Wenn Bauunternehmen nicht wissen, wann der Beton fertig ist, kann dies zu Verzögerungen in der Produktion führen. Mit unseren vernetzten digitalen IoT-Lösungen wie der, die Axelsson Consulting für die Thomas Concrete Group, einen weltweit führenden Hersteller und Vertreiber von hochwertigem Transportbeton für gewerbliche und private Kunden, entwickelt hat, lässt sich die Bereitschaft des Materials fast augenblicklich feststellen. Außerdem wird eine kontinuierliche Momentaufnahme des historischen und aktuellen Zustands des Materials in Echtzeit bereitgestellt, die den Kunden des Auftraggebers neue und datengestützte Einblicke ermöglicht, die den Abfall erheblich reduzieren, die Effizienz verbessern und die Vorlaufzeiten auf den Baustellen verkürzen können.

Betonunternehmen setzen zunehmend auf digitale Lösungen, um ihren Betrieb effizienter, kostengünstiger und kundenfreundlicher zu gestalten. Mithilfe von IoT-Sensoren, Niederfrequenz-Netzwerkprotokollen und der Cloud können sie ihren Kunden beispielsweise genaue Informationen darüber liefern, wann ihr Beton geliefert wird und wie stark die Mischung ist bzw. voraussichtlich sein wird.

In dieser Fallstudie untersuchen wir, wie unsere Cloud-native IoT-Lösung der Thomas Concrete Group zu einem einzigartigen Wettbewerbsvorteil verholfen hat, indem sie IoT-Sensoren, IoT-Netzwerke und alle Möglichkeiten der Cloud nutzte, um den inhärenten Wert von Sensor- und Unternehmensdaten zu erschließen und ihren Kunden eine genaue Überwachung der Betonfestigkeit zu ermöglichen, die so einfach ist wie ein Blick auf das Wetter.

Die Herausforderung: Effiziente Messung der Materialfestigkeit

In der bisherigen Arbeitsweise war die Thomas Concrete Group nicht in der Lage, ihren Kunden ohne umfangreiche und teure manuelle Analysen und Messungen aussagekräftige Erkenntnisse über die Eigenschaften ihres Betons zu liefern, was bedeutete, dass die Bauherren oft länger als nötig warteten, um sicherzustellen, dass das Material im Bauteil stark genug war, um die Sicherheitsgrenzwerte einzuhalten. Ohne genaue Erkenntnisse ließen die Bauunternehmer den Beton beispielsweise aushärten, bis er eine Härte von 46 oder 47 Megapascal erreicht hatte, obwohl 40 MPa ausreichend wären, was zu unnötigen Wartezeiten für jedes einzelne Bauteil führte, die sich im Verlauf eines Bauprojekts auf Stunden, Tage und sogar Wochen summieren können und die gesamte Projektdurchführungszeit verlängern. Erst dann konnte man zur nächsten Bauphase übergehen, z. B. zur Aufstockung eines Gebäudes.

In der alten Betriebsart wurde ein Dienst angeboten, bei dem Daten über Materialeigenschaften gesammelt wurden, aber es war erforderlich, dass ein Berater physisch zu jeder Projektbaustelle reiste, manuell ein Sensorkabel in den Beton einführte, das mit einer Offline-Messbox" verbunden war, und später zur gleichen Baustelle zurückkehrte, die Daten aus der Box auf einen USB-Stick extrahierte und den USB-Stick dann in einen PC steckte, wo die gesammelten Daten manuell analysiert wurden.

Die Lösung: Eine moderne und vernetzte industrielle IoT-Lösung auf der Basis von Azure

Wir wollten diesen ineffizienten manuellen Prozess durch eine vernetzte, Azure-gestützte, daten- und ereignisgesteuerte industrielle IoT-Lösung ersetzen, die detaillierte Echtzeit-Einblicke und -Analysen über die Betonmischung liefert, und zwar bequem vom Büro aus. Sie ermöglichte auch zusätzliche wertsteigernde Funktionen wie Prognosen auf der Grundlage der Umgebungstemperatur vor Ort.

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

Schaffung der Grundlagen: Planung, Anforderungserfassung und Erfolgsfaktoren

Die Wahrheit ist, dass die meisten IoT-Projekte scheitern und viele nicht einmal die Experimentierphase verlassen. Dies geschieht, wenn die Daten- und Lösungsarchitektur nicht für den speziellen Anwendungsfall ausgelegt ist, den ein bestimmter 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. Die Digitalisierung allein führt nicht zum Erfolg - sie muss richtig gemacht werden.

Der erste Schritt für Axelsson Consulting bei der Entwicklung einer IoT-Lösung zur Fernabfrage, -speicherung und -berechnung der Materialfestigkeit für die Thomas Concrete Group bestand darin, die wichtigsten Erfolgsfaktoren zu identifizieren. Auf diese Weise konnten wir Fallstricke vermeiden und das gesamte digitale Geschäftspotenzial des IoT für diesen speziellen Anwendungsfall ausschöpfen. Nach dieser Prüfung erstellten wir einen Lösungsvorschlag, der unsere Empfehlungen für Sensoren, Konnektivität, Datenanforderungen, Speicherung, Gerätemanagement, Anwendungs- und Kommunikationsprotokolle, Edge-Architektur, einschließlich Offline-Fähigkeit im Falle eines vorübergehenden Konnektivitätsverlusts, IoT-Plattform und Module enthielt. Auf dieser Grundlage konnten wir den Stromverbrauch, die erwartete Batterielebensdauer und die Gesamtkosten genau vorhersagen.

Nachdem wir gemeinsam mit der IT-Abteilung der Thomas Concrete Group die technischen Aspekte festgelegt hatten, war es an der Zeit, die Lösung zu implementieren. Hier haben wir die Software- und Hardware-Architektur so gestaltet, dass sie den geschäftlichen Anwendungsfall in der Praxis erfüllt. Für diese spezielle Anwendung haben wir Azure EventHub, serverlose Azure-Funktionen, Azure Kubernetes Service, Azure Premium SSD Managed Disks, Crate DB für Zeitreihendaten sowie Azure DevOps für die kontinuierliche Integration und Bereitstellung und Azure Cosmos DB für vereinheitlichte Geschäftsdaten, einschließlich Auftrags-, Produkt-, Projekt- und Rezeptdaten, in vollem Umfang und in der besten Praxis genutzt.

Azure IoT Hub spielte eine zentrale Rolle in der Sensorarchitektur und wurde für das Gerätemanagement, die ereignisgesteuerte Datenaufnahme von Sensordaten in der Cloud-nativen Sensorarchitektur sowie für das Senden von Cloud-to-Device-Nachrichten, wie z. B. Firmware-Anweisungen, die bei Bedarf bestimmte Gerätefunktionen aktivieren oder deaktivieren, verwendet, wie z. B. Auslöser, um die Einhaltung der Vorschriften zu gewährleisten, so dass die Anzahl der Nachrichten, typischerweise 140 übertragene Uplink-Nachrichten pro Tag, nicht die gesetzliche Grenze innerhalb des ISM-Bandes überschreitet, in dem sowohl SigFox als auch LoRaWAN betrieben werden, die vorschreibt, dass die maximale mittlere Übertragungszeit 1% der Netzwerkbandbreite nicht überschreiten darf.

In der frühen Experimentierphase wurden Konnektivitätstests durchgeführt, um festzustellen, ob die öffentliche IoT-Infrastruktur ausreicht oder nicht, um dies zu gewährleisten. Die Wahl eines dedizierten IoT-Kommunikationsprotokolls und -Netzwerks fiel leicht und basierte auf den bekannten Vorteilen der Niederfrequenz-Funkkommunikation, die sich auch in realen Tests zeigten, wie z. B. die lange Akkulaufzeit 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 die lange Akkulaufzeit, sicherlich vorhanden sind, aber auch, dass ein lokales Gateway vorzugsweise verwendet werden sollte, z. B. an einem zentralen Ort wie einem Büro am Projektstandort, um die bestmöglichen Ergebnisse und die Abdeckung für die Endnutzer zu gewährleisten, was ohnehin gut zu SigFox und LoRaWAN passt, da Pakete an alle sichtbaren Gateways gesendet werden.

In Zusammenarbeit mit dem Kunden wurde während dieser Zeit und nach der Erfassung der Anforderungen beschlossen, dass sowohl SigFox- als auch LoRaWAN-Kommunikationsprotokolle von der angeschlossenen Lösung unterstützt werden sollten und dass ein Hardware-Anbieter ausgewählt werden sollte, der vorzugsweise bereits sowohl 868-MHz-Geräte für die europäischen Märkte als auch 433-MHz-zertifizierte Sensorgeräte für die bevorstehende Markteinführung in Nordamerika herstellt, und dass dieselbe Cloud-Architektur auf rationalisierte 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 aufgebaut haben

Während des gesamten Implementierungsprozesses haben wir das Verhalten und die Leistung der Lösung und der Architektur überprüft. So konnten wir bei Bedarf Anpassungen vornehmen und die Funktionalität und Sicherheit durchgängig gewährleisten.

Reale Tests der Lösung fanden in dem vollständig im Besitz der Thomas Concrete Group befindlichen und akkreditierten Labor für Materialprüfung sowie Forschung und Entwicklung statt. Die Tests umfassten die Überwachung des in Würfel gegossenen Betons sowohl mit den IoT-Sensoren und -Kabeln der neuen vernetzten Lösung als auch mit der alten und bewährten Lösung, die mit der Offline-"Box" verbunden war, um die Ergebnisse zu validieren und später abzusegnen.

Ein wichtiger Aspekt für den Endbenutzer der neuen Lösung war die Möglichkeit, das entsprechende Projekt, den Auftrag und das Produkt der Auftragszeile aus dem ERP auszuwählen. Es war klar, dass die bestehende Pull-basierte Lösung für vereinheitlichte Daten, die Azure Data Factory mit Azure Data Bricks für die Datentransformation nutzt, nicht akzeptabel sein würde, eine Echtzeit-Integration wurde benötigt. Wir nutzten Azure Integration Services, Azure Logic Apps, Azure Integration Accounts und Azure Functions, um eine ereignisgesteuerte und serverlose Unternehmensintegration für die Aufnahme von Auftragsdaten aus dem ERP in Echtzeit zu implementieren, so dass Aufträge und ihre Produkte in der Präsentationsschicht innerhalb von Sekunden oder weniger nach ihrer Erstellung im Quellsystem ausgewählt werden können.

Eine weitere Anforderung war, dass die Endbenutzer Berichte über abgeschlossene Messungen im PDF-Format herunterladen können, einschließlich Festigkeitsentwicklungskurven, der Materialtemperatur während der Messung und mehr, und zwar in mehreren Sprachen. Die Erstellung dynamischer PDFs kann oft mühsam sein und ist besonders schwierig, wenn sie stark stilisiert sind. In diesem Fall haben wir uns für eine virtuelle Razor-View-Engine entschieden, die den Inhalt auf der Grundlage von .cshtml-Ansichtsvorlagen im Speicher rendert, bevor sie in ein PDF-Byte-Array konvertiert wird. Dies hat den Vorteil, dass es sich um ein stark typisiertes (virtuelles) Frontend handelt, während im Backend reguläres HTML, CSS und JS zum Rendern des PDF-Layouts verwendet werden.

Gemeinsam mit dem Kunden erörterte und implementierte Axelsson Consulting auch eine neue Methode zur Abrechnung der Vorteile der neuen digitalen Dienste. Es wurde ein Abonnementmodell implementiert, bei dem verschiedene Stufen Zugang zu bestimmten Funktionssätzen gewähren. Die Validierung erfolgt in einer ASP.NET Core Middleware, die Anfragen verhindert, bevor sie den API-Controller erreichen, es sei denn, sie wurden von einem Kunden mit dem entsprechenden Zugang und der entsprechenden Abonnementstufe für den Zugriff auf die angeforderte Funktion gestellt.

Lieferung innerhalb einer knappen Frist und trotz einer hohen Fehlerquote

Axelsson Consulting hatte den Auftrag, bis Anfang des nächsten Jahres eine marktreife Lösung zu liefern, wobei der entscheidende Startschuss für die Implementierungsphase erst fünf Monate zuvor fiel. Natürlich wussten wir genau, dass die meisten IoT-Projekte es nicht schaffen, vom Proof-of-Concept zum greifbaren Geschäftswert in der Produktion zu gelangen. Aber mit unserem Fachwissen über die vorhandenen Technologien und einer Methodik mit nachgewiesener Erfolgsbilanz - wir hatten zuvor bereits die Fertigstellung der Echtzeitlösung zur Anlagenverfolgung geleitet - waren wir zuversichtlich, die Aufgabe rechtzeitig zu erledigen.

In Anbetracht der kurzen Zeitspanne und des recht umfangreichen Umfangs, der IoT-Tests, -Implementierung und -Validierung, REST-API-Design, umfangreiches Software-Engineering und Modernisierung der jahrzehntealten Legacy-Software sowie Frontend- und Präsentationsschicht-Entwicklung umfasste, und angesichts der Größe des damaligen Axelsson Consulting-Teams, das aus einem Senior Solution Architect / Backend Engineer, einem Senior Frontend Engineer und einem Backend Engineer bestand, wurde uns schnell klar, dass wir Engpässe auf ein absolutes Minimum reduzieren mussten, um das Projekt rechtzeitig auf den Markt zu bringen. Solution Architect / Backend Engineer, einem Sr. Frontend Engineer und einem Backend Engineer bestand, wurde uns schnell klar, dass wir sicherstellen mussten, dass Engpässe auf ein absolutes Minimum reduziert wurden, um das Projekt in der gewünschten Zeit auf den Markt bringen zu können, und dass wir ein schnelles und promptes Feedback zu den Ergebnissen in den Testumgebungen benötigten. Dankenswerterweise haben alle Beteiligten Zeit und Mühe investiert, um das Projekt zu einem Erfolg zu machen, auch der PO.

Wir erkannten, dass auch eine schnelle und prompte Kommunikation mit dem Labor erforderlich war und dass wir nicht immer dieselbe Sprache sprachen. Um die Dinge einfach zu halten, erstellten wir eine gemeinsame Excel-Datei, mit der wir den modernisierten Aushärtungsalgorithmus validierten und testeten. Es mag einfach erscheinen, aber Excel war ein gemeinsamer Nenner, über den sowohl Ingenieure als auch Laborexperten sprachen und den sie verstanden, was die Test- und Implementierungsphase beschleunigte.

Wie wir dem Kunden zu einem neuen Wettbewerbsvorteil verhalfen

Die digitale, moderne, cloud-native industrielle IoT-Lösung, die das Team von Axelsson Consulting für die Thomas Concrete Group geliefert hat, digitalisierte einen hochgradig manuellen Prozess mit einer modernen, cloud-basierten und vernetzten Lösung, die ihren Kunden neue digitale Einblicke verschafft und es ihnen ermöglicht, besser und schneller zu bauen, während sie gleichzeitig ihr Geschäfts- und Serviceangebot für ihre Kunden grundlegend verbessern und dem Kunden neue digitale Geschäftsmodelle ermöglichen - pünktlich, innerhalb des Budgets und bereit zur Skalierung.

Jetzt können die Kunden der Thomas Concrete Group aus der Ferne präzise datengestützte Einblicke in den Verlauf und den Zustand ihrer Bauprojekte erhalten. Dies wird durch die richtige Nutzung von Cloud-nativen Diensten und Produkten in Azure und IoT-Netzwerken jederzeit und überall möglich, so dass Bauherren Zeitverschwendung reduzieren und ohne Verzögerung fortfahren können, was Zeit und Geld spart.

Eine Win-Win-Situation: Die Thomas Concrete Group ermöglicht es ihren Kunden, mit Hilfe digitaler Technologien effizienter als je zuvor zu arbeiten - ein bedeutender Wettbewerbsvorteil in einer sich langsam bewegenden Branche.

Genau wie bei unserer Real-Time Asset Tracking Lösung wurde CrateDB als integraler Bestandteil der Architektur für die Speicherung semi-strukturierter 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 in den europäischen Märkten berichtete das nordamerikanische Nachrichtenmagazin Enterprise IoT Insights auch darüber, wie Digital-, Cloud- und IoT-Technologien zur Digitalisierung von Geschäftsprozessen und Lieferketten eingesetzt wurden. hier.

Bei IoT-Konnektivität und -Lösungen geht es darum, mit weniger mehr zu erreichen, was neben Effizienzsteigerungen entscheidend sein wird, um die Nachhaltigkeitsziele bis 2030 zu erreichen. Möchten Sie mehr erfahren? Abonnieren Sie unseren Newsletter und Sie erhalten unsere Expertenmeinungen sowie die nächsten Fallstudien direkt in Ihren Posteingang.