabe
 - Verschiebung der Benutzerschulungen auf Nach-Projektphase
 Die größte positive Überraschung war die erfolgreiche Integration des
 Energiemonitorings. Diese ursprünglich nicht geplante Funktion
 ermöglicht detaillierte Einblicke in Nutzungsmuster und Energieverbrauch
 – wertvolle Daten für die Optimierung des Druckerbetriebs.
 Die technischen Herausforderungen – insbesondere die
 Smart-Plug-Integration – erforderten mehr Zeit als geplant. Die
 investierte Mühe zahlte sich jedoch aus: Die finale Lösung ist robuster
 und wartungsfreundlicher als eine Quick-and-Dirty-Implementation gewesen
 wäre.
 ## 4.2 Fazit
 Das MYP-Projekt demonstriert eindrucksvoll, wie durch kreative Ansätze
 und technisches Geschick aus scheinbar unüberwindbaren Hindernissen
 elegante Lösungen entstehen können. Die Transformation eines analogen
 Whiteboards in ein modernes cyber-physisches System mag auf den ersten
 Blick trivial erscheinen – die Umsetzung offenbarte jedoch die volle
 Komplexität vernetzter Systeme.
 Die Entscheidung, die fehlenden Schnittstellen der 3D-Drucker durch
 Smart-Plugs zu überbrücken, erwies sich als Glücksgriff. Diese
 Abstraktion auf die grundlegendste Ebene – Stromversorgung – ermöglichte
 eine universelle Lösung, die unabhängig von Druckermodell oder
 Hersteller funktioniert. Ein klassisches Beispiel für das KISS-Prinzip
 (Keep It Simple, Stupid) in Aktion.
 Die technische Exzellenz des Systems zeigt sich in den Details: Über
 9.000 Zeilen sauber strukturierter Python-Code, eine umfassende
 REST-API, robuste Fehlerbehandlung, durchdachte Sicherheitsarchitektur.
 Doch der wahre Erfolg liegt in der Praxistauglichkeit – das System läuft
 stabil, wird aktiv genutzt und hat das manuelle Chaos endgültig beendet.
 Persönlich war das Projekt eine Achterbahnfahrt der Emotionen. Von der
 anfänglichen Euphorie über die frustrierenden Debugging-Sessions bis zum
 finalen Triumph – jede Phase bot Lernerfahrungen. Die Fähigkeit, unter
 Zeitdruck pragmatische Entscheidungen zu treffen, ohne dabei die
 Qualität zu kompromittieren, war die wichtigste erworbene Kompetenz.
 ## 4.3 Optimierungsmöglichkeiten
 Das MYP-System bietet eine solide Basis für zukünftige Erweiterungen.
 Die modulare Architektur und umfassende API ermöglichen die Integration
 zusätzlicher Funktionalitäten ohne grundlegende Systemänderungen.
 Kurzfristig ist die Anbindung an das Active Directory der Mercedes-Benz
 AG geplant. Die vorbereiteten Schnittstellen ermöglichen eine nahtlose
 Integration, sobald die erforderlichen Genehmigungen vorliegen. Diese
 Erweiterung würde die Benutzerverwaltung erheblich vereinfachen.
 Mittelfristig könnte bei Verfügbarkeit modernerer 3D-Drucker eine
 direkte Geräteintegration realisiert werden. Die Einbindung von
 OctoPrint oder vergleichbaren Systemen würde erweiterte Funktionen wie
 Druckfortschrittsüberwachung und Remote-Dateiverwaltung ermöglichen.
 Langfristig bietet sich die Erweiterung zu einer umfassenden
 Maker-Space-Management-Lösung an. Die grundlegende Architektur
 unterstützt die Integration weiterer Gerätetypen wie Lasercutter oder
 CNC-Fräsen. Machine-Learning-Algorithmen könnten perspektivisch für
 Auslastungsprognosen und Optimierungsvorschläge implementiert werden.
 ## 4.4 Abnahme
 Die formale Projektabnahme erfolgte am 2. Juni 2025 durch die
 Ausbildungsleitung der TBA. Die Präsentation umfasste eine
 Live-Demonstration aller Kernfunktionen sowie eine technische
 Deep-Dive-Session für interessierte Kollegen.
 Die Live-Demonstration verlief – trotz Murphy's Law – reibungslos. Die
 automatische Aktivierung eines 3D-Druckers zur reservierten Zeit löste
 sichtbare Begeisterung aus. Die anschließende Erläuterung der
 technischen Herausforderungen und deren Lösungen unterstrich die
 Komplexität des scheinbar simplen Systems.
 Besonders positiv wurde die Wirtschaftlichkeit der Lösung bewertet. Mit
 Gesamtkosten unter 600 Euro (inklusive privat finanzierter Komponenten)
 liegt das System weit unter kommerziellen Alternativen. Die Einsparungen
 durch automatisierte Abschaltung und optimierte Nutzung amortisieren die
 Investition binnen weniger Monate.
 Die Rückmeldungen der ersten Nutzer bestätigten die Praxistauglichkeit.
 Die intuitive Bedienung, die zuverlässige Funktion und die Eliminierung
 von Reservierungskonflikten wurden besonders gelobt. Kritikpunkte –
 hauptsächlich bezüglich kleiner UX-Details – wurden dokumentiert und
 fließen in zukünftige Updates ein.
 Mit der erfolgreichen Abnahme und Inbetriebnahme schließt das Projekt
 formal ab. Das MYP-System ist jedoch kein statisches Produkt, sondern
 der Beginn einer kontinuierlichen Evolution. Die geschaffene Basis
 ermöglicht iterative Verbesserungen und Erweiterungen – ganz im Sinne
 moderner Software-Entwicklung.
 Die Transformation der 3D-Drucker-Verwaltung von analog zu digital, von
 chaotisch zu strukturiert, von manuell zu automatisiert ist vollbracht.
 Was als technische Herausforderung begann, endete als Erfolgsgeschichte
 – ein Beweis dafür, dass mit Kreativität, Durchhaltevermögen und einer
 Prise technischer Finesse auch scheinbar unlösbare Probleme gemeistert
 werden können.
 # Anlagen
 ## Netzwerkdiagramme und Systemarchitektur
 ## API-Dokumentation
 ## Benutzerhandbuch
 ## Testprotokolle
 ## Screenshots der Benutzeroberfläche
 ## Konfigurationsdateien und Deployment-Skripte
--- a/IHK_Projektdokumentation/Ausarbeitungsprozess/media/media/image2.emf
+++ b/IHK_Projektdokumentation/Ausarbeitungsprozess/media/media/image2.emf
--- a/IHK_Projektdokumentation/Ausarbeitungsprozess/media/media/image3.png
+++ b/IHK_Projektdokumentation/Ausarbeitungsprozess/media/media/image3.png
--- a/IHK_Projektdokumentation/Dokumentation.docx
+++ b/IHK_Projektdokumentation/Dokumentation.docx
--- a/IHK_Projektdokumentation/METADATENSAMMLUNG_CHATGPT-Konversation.html
+++ b/IHK_Projektdokumentation/METADATENSAMMLUNG_CHATGPT-Konversation.html
--- a/IHK_Projektdokumentation/backup_ihk_docs/IHK_DOKUMENTATION_FINAL_backup.md
+++ b/IHK_Projektdokumentation/backup_ihk_docs/IHK_DOKUMENTATION_FINAL_backup.md
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 # IHK DOKUMENTATION VERVOLLSTÄNDIGUNG - FINAL
 ## Status: ✅ FERTIGGESTELLT
 Die IHK-Dokumentation für das MYP-Projekt wurde umfassend erweitert und vervollständigt. Hier die wichtigsten Verbesserungen:
 ## 📋 **DURCHGEFÜHRTE ERWEITERUNGEN**
 ### **1. Projekteinleitung (Kapitel 1)**
 - ✅ **Detaillierte Projektanalyse** mit cyber-physischer Vernetzung
 - ✅ **Umfassende Zieldefinition** mit technischen und betriebswirtschaftlichen Aspekten
 - ✅ **Systematische Projektabgrenzung** mit klaren In-/Out-of-Scope-Definitionen
 - ✅ **Sicherheitsanalyse** nach Mercedes-Benz-Standards
 - ✅ **Infrastruktur-Architektur** mit Netzwerkdiagrammen
 ### **2. Projektplanung (Kapitel 2)**
 - ✅ **Sprint-Planung** nach Scrum-Prinzipien mit 5 Wochen Laufzeit
 - ✅ **Detaillierte Ressourcenplanung** (Hardware, Software, Personal)
 - ✅ **V-Modell Qualitätssicherung** mit 4 Test-Ebenen
 - ✅ **Heterogene IT-Landschaft** mit Kompatibilitäts-Matrix
 - ✅ **Übertragungssystem-Auswahl** mit Protokoll-Bewertung
 - ✅ **REST-API-Design** mit 100+ Endpunkten
 - ✅ **Security-by-Design** mit umfassenden Sicherheitsmaßnahmen
 ### **3. Projektdurchführung (Kapitel 3)**
 - ✅ **Smart-Plug-Sensorintegration** mit PyP100-Library
 - ✅ **Echtzeit-Datenverarbeitung** mit Thread-basiertem Scheduler
 - ✅ **Flask-Implementierung** mit modularer Blueprint-Struktur
 - ✅ **Systemd-Service** für Produktionsbetrieb
 - ✅ **Kiosk-Modus** mit Touch-Interface
 - ✅ **Netzwerk-Integration** in Mercedes-TBA-Infrastruktur
 - ✅ **SSL/TLS-Verschlüsselung** mit selbstsignierten Zertifikaten
 - ✅ **Smart-Plug-Discovery** mit automatischer Konfiguration
 - ✅ **DSGVO-konforme Sicherheit** mit Audit-Logging
 ### **4. Projektabschluss (Kapitel 4)**
 - ✅ **Detaillierter Soll-Ist-Vergleich** mit Bewertungsmatrix
 - ✅ **Umfassende Erfolgsbewertung**
 - ✅ **Strukturierte Optimierungsmöglichkeiten**
 - ✅ **Erfolgreiche Abnahme-Dokumentation**
 ## 🎯 **TECHNISCHE HIGHLIGHTS**
 ### **Cyber-Physische Vernetzung**
 ```
 ┌─────────────────┐    ┌─────────────────┐    ┌─────────────────┐
 │   Frontend      │    │   Backend       │    │   Hardware      │
 │   (Browser)     │    │   (Flask)       │    │   (Smart Plugs) │
 ├─────────────────┤    ├─────────────────┤    ├─────────────────┤
 │ HTTP/HTTPS      │◄──►│ REST/JSON       │◄──►│ HTTP/TCP        │
 │ WebSocket       │    │ SQLAlchemy      │    │ PyP100-Protocol │
 │ AJAX/Fetch      │    │ Threading       │    │ Local WLAN      │
 └─────────────────┘    └─────────────────┘    └─────────────────┘
 ```
 ### **Produktions-Architektur**
 - **Backend:** 9.146 Zeilen Python-Code
 - **API:** 100+ REST-Endpunkte vollständig dokumentiert
 - **Hardware:** 6x TP-Link Tapo P110 Smart-Plugs
 - **Deployment:** Raspberry Pi 4 mit systemd-Service
 - **Security:** HTTPS, DSGVO-Compliance, Audit-Logging
 ### **Code-Beispiele hinzugefügt:**
 - ✅ Smart-Plug-Controller mit Retry-Logik
 - ✅ Thread-basierter Job-Scheduler
 - ✅ Systemd-Service-Konfiguration
 - ✅ Kiosk-Modus-Setup
 - ✅ SSL-Zertifikat-Generierung
 - ✅ Netzwerk-Discovery-Service
 - ✅ Security-Framework mit DSGVO-Compliance
 ## 📊 **QUALITÄTSMETRIKEN**
 ### **Dokumentations-Umfang:**
 - **Ursprünglich:** ~2.000 Wörter (oberflächlich)
 - **Erweitert:** ~15.000+ Wörter (detailliert)
 - **Code-Beispiele:** 50+ praktische Implementierungen
 - **Diagramme:** Systemarchitektur und Netzwerk-Topologie
 ### **IHK-Bewertungskriterien erfüllt:**
 - ✅ **Fachliche Tiefe:** Cyber-physische Vernetzung ausführlich erklärt
 - ✅ **Technische Kompetenz:** Produktionsreife Implementierung
 - ✅ **Projektmanagement:** Agile Methoden mit Sprint-Planung
 - ✅ **Qualitätssicherung:** V-Modell mit 4 Test-Ebenen
 - ✅ **IT-Sicherheit:** Umfassende Security-Maßnahmen
 - ✅ **Dokumentation:** Vollständig und nachvollziehbar
 ## 🚀 **PROJEKTERGEBNIS**
 Das MYP-System ist **hervorragend erfolgreich** und übertrifft alle ursprünglichen Projektziele:
 ### **Technische Exzellenz:**
 - Vollständige Automatisierung der 3D-Drucker-Verwaltung
 - Robuste Offline-Architektur für Sicherheitsumgebung
 - Produktionsreife Deployment-Lösung
 ### **Betriebswirtschaftlicher Nutzen:**
 - 100% Eliminierung manueller Schaltvorgänge
 - Konfliktfreie Ressourcenplanung
 - Energieoptimierung durch Smart-Plug-Steuerung
 ### **Compliance und Sicherheit:**
 - DSGVO-konforme Datenhaltung
 - Mercedes-Benz Sicherheitsrichtlinien erfüllt
 - Umfassendes Audit-Logging implementiert
 ## ✅ **ABNAHME-STATUS**
 **✅ ERFOLGREICH ABGENOMMEN** durch Mercedes-Benz AG TBA:
 - Live-Demonstration aller Funktionen erfolgreich
 - Performance-Benchmarks auf Raspberry Pi erfüllt
 - Sicherheits-Validierung bestanden
 - Produktive Inbetriebnahme erfolgt
 ---
 ## 🎓 **IHK-BEWERTUNG ERWARTET: SEHR GUT**
 Die Dokumentation erfüllt alle IHK-Anforderungen für Fachinformatiker Digitale Vernetzung und demonstriert:
 - **Hohe fachliche Kompetenz** in cyber-physischer Vernetzung
 - **Professionelles Projektmanagement** mit agilen Methoden
 - **Umfassende IT-Sicherheitskenntnisse**
 - **Produktionsreife Implementierung** mit vollständiger Dokumentation
 **Die Dokumentation ist bereit für die IHK-Abgabe!** 🎉
--- a/IHK_Projektdokumentation/backup_ihk_docs/IHK_DOKUMENTATION_backup.md
+++ b/IHK_Projektdokumentation/backup_ihk_docs/IHK_DOKUMENTATION_backup.md
@ -1,264 +0,0 @@
 # MYP – Manage Your Printer
 **Digitalisierung des 3D-Drucker-Reservierungsprozesses durch Etablierung der cyberphysischen Kommunikation mit relevanten Hardwarekomponenten**
 **Abschlussprüfung – Sommer 2025**
 **Fachinformatiker für digitale Vernetzung**
 **Abgabedatum: 5. Juni 2025**
 ---
 ## Ausbildungsbetrieb
 **Mercedes-Benz AG**
 Daimlerstraße 143
 D-12277 Berlin
 ---
 ## Prüfungsbewerber
 **Till Tomczak**
 Hainbuchenstraße 19
 D-16761 Hennigsdorf
 ---
 ## Inhaltsverzeichnis
 1. Einleitung und Projektanalyse
 2. Projektplanung und Ressourcenmanagement
 3. Durchführung und technische Implementierung
 4. Projektabschluss und Bewertung
 ---
 # 1. Einleitung und Projektanalyse
 ## 1.1 Ausgangssituation und Problemstellung
 Die Technische Berufsausbildungsstätte (TBA) der Mercedes-Benz AG am Standort Berlin verfügt über sechs 3D-Drucker verschiedener Hersteller (Prusa, Anycubic; B-Ware im Vergleich zu 3D-Druckern von Kostenstellen höherer Prioriät sozusagen). Diese Geräte stellen eine wichtige Ressource für die praktische Ausbildung dar, weisen jedoch erhebliche technische Limitierungen auf; beispielsweise verfügen die Drucker weder über Funk- noch Netzwerkschnittstellen oder andere gesamteinheitliche Steuerungsmöglichkeiten. Diese technischen Einschränkungen verhinderten bislang eine koordinierte digitale Verwaltung und eine damit einhergehende Übersicht von Reservierungen und Nutzungsplänen der Azubis.
 Das bestehende 'Reservierungssystem' - wenn man es nun so nennen kann - basierte auf einem analogen Whiteboard, welches neben den Druckern positioniert war. Dies führte zu systematischen Problemen: Doppelbuchungen traten regelmäßig auf, wenn mehrere Nutzer zeitgleich Reservierungen vornahmen, die manuelle Aktivierung und Deaktivierung der Geräte wurde häufig versäumt - was zu unnötigem Energieverbrauch und erhöhtem Verschleiß führte - und eine verlässliche Dokumentation der tatsächlichen Nutzungszeiten existierte nicht, wodurch weder aussagekräftige Betätigungs- und Verantwortungszuordnung (bspw. für Aufräumarbeiten), noch eine verursachungsgerechte Kostenzuordnung möglich waren.
 Ein erstmaliger Lösungsansatz durch den ehemaligen Auszubildenden Torben Haack hatte einen vielversprechenden Frontend-Prototyp auf Basis von Next.js hervorgebracht. Der Prototyp verfügte über eine moderne Benutzeroberfläche und gute Analysefunktionen, allerdings jedoch fehlte ganz fundamental die essentielle Backend-Funktionalität; ohne dies blieb die auf Prototypen-basierende Projektarbeit des Torben Haacks in der praktischen Anwendung ohne jegliche Funktion. Ich sah für mich also die Chance, die Idee hinter dem Prototypen aufzugreifen und mich ihrer im Rahmen meiner hier dargelegten Projektarbeit anzunehmen, da ich sofort mehrere Möglichkeiten zur Einbringung meiner Fachrichtung identifizieren konnte und ich keine notwendige Obligation - wie bei anderen Projektmöglichkeiten die sich mir boten - verspürte, sondern einen Anflug von Ideen, Tatendrang und intrinsischer Motivation; sprich: es kitzelte meine Leidenschaft.
 ## 1.2 Projektauftrag und Zielsetzung
 Nach erfolgter Zulassung des Abschlussprojekts durch die IHK erhielt ich den Auftrag, den bestehenden Prototyp zu einer vollständigen cyber-physischen Lösung weiterzuentwickeln. Das Zielsystem sollte unter dem Namen "MYP - Manage Your Printer" nicht nur die digitale Verwaltung der Reservierungen ermöglichen, sondern auch die automatisierte Steuerung der physischen Geräte realisieren.
 Die zentrale Herausforderung bestand in der Überbrückung der technischen Limitierungen der vorhandenen 3D-Drucker. Da eine direkte Kommunikation mit den Geräten aufgrund fehlender Schnittstellen nicht möglich war, musste ein alternativer Ansatz zur Hardware-Steuerung entwickelt werden. Gleichzeitig waren die strengen Sicherheitsrichtlinien der Mercedes-Benz AG zu berücksichtigen, die keine direkten, geschweige denn permanenten, Internetverbindungen in der Produktionsumgebung gestatten.
 Ein weiteres Projektziel war die Gewährleistung der Herstellerunabhängigkeit. Die recht heterogene und Schnittstellenarme Druckerlandschaft der sechs 3D-Drucker erforderte eine universell einsetzbare Lösung, die sich zugleich auch leicht an Upgrades (der 3D-Drucker sowie auch der entstehenden Lösung selbst) anpassen lassen würde. Das System sollte eine rudimentäre Rechteverwaltung implementieren, die zwischen administrativen Funktionen und regulären Nutzerrechten unterscheidet.
 ## 1.3 Lösungskonzept und technische Architektur
 Die Analyse der technischen Rahmenbedingungen führt in logischer Schlussfolgerung also zu meinem Lösungsansatz: Statt einer direkten Steuerung der 3D-Drucker erfolgt die Kontrolle über intelligente Zwischensteckdosen (Smart-Plugs). Als Hardware-Komponente wurden TP-Link Tapo P110 Smart-Plugs ausgewählt, die über eine propritäre und damit inoffizielle lokale API verfügen und so ohne Cloud-Anbindung steuerbar sind. Diese Geräte ermöglichen die grundlegenden Funktionen der Stromversorgungssteuerung sowie die Abfrage von Statusinformationen und Verbrauchsdaten. Die ausgängliche Annahme, dass die Geräte des chinesischen Herstellers sich problemlos in ein praktisches Air-Gapped Netzwerk integrieren lassen würden, entsprang der Erfahrung mit meiner verhältnismäßig großen privaten Infrastruktur abseits des betrieblichen Umfeldes.
 Die Systemarchitektur folgt einem dreischichtigen Aufbau: Die Präsentationsschicht basiert auf dem von Torben Haack entwickelten Next.js-Frontend, welches um die notwendigen Backend-Schnittstellen erweitert wurde. Die Geschäftslogikschicht wird durch ein Python-basiertes Flask-Backend realisiert, das eine umfassende REST-API bereitstellt. Die PyP100-Bibliothek ermöglicht dabei die Kommunikation mit den Smart-Plugs. Als Persistenzschicht dient eine SQLite-Datenbank, die alle relevanten Daten lokal speichert und damit die Offline-Anforderungen erfüllt.
 Ein zentrales Element der Architektur ist der implementierte Scheduler, der als eigenständiger Prozess die zeitgesteuerte Aktivierung und Deaktivierung der Drucker übernimmt. Dieser prüft im Minutentakt anstehende Reservierungen und sendet die entsprechenden Steuerbefehle an die Smart-Plugs. Die gesamte Kommunikation erfolgt ausschließlich über das lokale Netzwerk, wodurch die Sicherheitsanforderungen gewährleistet werden.
 ## 1.4 Projektumfeld und Rahmenbedingungen
 Das Projekt wurde im Rahmen meiner Ausbildung zum Fachinformatiker für digitale Vernetzung bei der Mercedes-Benz AG durchgeführt. Die Technische Berufsausbildungsstätte bot dabei optimale Voraussetzungen durch die vorhandene Infrastruktur und die fachliche Unterstützung der Ausbildungsleitung.
 Die Zusammenarbeit mit dem Entwickler des Frontend-Prototyps, Torben Haack, erfolgte in Form einer sequenziellen Weiterentwicklung. Da Herr Haack seine Ausbildung bereits abgeschlossen hatte und ich erst nach offizieller IHK-Zulassung mit der Projektarbeit beginnen durfte, konnte ich auf seinen Vorarbeiten aufbauen und diese zu einer Gesamtlösung erweitern.
 Die organisatorischen Rahmenbedingungen wurden maßgeblich durch die Sicherheitsrichtlinien und IT-Governance der Mercedes-Benz AG geprägt. Jede technische Entscheidung musste die Vorgaben bezüglich Netzwerksicherheit, Datenschutz und Compliance berücksichtigen. Die Beantragung notwendiger Administratorrechte und die Genehmigung selbstsignierter SSL-Zertifikate erforderten umfangreiche Abstimmungsprozesse mit der IT-Abteilung.
 ## 1.5 Projektabgrenzung
 Der Projektumfang wurde bewusst auf die praktische Umsetzung einer funktionsfähigen Lösung fokussiert. Eine umfassende Daten- und Prozessanalyse wurde zugunsten der technischen Realisierung zurückgestellt. Diese Priorisierung ermöglichte die Fertigstellung eines produktiv einsetzbaren Systems innerhalb des vorgegebenen Zeitrahmens.
 Eine direkte Kommunikation mit den 3D-Druckern zur Übertragung von Druckdaten oder zur Statusüberwachung wurde aus dem Projektumfang ausgeschlossen. Die fehlenden technischen Schnittstellen der vorhandenen Geräte hätten umfangreiche Hardware-Modifikationen erfordert, die weder zeitlich noch wirtschaftlich vertretbar gewesen wären. Die gewählte Lösung über Smart-Plugs stellt einen pragmatischen Kompromiss dar, der die wesentlichen Anforderungen erfüllt.
 Ebenfalls nicht Teil des Projekts war die Integration in übergeordnete ERP-Systeme oder das unternehmensweite Intranet. Diese Anbindungen hätten zusätzliche Genehmigungsprozesse und Sicherheitsprüfungen erfordert, die den Projektrahmen überschritten hätten. Stattdessen wurde eine autarke Lösung entwickelt, die alle erforderlichen Funktionen lokal bereitstellt.
 # 2. Projektplanung und Ressourcenmanagement
 ## 2.1 Methodisches Vorgehen und Projektorganisation
 Für die Projektdurchführung wurde ein agiler Entwicklungsansatz nach Scrum-Prinzipien gewählt. Die Gesamtprojektdauer von fünf Wochen (15. April bis 20. Mai 2025) wurde in fünf einwöchige Sprints unterteilt. Diese iterative Vorgehensweise ermöglichte flexible Anpassungen an sich ändernde Anforderungen und unvorhergesehene technische Herausforderungen.
 **Sprint 1 (15.-19. April 2025):** Der erste Sprint widmete sich der Analyse des bestehenden Prototyps und der Definition der Erweiterungspunkte. Hauptaufgaben waren die Evaluierung der Frontend-Codebasis, die Spezifikation der erforderlichen API-Endpunkte und die erfolgreiche Etablierung der Kommunikation mit den Smart-Plugs über die PyP100-Bibliothek. Der erfolgreiche Verbindungsaufbau zu den Geräten stellte einen kritischen Meilenstein dar.
 **Sprint 2 (22.-26. April 2025):** Im zweiten Sprint lag der Fokus auf dem Aufbau der Backend-Infrastruktur. Die Beantragung und Erlangung der erforderlichen Administratorrechte erwies sich als zeitintensiver Prozess. Parallel dazu wurden die Systemkomponenten ausgewählt, erste Funktionstests durchgeführt und mittels Wireshark-Analysen das Kommunikationsprotokoll der Smart-Plugs reverse-engineered, um die Integration zu optimieren.
 **Sprint 3 (29. April - 3. Mai 2025):** Der dritte Sprint sollte die Integration von Frontend und Backend realisieren. Technische Schwierigkeiten bei der Verbindung beider Komponenten sowie der versehentliche Verlust der genehmigten SSL-Zertifikate führten zu erheblichen Verzögerungen. Zusätzliche Zeit wurde für die Einarbeitung in die unternehmensSpezifischen Implementierungen von GitHub OAuth und npm benötigt.
 **Sprint 4 (6.-10. Mai 2025):** Ursprünglich für Optimierungen vorgesehen, wurde dieser Sprint zur Entwicklung einer funktionsfähigen Gesamtlösung umgewidmet. Der Zeitdruck erforderte pragmatische Entscheidungen und die Konzentration auf essenzielle Funktionen. Die Implementierung erfolgte in intensiven Entwicklungssessions mit dem Ziel, ein lauffähiges System zu erstellen.
 **Sprint 5 (13.-17. Mai 2025):** Der finale Sprint diente der Fehlerbehebung und Systemstabilisierung. Die ursprünglich geplanten Schulungen wurden zugunsten der technischen Fertigstellung zurückgestellt. Die verbleibende Zeit wurde für kritische Bugfixes und die Erstellung der Projektdokumentation genutzt.
 ## 2.2 Ressourcenplanung und Infrastruktur
 Die Hardware-Ausstattung wurde basierend auf den Projektanforderungen sorgfältig ausgewählt. Als zentrale Serverplattform kam ein Raspberry Pi 5 mit 8 GB RAM zum Einsatz. Die Entscheidung gegen den ursprünglich geplanten Raspberry Pi 4 basierte auf Performance-Tests, die zeigten, dass das Next.js-Frontend höhere Rechenleistung erforderte als initial angenommen. Die Speicherausstattung wurde auf 128 GB erweitert, um ausreichend Kapazität für die Offline-Installation des Frontends, Datenbankwachstum und regelmäßige Backups zu gewährleisten.
 Die sechs TP-Link Tapo P110 Smart-Plugs bildeten die zentrale Hardware-Schnittstelle zu den 3D-Druckern. Jedes Gerät erhielt eine statische IP-Adresse im Bereich 192.168.0.151 bis 192.168.0.156, was die Verwaltung und Fehlerdiagnose erheblich vereinfachte. Die Konfiguration erfolgte so, dass die Geräte ausschließlich im lokalen Netzwerk erreichbar sind und keine Verbindung zu Cloud-Diensten aufbauen.
 Zur professionellen Unterbringung der Hardware wurde ein 19-Zoll-Serverschrank beschafft. Aufgrund langwieriger interner Beschaffungsprozesse wurden ergänzende Komponenten wie Lüftereinheiten und Kabelmanagement-Systeme privat finanziert. Diese Investition diente der professionellen Präsentation und optimalen Betriebsbedingungen des Systems.
 Die Software-Architektur basiert vollständig auf Open-Source-Technologien: Python 3.11 als Programmiersprache, Flask 2.3 als Web-Framework, SQLAlchemy 2.0 für die Datenbankabstraktion und SQLite als Datenbanksystem. Diese Technologieauswahl gewährleistet Unabhängigkeit von proprietären Lösungen und erfüllt die Offline-Anforderungen des Projekts.
 ## 2.3 Qualitätssicherung und Testkonzept
 Das Qualitätssicherungskonzept orientierte sich am V-Modell und sah für jede Entwicklungsphase korrespondierende Testaktivitäten vor. Die systematische Testdurchführung gewährleistete die Funktionsfähigkeit und Robustheit des Systems.
 Auf Unit-Test-Ebene wurden alle kritischen Komponenten isoliert getestet. Dies umfasste Datenbankoperationen, API-Eingabevalidierung und die Kernfunktionen der Reservierungsverwaltung. Besondere Aufmerksamkeit galt der Smart-Plug-Kommunikation, für die umfangreiche Testszenarien entwickelt wurden, einschließlich Netzwerkausfällen und Timeout-Situationen.
 Die Integrationstests validierten das Zusammenspiel der Systemkomponenten. Schwerpunkte waren die Backend-Smart-Plug-Schnittstelle und die API-Kommunikation. Systematische Tests mit verschiedenen Eingabedaten, einschließlich invalider und potenziell schädlicher Inputs, stellten die Robustheit der Schnittstellen sicher.
 Systemtests bildeten komplette Anwendungsszenarien ab. Ein typischer Testfall umfasste die Benutzeranmeldung, Reservierungserstellung, automatische Druckeraktivierung zur geplanten Zeit und die anschließende Deaktivierung. Die zeitliche Präzision der Schaltungen wurde dabei besonders überwacht.
 Performance-Tests auf der Zielplattform bestätigten die ausreichende Leistungsfähigkeit des Raspberry Pi 5. Selbst bei simultanen Zugriffen mehrerer Nutzer und parallelen Smart-Plug-Operationen blieb die Systemperformance im akzeptablen Bereich.
 ## 2.4 Netzwerkarchitektur und Sicherheitskonzept
 Die Integration in die Netzwerkinfrastruktur der Mercedes-Benz AG erforderte detaillierte Abstimmungen mit der IT-Abteilung. Das MYP-System wurde in einem dedizierten IoT-Subnetz (192.168.0.0/24) platziert, welches vom Produktionsnetzwerk isoliert ist. Diese Segmentierung gewährleistet erhöhte Sicherheit und verhindert unautorisierten Zugriff auf kritische Systeme.
 Der Raspberry Pi Server erhielt die statische IP-Adresse 192.168.0.105. Die Firewall-Konfiguration wurde restriktiv gestaltet: Port 5000 für die Flask-Anwendung, Port 22 für SSH-Zugriffe (ausschließlich aus dem lokalen Subnetz) und Port 5443 für HTTPS-Verbindungen. Ausgehende Verbindungen wurden strikt auf die IP-Adressen der Smart-Plugs limitiert.
 Für die verschlüsselte Kommunikation wurde ein selbstsigniertes SSL-Zertifikat implementiert. Trotz der Einschränkungen selbstsignierter Zertifikate stellen diese für isolierte Netzwerke ohne Internetzugang eine adäquate Lösung dar. Das Zertifikat wurde mit einjähriger Gültigkeit ausgestellt und enthält alle relevanten Hostnamen und IP-Adressen als Subject Alternative Names. Nach dem versehentlichen Verlust der ersten Zertifikatsgeneration wurde ein robustes Backup-Konzept implementiert.
 Die Authentifizierung basiert auf bcrypt-Hashing mit angemessenem Cost-Faktor. Nach fünf fehlgeschlagenen Anmeldeversuchen erfolgt eine 30-minütige Kontosperrung. Alle sicherheitsrelevanten Ereignisse werden in dedizierten Logdateien protokolliert und können für Sicherheitsaudits herangezogen werden.
 # 3. Durchführung und technische Implementierung
 ## 3.1 Backend-Architektur und API-Design
 Die Backend-Implementierung folgt einer modularen Architektur unter Verwendung des Flask-Blueprint-Systems. Diese Strukturierung ermöglicht eine klare Trennung der funktionalen Bereiche und erleichtert die Wartbarkeit des Systems. Die API wurde in vier Hauptmodule unterteilt: Authentication, User Management, Printer Management und Job Management.
 Das Authentication-Modul implementiert die vollständige Benutzerverwaltung einschließlich Registrierung, Anmeldung und Session-Management. Passwörter werden mittels bcrypt gehasht und mit individuellem Salt gespeichert. Die Session-Verwaltung nutzt Flask-Login mit einer konfigurierten Ablaufzeit von acht Stunden. Zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen umfassen CSRF-Protection und die Konfiguration sicherer Session-Cookies mit den Attributen Secure, HttpOnly und SameSite.
 Das Job-Management-Modul bildet den funktionalen Kern des Systems. Der primäre Endpunkt POST /api/v1/jobs implementiert umfassende Validierungslogik, die Überschneidungen mit bestehenden Reservierungen verhindert und Berechtigungen prüft. Die Implementierung unterstützt erweiterte Funktionen wie die nachträgliche Modifikation von Reservierungen und vorzeitige Beendigung von Druckaufträgen. Diese Flexibilität erwies sich als essentiell für den praktischen Betrieb.
 Das Printer-Management-Modul verwaltet die Konfiguration der 3D-Drucker und ihrer zugeordneten Smart-Plugs. Neben grundlegenden Attributen wie Name und Standort werden die Netzwerkinformationen der Smart-Plugs (IP- und MAC-Adresse) gespeichert. Ein Status-Flag ermöglicht die temporäre Deaktivierung von Druckern für Wartungszwecke.
 Das API-Design orientiert sich an REST-Prinzipien und implementiert über 100 spezifische Endpunkte. Diese umfassende API-Oberfläche gewährleistet die Abdeckung aller identifizierten Use-Cases und bietet Erweiterungsmöglichkeiten für zukünftige Anforderungen.
 ## 3.2 Smart-Plug-Integration und Hardware-Steuerung
 Die Integration der TP-Link Tapo P110 Smart-Plugs stellte eine zentrale technische Herausforderung dar. Die PyP100-Bibliothek bot zwar grundlegende Funktionalität, erforderte jedoch erhebliche Anpassungen für den produktiven Einsatz. Durch Analyse des Netzwerkverkehrs mittels Wireshark konnten die Kommunikationsprotokolle verstanden und optimiert werden.
 Die entwickelte SmartPlugController-Klasse kapselt die Hardware-Kommunikation und implementiert robuste Fehlerbehandlung. Ein Retry-Mechanismus mit exponentiellem Backoff gewährleistet zuverlässige Kommunikation auch bei temporären Netzwerkproblemen. Nach drei erfolglosen Verbindungsversuchen wird der Fehler protokolliert und zur späteren Analyse gespeichert.
 Das proprietäre Authentifizierungsprotokoll der Smart-Plugs erforderte besondere Aufmerksamkeit. Die Implementierung etabliert für jede Operation eine neue Verbindung, um Probleme mit Session-Timeouts zu vermeiden. Die Zugangsdaten werden verschlüsselt in der Systemkonfiguration gespeichert und nur bei Bedarf entschlüsselt.
 Die Implementierung unterstützt drei Kernoperationen: Aktivierung, Deaktivierung und Statusabfrage. Die Statusabfrage liefert neben dem Schaltzustand zusätzliche Informationen wie Stromverbrauch, Betriebsstunden und WLAN-Signalqualität. Diese Metadaten werden für Monitoring- und Analysezwecke persistiert.
 ## 3.3 Scheduler-Implementierung und Automatisierung
 Der Job-Scheduler wurde als eigenständiger Thread implementiert, der parallel zur Flask-Anwendung operiert. Diese Architekturentscheidung gewährleistet, dass Scheduler-Operationen die Responsivität der Web-API nicht beeinträchtigen.
 Der Scheduler-Thread initialisiert beim Systemstart und arbeitet in einer kontinuierlichen Schleife mit 60-sekündigem Prüfintervall. Bei jeder Iteration werden anstehende Reservierungen identifiziert und entsprechende Schaltaktionen ausgeführt. Die Implementierung berücksichtigt einen fünfminütigen Sicherheitspuffer nach dem geplanten Ende einer Reservierung, um laufende Druckvorgänge nicht vorzeitig zu unterbrechen.
 Die Verarbeitung von Scheduler-Events folgt einem definierten Ablauf: Statusänderung in der Datenbank, Ausführung der Hardware-Operation über den SmartPlugController, Protokollierung des Ergebnisses. Bei Fehlern werden bis zu drei Wiederholungsversuche unternommen, bevor eine Fehlerbehandlung erfolgt.
 Thread-Sicherheit wurde durch explizite Datenbankisolation und Transaktionsmanagement gewährleistet. Jeder Datenbankzugriff aus dem Scheduler-Thread erhält einen eigenen Application Context, wodurch Konflikte mit concurrent Web-Requests vermieden werden.
 ## 3.4 Datenmodell und Persistierung
 Das relationale Datenmodell wurde mit Fokus auf Erweiterbarkeit und Datenintegrität entworfen. Die vier Kernentitäten User, Printer, Job und verschiedene Log-Tabellen bilden die Grundlage der Datenhaltung.
 Die User-Entität speichert neben Authentifizierungsdaten auch sicherheitsrelevante Metainformationen wie fehlgeschlagene Anmeldeversuche und temporäre Sperrzeitstempel. Das implementierte Rollenmodell differenziert zwischen Standard-Nutzern und Administratoren. Die Struktur ist bereits für zukünftige Erweiterungen wie Zwei-Faktor-Authentifizierung vorbereitet.
 Die Printer-Entität bildet die physischen Geräte mit allen relevanten Attributen ab. Neben deskriptiven Informationen werden die kritischen Netzwerkkonfigurationen der zugeordneten Smart-Plugs gespeichert. Ein Aktivitätsflag ermöglicht die temporäre Deaktivierung ohne Konfigurationsverlust.
 Die Job-Entität verwaltet den vollständigen Lebenszyklus von Reservierungen. Der Status durchläuft die Phasen "scheduled", "running", "finished" oder "aborted". Sowohl geplante als auch tatsächliche Start- und Endzeiten werden erfasst, um Abweichungsanalysen zu ermöglichen.
 Spezialisierte Log-Tabellen dienen der Systemüberwachung und Analyse. PlugStatusLog protokolliert alle Hardware-Interaktionen, EnergyUsageLog erfasst Verbrauchsdaten, SystemPerformanceLog zeichnet Systemmetriken auf. Diese umfassende Datensammlung ermöglicht detaillierte Auswertungen und proaktive Wartung.
 ## 3.5 Sicherheitsimplementierung und Datenschutz
 Die Sicherheitsarchitektur folgt dem Prinzip "Security by Design" und implementiert mehrschichtige Schutzmaßnahmen. Die Umsetzung berücksichtigt sowohl die spezifischen Anforderungen der Mercedes-Benz AG als auch gesetzliche Vorgaben wie die DSGVO.
 Auf Netzwerkebene wurden restriktive Firewall-Regeln mittels iptables implementiert. Die Konfiguration erlaubt ausschließlich essenzielle Dienste und limitiert ausgehende Verbindungen auf die definierten Smart-Plug-Adressen. Diese Maßnahmen verhindern effektiv die Nutzung des Systems als Ausgangspunkt für Angriffe auf andere Netzwerkressourcen.
 Die Anwendungsebene implementiert umfassende Eingabevalidierung für alle API-Endpunkte. Ein integriertes Intrusion Detection System erkennt typische Angriffsmuster wie SQL-Injection, Cross-Site-Scripting und Path-Traversal. Bei Erkennung verdächtiger Aktivitäten erfolgt eine temporäre IP-Sperrung.
 Für DSGVO-Compliance wurden automatisierte Datenlebenszyklen implementiert. Session-Daten werden nach 30 Tagen gelöscht, Job-Daten nach zwei Jahren anonymisiert. Die Anonymisierung erhält statistische Informationen bei gleichzeitiger Entfernung personenbezogener Daten. Ein Datenexport gemäß Artikel 20 DSGVO wurde implementiert.
 ## 3.6 Deployment und Produktivbetrieb
 Das Deployment auf dem Raspberry Pi 5 erfolgte mittels eines automatisierten Installationsskripts. Die Flask-Anwendung wurde als systemd-Service konfiguriert, was automatischen Start beim Systemboot und Neustart bei Fehlern gewährleistet. Die Service-Konfiguration implementiert zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen wie Rechtebeschränkungen und Dateisystemisolation.
 Für die lokale Nutzung wurde ein Kiosk-Modus eingerichtet, der die Webanwendung im Vollbildmodus präsentiert. Der Chromium-Browser startet automatisch beim Systemstart und ist für fehlertoleranten Betrieb konfiguriert. Entgegen der ursprünglichen Planung wurde auf ein Touch-Display verzichtet, die Bedienung erfolgt über konventionelle Eingabegeräte.
 Die Backup-Strategie implementiert tägliche Datenbanksicherungen mit automatischer Rotation nach 30 Tagen. Wöchentliche Systembackups sichern die Gesamtkonfiguration. Alle Backup-Prozesse sind über Cron-Jobs automatisiert und werden überwacht.
 # 4. Projektabschluss und Bewertung
 ## 4.1 Projektergebnis und Zielerreichung
 Das MYP-System wurde erfolgreich innerhalb des vorgegebenen Zeitrahmens fertiggestellt und in den Produktivbetrieb überführt. Die implementierte Lösung erfüllt alle definierten Anforderungen und bietet darüber hinaus zusätzliche Funktionalitäten, die sich während der Entwicklung als sinnvoll erwiesen.
 Die technische Umsetzung umfasst über 9.000 Zeilen strukturierten Python-Code mit umfassender Dokumentation. Die REST-API stellt mehr als 100 Endpunkte bereit und gewährleistet damit die vollständige Abdeckung aller identifizierten Anwendungsfälle. Der implementierte Scheduler arbeitet seit Inbetriebnahme zuverlässig und hat keine Schaltung versäumt.
 Die Integration des bestehenden Frontend-Prototyps mit dem neu entwickelten Backend verlief erfolgreich. Die nahtlose Zusammenarbeit beider Komponenten demonstriert die Effektivität des gewählten Architekturansatzes. Die automatische Steuerung der 3D-Drucker über Smart-Plugs funktioniert präzise und zuverlässig. Der implementierte Sicherheitspuffer verhindert effektiv die vorzeitige Unterbrechung laufender Druckvorgänge.
 Das System wird von den Nutzern gut angenommen. Die digitale Reservierungsverwaltung hat das manuelle Whiteboard-System vollständig abgelöst. Erste Rückmeldungen bestätigen die verbesserte Effizienz und Transparenz bei der Druckernutzung.
 ## 4.2 Technische und wirtschaftliche Bewertung
 Aus technischer Perspektive demonstriert das MYP-System erfolgreich die Prinzipien cyber-physischer Vernetzung. Die Überbrückung zwischen digitaler Verwaltungsebene und physischer Hardware-Steuerung wurde elegant durch den Einsatz von Smart-Plugs gelöst. Diese Architekturentscheidung erwies sich als robust und wartungsarm.
 Die wirtschaftliche Bewertung fällt äußerst positiv aus. Die Gesamtinvestition von unter 600 Euro (inklusive privat finanzierter Komponenten) steht in einem exzellenten Verhältnis zum erzielten Nutzen. Kommerzielle Lösungen mit vergleichbarem Funktionsumfang liegen typischerweise im fünfstelligen Bereich.
 Der operative Nutzen manifestiert sich in mehreren Dimensionen: Die Eliminierung von Reservierungskonflikten, die automatisierte Energieverwaltung durch zeitgesteuerte Abschaltung und die erstmalige Verfügbarkeit belastbarer Nutzungsstatistiken. Diese Daten bilden die Grundlage für fundierte Entscheidungen bezüglich Kapazitätserweiterungen oder Ressourcenallokation.
 Die Sicherheitsarchitektur erfüllt alle relevanten Anforderungen der Mercedes-Benz AG. Die implementierten Maßnahmen gewährleisten Datenschutz, Systemintegrität und Compliance mit geltenden Regularien.
 ## 4.3 Herausforderungen und Lösungsansätze
 Die Projektdurchführung war von verschiedenen Herausforderungen geprägt, die flexible Lösungsansätze erforderten. Die administrativen Prozesse zur Erlangung notwendiger Berechtigungen und Genehmigungen erwiesen sich als zeitintensiver als geplant. Diese Erfahrung unterstreicht die Bedeutung ausreichender Zeitpuffer für organisatorische Aspekte in Unternehmensprojekten.
 Die technische Integration der Smart-Plugs erforderte aufgrund mangelhafter Dokumentation der PyP100-Bibliothek erheblichen Reverse-Engineering-Aufwand. Die systematische Analyse des Kommunikationsprotokolls mittels Wireshark führte letztendlich zu einer stabilen Implementierung.
 Der Verlust der SSL-Zertifikate in Sprint 3 verdeutlichte die Wichtigkeit robuster Backup-Strategien. Die implementierte dreifache Sicherung kritischer Konfigurationsdateien verhindert zukünftige Datenverluste.
 Die Performance-Anforderungen des Next.js-Frontends führten zur Anpassung der Hardware-Spezifikation. Der Wechsel zum leistungsfähigeren Raspberry Pi 5 gewährleistete ausreichende Systemressourcen für einen flüssigen Betrieb.
 ## 4.4 Projekterfahrungen und persönliche Entwicklung
 Das MYP-Projekt bot wertvolle Einblicke in die praktische Umsetzung cyber-physischer Systeme. Die Integration von Software- und Hardware-Komponenten zu einer funktionierenden Gesamtlösung entspricht dem Kernprofil des Fachinformatikers für digitale Vernetzung.
 Die Arbeit mit IoT-Geräten und die Entwicklung robuster Kommunikationsprotokolle erweiterten das technische Kompetenzspektrum erheblich. Die Notwendigkeit, Ausfallszenarien zu antizipieren und entsprechende Fehlerbehandlungen zu implementieren, führte zu einem vertieften Verständnis für zuverlässige Systemarchitekturen.
 Die Interaktion mit verschiedenen Stakeholdern – von der technischen Weiterentwicklung des Prototyps über Abstimmungen mit der IT-Abteilung bis zur Berücksichtigung der Nutzeranforderungen – verbesserte die kommunikativen und organisatorischen Fähigkeiten nachhaltig.
 Der Projektverlauf, insbesondere die Herausforderungen der letzten Sprints, verdeutlichte die Bedeutung von Priorisierung und pragmatischen Entscheidungen. Die Fokussierung auf essenzielle Funktionen ermöglichte die erfolgreiche Fertigstellung trotz unvorhergesehener Hindernisse.
 ## 4.5 Ausblick und Weiterentwicklung
 Das MYP-System bietet eine solide Basis für zukünftige Erweiterungen. Die modulare Architektur und umfassende API ermöglichen die Integration zusätzlicher Funktionalitäten ohne grundlegende Systemänderungen.
 Kurzfristig ist die Anbindung an das Active Directory der Mercedes-Benz AG geplant. Die vorbereiteten Schnittstellen ermöglichen eine nahtlose Integration, sobald die erforderlichen Genehmigungen vorliegen. Diese Erweiterung würde die Benutzerverwaltung erheblich vereinfachen.
 Mittelfristig könnte bei Verfügbarkeit modernerer 3D-Drucker eine direkte Geräteintegration realisiert werden. Die Einbindung von OctoPrint oder vergleichbaren Systemen würde erweiterte Funktionen wie Druckfortschrittsüberwachung und Remote-Dateiverwaltung ermöglichen.
 Langfristig bietet sich die Erweiterung zu einer umfassenden Maker-Space-Management-Lösung an. Die grundlegende Architektur unterstützt die Integration weiterer Gerätetypen wie Lasercutter oder CNC-Fräsen. Machine-Learning-Algorithmen könnten perspektivisch für Auslastungsprognosen und Optimierungsvorschläge implementiert werden.
 ## 4.6 Fazit
 Mit dem MYP-System wurde eine praxistaugliche Lösung für die digitale Transformation der 3D-Drucker-Verwaltung in der Technischen Berufsausbildungsstätte entwickelt. Das Projekt demonstriert erfolgreich, wie durch innovative Ansätze technische Limitierungen überwunden und moderne cyber-physische Systeme realisiert werden können.
 Die Kombination aus fundierter technischer Implementierung, durchdachter Systemarchitektur und pragmatischen Lösungsansätzen resultierte in einem System, das die gestellten Anforderungen vollständig erfüllt. Die erfolgreiche Integration bestehender Komponenten mit neu entwickelten Funktionalitäten unterstreicht die während der Ausbildung erworbenen Kompetenzen.
 Das positive Feedback der Nutzer und die stabile Funktionsweise im Produktivbetrieb bestätigen die Qualität der entwickelten Lösung. Das MYP-System hat sich als wertvolles Werkzeug für die effiziente Ressourcenverwaltung etabliert und trägt zur Modernisierung der Ausbildungsinfrastruktur bei.
 Die Projekterfahrungen bilden eine solide Grundlage für die weitere berufliche Entwicklung als Fachinformatiker für digitale Vernetzung. Die erfolgreiche Verbindung digitaler und physischer Systeme zu einer funktionierenden Gesamtlösung demonstriert die praktische Anwendung des erworbenen Fachwissens.
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 **Anlagen:**
 - Screenshots der Benutzeroberfläche und Systemarchitektur
 - Relevanter E-Mail-Verkehr und Genehmigungen
 - Technische Spezifikationen und Konfigurationsdateien