For construction companies, not knowing when the concrete is ready can cause operational delays down the line. But with our connected digital IoT solutions like the one Axelsson Consulting built for Thomas Concrete Group, a leading global producer and distributor of high-quality ready-mixed concrete to commercial and private customers, material readiness can be determined almost instantly, as well as providing a continuous snapshot of the historic and current state of the material in real-time, enabling new- and data-driven insights to the customers of the client that can greatly reduce waste, improve efficiency and shorten lead times at construction sites.

Betonunternehmen setzen zunehmend auf digitale Lösungen, um ihren Betrieb effizienter, kostengünstiger und kundenfreundlicher zu gestalten. Mit Hilfe von IoT-Sensoren, niederfrequenten Netzwerkprotokollen und der Cloud können sie den Kunden zum Beispiel genaue Einblicke geben, wann ihr Beton geliefert wird und wie stark die Mischung ist oder prognostiziert wird Zeit.

In dieser Fallstudie untersuchen wir, wie unsere Cloud-native IoT-Lösung der Thomas Concrete Group geholfen hat, einen einzigartigen Wettbewerbsvorteil zu erlangen, indem sie IoT-Sensoren, IoT-Netzwerke und die vollen Möglichkeiten der Cloud nutzt, um den inhärenten Wert von Sensor- und Organisationsdaten, um es ihren Kunden zu ermöglichen, die Betonfestigkeit genau zu überwachen, so einfach wie die Überprüfung des Wetters.

Die Herausforderung: Materialfestigkeit effizient messen

In der vorherigen Arbeitsweise war die Thomas Concrete Group nicht in der Lage, Kunden ohne umfangreiche und teure manuelle praktische Analysen und Messungen aussagekräftige Erkenntnisse über die Eigenschaften ihres Betons zu liefern, was bedeutete, dass die Bauherren oft länger als nötig warteten Stellen Sie sicher, dass das Material im Konstruktionsteil stark genug ist, um die Sicherheitsschwellen zu erfüllen. Beispielsweise würden Bauherren ohne genaue Erkenntnisse den Beton bis zu einer Härte von 46 oder 47 Megapascal aushärten lassen, obwohl 40 MPa ausreichen würden, was zu unnötigen Wartezeiten für jedes einzelne Bauteil führt, die sich summieren können auf Stunden, Tage und sogar Wochen im Laufe eines Bauprojekts, wodurch sich die gesamte Projektumsetzungszeit verlängert. Erst dann konnten sie mit der nächsten Bauphase fortfahren, beispielsweise dem Aufstocken eines Gebäudes.

Im alten Betriebsmodus wurde ein Service angeboten, bei dem Daten zu Materialeigenschaften gesammelt wurden, aber dafür musste ein Berater physisch zu jeder Projektbaustelle reisen, manuell ein Sensorkabel in den Beton legen, das mit einer Offline-Messbox verbunden war, und Gehen Sie später zu derselben Seite zurück, extrahieren Sie die Daten aus der Box auf einen USB-Stick und stecken Sie den USB-Stick dann in einen PC, wo die gesammelten Daten manuell analysiert wurden.

Die Lösung: Eine moderne und vernetzte industrielle IoT-Lösung powered by Azure

Wir haben uns vorgenommen, diesen ineffizienten manuellen Prozess durch eine vernetzte, Azure-gestützte, daten- und ereignisgesteuerte industrielle IoT-Lösung zu ersetzen, die detaillierte Echtzeit-Einblicke und Analysen über die Betonmischung bequem vom Büro aus bietet. Es ermöglichte auch zusätzliche wertschöpfende Funktionen wie Prognosen basierend auf der Umgebungstemperatur vor Ort.

Um die Echtzeitüberwachung zum Leben zu erwecken, haben wir drahtlose IoT-Sensoren in bestimmten Kombinationen eingesetzt, die die Festigkeit des Betons während des Aushärtens messen.

Grundlagen schaffen: Planung, Anforderungserfassung und Erfolgsfaktoren

Um ehrlich zu sein, scheitern die meisten IoT-Projekte und viele verlassen die Experimentierphase gar nicht. Dies geschieht, wenn die Daten- und Lösungsarchitektur nicht für den speziellen Anwendungsfall ausgelegt ist, den eine bestimmte Workload erfordert. Unser ganzheitlicher Ansatz wurde auf die spezifischen Bedürfnisse der Thomas Concrete Group und ihrer Kunden zugeschnitten und ist ein wichtiger Grund dafür, dass das Unternehmen einen Wettbewerbsvorteil in der Branche erlangen konnte. Digitalisierung allein führt nicht zum Erfolg – sie muss richtig gemacht werden.

The first step for Axelsson Consulting in developing an IoT solution to remotely collect, store and compute the material strength for Thomas Concrete Group was to identify key success factors. This would allow us to avoid pitfalls and unlock the full digital business potential of IoT as it relates to this particular use case. After this vetting process, we created a solution proposal that outlined our recommendations for sensors, connectivity, data requirements, storage, device management, application and communication protocols, edge architecture, including offline capability in case of temporary connectivity loss, IoT platform, and modules. From there, we were able to accurately predict the power consumption and expected battery life, and overall cost.

Nachdem wir uns gemeinsam mit der IT-Abteilung der Thomas Concrete Group über die technischen Aspekte entschieden hatten, war es an der Zeit, die Lösung zu implementieren. Hier haben wir die Soft- und Hardwarearchitektur so gestaltet, dass sie den geschäftlichen Anwendungsfall im realen Leben erfüllt. Für diese spezielle Anwendung haben wir Azure EventHub, serverlose Azure Functions, Azure Kubernetes Service, Azure Premium SSD Managed Disks, Crate DB für Zeitreihendaten sowie Azure DevOps für Continuous Integration und Deployment und Azure vollständig und als Best Practice genutzt Cosmos DB für einheitliche Geschäftsdaten, einschließlich Auftrags-, Produkt-, Projekt- und Rezeptdaten.

Azure IoT Hub spielte eine zentrale Rolle in der Sensorarchitektur und wurde für die Geräteverwaltung, die ereignisgesteuerte Datenerfassung von Sensordaten in der Cloud-nativen Sensorarchitektur sowie für das Senden von Cloud-zu-Gerät-Nachrichten wie Firmware-Anweisungen verwendet Aktivieren oder Deaktivieren bestimmter Gerätefunktionen bei Bedarf, wie z. B. Trigger, um die Einhaltung der Vorschriften sicherzustellen, damit die Anzahl der Nachrichten, normalerweise 140 übertragene Uplink-Nachrichten pro Tag, die gesetzliche Grenze innerhalb des ISM-Bands, in dem sowohl SigFox als auch LoRaWAN betrieben werden, nicht überschreitet schreibt vor, dass die maximale mittlere Übertragungszeit 1% der Netzwerkbandbreite nicht überschreiten sollte.

In der frühen Experimentierphase wurden Konnektivitätstests durchgeführt, um zu validieren, ob die öffentliche IoT-Infrastruktur ausreichen würde oder nicht, um sicherzustellen. Die Auswahl eines dedizierten IoT-Kommunikationsprotokolls und -Netzwerks wurde zu einer einfachen Wahl und basierte auf den bekannten inhärenten Vorteilen der niederfrequenten Funkkommunikation, die sich auch in realen Tests zeigten, wie z. B. lange Batterielebensdauer und die Fähigkeit, Hindernisse wie Wände und Decken zu durchdringen , im Gegensatz zu Hochfrequenz-Mobilfunknetzen wie 4G/LTE und 5G, die Akkulaufzeit und Reichweite für hohe Datenübertragungsgeschwindigkeiten opfern. Die Tests, die wir zusammen mit dem Kunden durchgeführt haben, haben gezeigt, dass die inhärenten Vorteile von IoT-Netzwerken wie lange Akkulaufzeiten durchaus vorhanden sind, aber auch, dass vorzugsweise ein lokales Gateway verwendet werden sollte, z. B. an einer zentralen Stelle wie einem Büro im Projekt Website, um die bestmöglichen Ergebnisse und Abdeckung für die Endbenutzer sicherzustellen, eine gute Passform für SigFox und LoRaWAN sowieso, da Pakete an alle sichtbaren Gateways gesendet werden.

In Zusammenarbeit mit dem Kunden wurde auch während dieser Zeit und nach der Erfassung der Anforderungen entschieden, dass sowohl SigFox- als auch LoRaWAN-Kommunikationsprotokolle von der angeschlossenen Lösung unterstützt werden sollten und dass ein Hardwareanbieter ausgewählt werden sollte, der vorzugsweise bereits beide 868 herstellt MHz für europäische Märkte und 433-MHz-zertifizierte Sensorgeräte für die bevorstehende Markteinführung in Nordamerika, und dass dieselbe Cloud-Architektur auf optimierte und einheitliche Weise für alle Märkte mit minimalen oder keinen zusätzlichen Änderungen an der Architektur verwendet werden sollte.

Wie wir eine robuste und datengesteuerte Cloud-native IoT-Lösung in Azure erstellt haben

Während des gesamten Implementierungsprozesses haben wir das Verhalten und die Leistung der Lösung und Architektur validiert. Dadurch konnten wir bei Bedarf Anpassungen vornehmen und die Funktionalität und Sicherheit Ende-zu-Ende gewährleisten.

Real-Life-Tests der Lösung fanden im hundertprozentigen und akkreditierten Labor der Thomas Concrete Group für Materialtests sowie Forschung und Entwicklung statt. Die Tests umfassten die Überwachung von Beton, der in Würfel gegossen wurde, sowohl mit den IoT-Sensoren als auch mit Kabeln in der neuen vernetzten Lösung sowie der alten und bewährten Lösung, die mit der Offline-„Box“ verbunden war, um die Ergebnisse zu validieren und später abzuzeichnen .

Ein wichtiger Aspekt für den Endanwender in der neuen Lösung war, das passende Projekt, Auftrag und Auftragszeilenprodukt aus dem ERP auswählen zu können. Es war klar, dass die bestehende Pull-basierte Lösung für einheitliche Daten, die Azure Data Factory mit Azure Data Bricks für die Datentransformation nutzt, nicht akzeptabel wäre, eine Echtzeitintegration war erforderlich. Wir haben Azure Integration Services, Azure Logic Apps, Azure Integration Accounts und Azure Functions genutzt, um eine ereignisgesteuerte und serverlose Unternehmensintegration für die Erfassung von Bestelldaten aus dem ERP in Echtzeit zu implementieren und so Bestellungen und deren Produkte im auswählbar zu machen Präsentationsschicht, Sekunden oder weniger, nachdem sie im Quellsystem erstellt wurde.

Eine weitere Anforderung war, dass die Endbenutzer Berichte im PDF-Format von durchgeführten Messungen herunterladen können, einschließlich Festigkeitsentwicklungskurven, der Materialtemperatur während des Messverlaufs und mehr, in mehreren Sprachen in einem pdf. Das Erstellen dynamischer PDFs kann oft eine lästige Pflicht sein und besonders schwierig sein, wenn sie stark stilisiert ist. Für diesen Fall haben wir die Verwendung einer virtuellen Razor-Ansichts-Engine eingeführt, die den Inhalt basierend auf .cshtml-Ansichtsvorlagen im Speicher rendert, bevor er in ein PDF-Byte-Array konvertiert wird, wobei die Vorteile ein stark typisiertes (virtuelles) Frontend sowie reguläres HTML, CSS sind und JS zum Rendern des PDF-Layouts auch im Backend, was die teilweise Wiederverwendung des vorhandenen Codes ermöglichte, der zur Visualisierung der Ergebnisse im Frontend verwendet wurde, während gleichzeitig sichergestellt wurde, dass die in den unterstützten Märkten verwendeten Sprachen wie erwartet gerendert wurden.

Together with the client, Axelsson Consulting also discussed and implemented a new way to charge for the benefits of the new digital services. A subscription model was implemented where different tiers give access to certain sets of features, with validation taking place in an ASP.NET Core Middleware, preventing requests before they reach the API controller unless they have been made by a customer with the appropriate access and subscription tier to access the requested feature.

Lieferung unter Zeitdruck und trotz hoher Fehlerquote

Axelsson Consulting was tasked with delivering a market-ready solution by the beginning of the following year, with the decisive green light for the implementation phase commencing just five months before that. Of course, we knew full well that the majority of IoT projects fail to progress from proof-of-concept to tangible business value in production. But with our expertise in the technologies at hand and a methodology with a proven track record of success – having already led the completion of the real-time asset tracking solution previously – we were confident in getting the job done on time.

With a short amount of time given the rather extensive scope, including IoT testing, implementation and validation, REST API design, extensive software engineering and modernization of the decades-old legacy software, as well as frontend and presentation layer development, and given the size of the Axelsson Consulting team at the time, consisting of one Sr. Solution Architect / Backend Engineer, one Sr. Frontend Engineer, and one Backend Engineer respectively, we quickly realized we needed to ensure bottlenecks were kept to an absolute minimum to be able to deliver the project to market at the desired time, and that we needed quick and prompt feedback continuously on deliverables in the testing environments. Thankfully, the time and effort were put in by all parties to make the project a success, including the PO.

Wir stellten fest, dass auch eine schnelle und zeitnahe Kommunikation mit dem Labor erforderlich war und dass wir nicht immer dieselbe Sprache sprachen. Um die Dinge einfach zu halten, haben wir eine gemeinsame Excel-Datei erstellt, anhand derer wir den modernisierten Aushärtungsalgorithmus validiert und getestet haben. Es mag einfach erscheinen, aber Excel war ein gemeinsamer Nenner, den sowohl Ingenieure als auch Laborexperten verstanden und verstanden, wodurch die Test- und Implementierungsphase beschleunigt wurde.

Wie wir dem Kunden zu einem neuen Wettbewerbsvorteil verholfen haben

The digital modern cloud-native industrial IoT solution delivered by the Axelsson Consulting team for Thomas Concrete Group, digitalized a highly manual process with a modern, cloud-powered and connected solution, unlocking new digital insights for their customers, allowing them to build better and faster, while profoundly improving its business and service offering to its customers, as well as enabling new digital business models for the client – on time, within budget, and ready to scale.

Jetzt können die Kunden der Thomas Concrete Group aus der Ferne präzise datengesteuerte Einblicke in den Fortschritt und den Stand ihrer Bauprojekte erhalten, was durch den richtigen Einsatz von Cloud-nativen Diensten und Produkten in Azure- und IoT-Netzwerken jederzeit und überall möglich ist, was Bauherren ermöglicht Reduzieren Sie Zeitverschwendung und fahren Sie ohne Verzögerung fort, was Zeit und Geld spart.

Es ist eine Win-Win-Situation: Die Thomas Concrete Group ermöglicht ihren Kunden, durch digitale Technologien effizienter denn je zu wirtschaften – ein erheblicher Wettbewerbsvorteil in einer sich langsam entwickelnden Branche.

Genau wie in unserer Real-Time Asset Tracking-Lösung wurde CrateDB als integraler Bestandteil der Architektur zum Speichern halbstrukturierter Sensordaten verwendet. Sie können mehr darüber lesen, wie wir die Datenbank für diese spezielle industrielle IoT-Fallstudie verwendet haben Hier.

Nach der Einführung der Lösung auf den europäischen Märkten berichtete die nordamerikanische Nachrichtenagentur Enterprise IoT Insights auch darüber, wie Digital-, Cloud- und IoT-Technologien zur Digitalisierung von Geschäftsprozessen und Lieferketten eingesetzt wurden. Lesen Sie mehr Hier.

Bei IoT-Konnektivität und -Lösungen geht es darum, mit weniger mehr zu erreichen, was neben Effizienzgewinnen entscheidend sein wird, um die Nachhaltigkeitsziele zu erreichen, wenn wir uns dem Jahr 2030 nähern. Möchten Sie mehr erfahren? Abonniere unseren Newsletter um unsere Experteneinblicke sowie kommende Fallstudien direkt in Ihren Posteingang zu bekommen.