{"id":1093,"date":"2023-01-09T14:59:53","date_gmt":"2023-01-09T13:59:53","guid":{"rendered":"https:\/\/axelssoncloudconsulting.azurewebsites.net\/?page_id=1093"},"modified":"2023-01-09T14:59:53","modified_gmt":"2023-01-09T13:59:53","slug":"digitalisierung-von-wertstromen-durch-industrielles-iot-und-azure-cloud-fur-wettbewerbsvorteile","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/axelssonconsulting.eu\/de-de\/fallstudien\/digitalisierung-von-wertstromen-durch-industrielles-iot-und-azure-cloud-fur-wettbewerbsvorteile\/","title":{"rendered":"Digitalisierung der Qualit\u00e4tskontrolle von Baubeton mit industriellem IoT und Azure"},"content":{"rendered":"
Wenn Bauunternehmen nicht wissen, wann der Beton fertig ist, kann dies zu Verz\u00f6gerungen in der Produktion f\u00fchren. Mit unseren vernetzten digitalen IoT-L\u00f6sungen wie der, die Axelsson Consulting f\u00fcr die Thomas Concrete Group, einen weltweit f\u00fchrenden Hersteller und Vertreiber von hochwertigem Transportbeton f\u00fcr gewerbliche und private Kunden, entwickelt hat, l\u00e4sst sich die Bereitschaft des Materials fast augenblicklich feststellen. Au\u00dferdem wird eine kontinuierliche Momentaufnahme des historischen und aktuellen Zustands des Materials in Echtzeit bereitgestellt, die den Kunden des Auftraggebers neue und datengest\u00fctzte Einblicke erm\u00f6glicht, die den Abfall erheblich reduzieren, die Effizienz verbessern und die Vorlaufzeiten auf den Baustellen verk\u00fcrzen k\u00f6nnen.<\/p>\n\n\n\n
Betonunternehmen setzen zunehmend auf digitale L\u00f6sungen, um ihren Betrieb effizienter, kosteng\u00fcnstiger und kundenfreundlicher zu gestalten. Mithilfe von IoT-Sensoren, Niederfrequenz-Netzwerkprotokollen und der Cloud k\u00f6nnen sie ihren Kunden beispielsweise genaue Informationen dar\u00fcber liefern, wann ihr Beton geliefert wird und wie stark die Mischung ist bzw. voraussichtlich sein wird.<\/p>\n\n\n\n
In dieser Fallstudie untersuchen wir, wie unsere Cloud-native IoT-L\u00f6sung der Thomas Concrete Group zu einem einzigartigen Wettbewerbsvorteil verholfen hat, indem sie IoT-Sensoren, IoT-Netzwerke und alle M\u00f6glichkeiten der Cloud nutzte, um den inh\u00e4renten Wert von Sensor- und Unternehmensdaten zu erschlie\u00dfen und ihren Kunden eine genaue \u00dcberwachung der Betonfestigkeit zu erm\u00f6glichen, die so einfach ist wie ein Blick auf das Wetter.<\/p>\n\n\n\n
Die Herausforderung: Effiziente Messung der Materialfestigkeit<\/h2>\n\n\n\n
In der bisherigen Arbeitsweise war die Thomas Concrete Group nicht in der Lage, ihren Kunden ohne umfangreiche und teure manuelle Analysen und Messungen aussagekr\u00e4ftige Erkenntnisse \u00fcber die Eigenschaften ihres Betons zu liefern, was bedeutete, dass die Bauherren oft l\u00e4nger als n\u00f6tig warteten, um sicherzustellen, dass das Material im Bauteil stark genug war, um die Sicherheitsgrenzwerte einzuhalten. Ohne genaue Erkenntnisse lie\u00dfen die Bauunternehmer den Beton beispielsweise aush\u00e4rten, bis er eine H\u00e4rte von 46 oder 47 Megapascal erreicht hatte, obwohl 40 MPa ausreichend w\u00e4ren, was zu unn\u00f6tigen Wartezeiten f\u00fcr jedes einzelne Bauteil f\u00fchrte, die sich im Verlauf eines Bauprojekts auf Stunden, Tage und sogar Wochen summieren k\u00f6nnen und die gesamte Projektdurchf\u00fchrungszeit verl\u00e4ngern. Erst dann konnte man zur n\u00e4chsten Bauphase \u00fcbergehen, z. B. zur Aufstockung eines Geb\u00e4udes.<\/p>\n\n\n\n
In der alten Betriebsart wurde ein Dienst angeboten, bei dem Daten \u00fcber Materialeigenschaften gesammelt wurden, aber es war erforderlich, dass ein Berater physisch zu jeder Projektbaustelle reiste, manuell ein Sensorkabel in den Beton einf\u00fchrte, das mit einer Offline-Messbox\" verbunden war, und sp\u00e4ter zur gleichen Baustelle zur\u00fcckkehrte, 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.<\/p>\n\n\n\n
Die L\u00f6sung: Eine moderne und vernetzte industrielle IoT-L\u00f6sung auf der Basis von Azure<\/h2>\n\n\n\n
Wir wollten diesen ineffizienten manuellen Prozess durch eine vernetzte, Azure-gest\u00fctzte, daten- und ereignisgesteuerte industrielle IoT-L\u00f6sung ersetzen, die detaillierte Echtzeit-Einblicke und -Analysen \u00fcber die Betonmischung liefert, und zwar bequem vom B\u00fcro aus. Sie erm\u00f6glichte auch zus\u00e4tzliche wertsteigernde Funktionen wie Prognosen auf der Grundlage der Umgebungstemperatur vor Ort.<\/p>\n\n\n\n
Um die Echtzeit-\u00dcberwachung zum Leben zu erwecken, haben wir drahtlose IoT-Sensoren in bestimmten Kombinationen eingesetzt, die die Festigkeit des Betons w\u00e4hrend des Aush\u00e4rtens messen.<\/p>\n\n\n\n
Schaffung der Grundlagen: Planung, Anforderungserfassung und Erfolgsfaktoren<\/h2>\n\n\n\n
Die Wahrheit ist, dass die meisten IoT-Projekte scheitern und viele nicht einmal die Experimentierphase verlassen. Dies geschieht, wenn die Daten- und L\u00f6sungsarchitektur nicht f\u00fcr den speziellen Anwendungsfall ausgelegt ist, den ein bestimmter Workload erfordert. Unser ganzheitlicher Ansatz wurde auf die spezifischen Bed\u00fcrfnisse der Thomas Concrete Group und ihrer Kunden zugeschnitten und ist ein wichtiger Grund daf\u00fcr, dass das Unternehmen einen Wettbewerbsvorteil in der Branche erlangen konnte. Die Digitalisierung allein f\u00fchrt nicht zum Erfolg - sie muss richtig gemacht werden.<\/p>\n\n\n\n
Der erste Schritt f\u00fcr Axelsson Consulting bei der Entwicklung einer IoT-L\u00f6sung zur Fernabfrage, -speicherung und -berechnung der Materialfestigkeit f\u00fcr die Thomas Concrete Group bestand darin, die wichtigsten Erfolgsfaktoren zu identifizieren. Auf diese Weise konnten wir Fallstricke vermeiden und das gesamte digitale Gesch\u00e4ftspotenzial des IoT f\u00fcr diesen speziellen Anwendungsfall aussch\u00f6pfen. Nach dieser Pr\u00fcfung erstellten wir einen L\u00f6sungsvorschlag, der unsere Empfehlungen f\u00fcr Sensoren, Konnektivit\u00e4t, Datenanforderungen, Speicherung, Ger\u00e4temanagement, Anwendungs- und Kommunikationsprotokolle, Edge-Architektur, einschlie\u00dflich Offline-F\u00e4higkeit im Falle eines vor\u00fcbergehenden Konnektivit\u00e4tsverlusts, IoT-Plattform und Module enthielt. Auf dieser Grundlage konnten wir den Stromverbrauch, die erwartete Batterielebensdauer und die Gesamtkosten genau vorhersagen.<\/p>\n\n\n\n
Nachdem wir gemeinsam mit der IT-Abteilung der Thomas Concrete Group die technischen Aspekte festgelegt hatten, war es an der Zeit, die L\u00f6sung zu implementieren. Hier haben wir die Software- und Hardware-Architektur so gestaltet, dass sie den gesch\u00e4ftlichen Anwendungsfall in der Praxis erf\u00fcllt. F\u00fcr diese spezielle Anwendung haben wir Azure EventHub, serverlose Azure-Funktionen, Azure Kubernetes Service, Azure Premium SSD Managed Disks, Crate DB f\u00fcr Zeitreihendaten sowie Azure DevOps f\u00fcr die kontinuierliche Integration und Bereitstellung und Azure Cosmos DB f\u00fcr vereinheitlichte Gesch\u00e4ftsdaten, einschlie\u00dflich Auftrags-, Produkt-, Projekt- und Rezeptdaten, in vollem Umfang und in der besten Praxis genutzt.<\/p>\n\n\n\n
Azure IoT Hub spielte eine zentrale Rolle in der Sensorarchitektur und wurde f\u00fcr das Ger\u00e4temanagement, die ereignisgesteuerte Datenaufnahme von Sensordaten in der Cloud-nativen Sensorarchitektur sowie f\u00fcr das Senden von Cloud-to-Device-Nachrichten, wie z. B. Firmware-Anweisungen, die bei Bedarf bestimmte Ger\u00e4tefunktionen aktivieren oder deaktivieren, verwendet, wie z. B. Ausl\u00f6ser, um die Einhaltung der Vorschriften zu gew\u00e4hrleisten, so dass die Anzahl der Nachrichten, typischerweise 140 \u00fcbertragene Uplink-Nachrichten pro Tag, nicht die gesetzliche Grenze innerhalb des ISM-Bandes \u00fcberschreitet, in dem sowohl SigFox als auch LoRaWAN betrieben werden, die vorschreibt, dass die maximale mittlere \u00dcbertragungszeit 1% der Netzwerkbandbreite nicht \u00fcberschreiten darf.<\/p>\n\n\n\n
In der fr\u00fchen Experimentierphase wurden Konnektivit\u00e4tstests durchgef\u00fchrt, um festzustellen, ob die \u00f6ffentliche IoT-Infrastruktur ausreicht oder nicht, um dies zu gew\u00e4hrleisten. 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 F\u00e4higkeit, Hindernisse wie W\u00e4nde und Decken zu durchdringen, im Gegensatz zu Hochfrequenz-Mobilfunknetzen wie 4G\/LTE und 5G, die Akkulaufzeit und Reichweite f\u00fcr hohe Daten\u00fcbertragungsgeschwindigkeiten opfern. Die Tests, die wir zusammen mit dem Kunden durchgef\u00fchrt haben, haben gezeigt, dass die inh\u00e4renten 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 B\u00fcro am Projektstandort, um die bestm\u00f6glichen Ergebnisse und die Abdeckung f\u00fcr die Endnutzer zu gew\u00e4hrleisten, was ohnehin gut zu SigFox und LoRaWAN passt, da Pakete an alle sichtbaren Gateways gesendet werden.<\/p>\n\n\n\n
In Zusammenarbeit mit dem Kunden wurde w\u00e4hrend dieser Zeit und nach der Erfassung der Anforderungen beschlossen, dass sowohl SigFox- als auch LoRaWAN-Kommunikationsprotokolle von der angeschlossenen L\u00f6sung unterst\u00fctzt werden sollten und dass ein Hardware-Anbieter ausgew\u00e4hlt werden sollte, der vorzugsweise bereits sowohl 868-MHz-Ger\u00e4te f\u00fcr die europ\u00e4ischen M\u00e4rkte als auch 433-MHz-zertifizierte Sensorger\u00e4te f\u00fcr die bevorstehende Markteinf\u00fchrung in Nordamerika herstellt, und dass dieselbe Cloud-Architektur auf rationalisierte und einheitliche Weise f\u00fcr alle M\u00e4rkte mit minimalen oder keinen zus\u00e4tzlichen \u00c4nderungen an der Architektur verwendet werden sollte.<\/p>\n\n\n\n
Wie wir eine robuste und datengesteuerte Cloud-native IoT-L\u00f6sung in Azure aufgebaut haben<\/h2>\n\n\n\n
W\u00e4hrend des gesamten Implementierungsprozesses haben wir das Verhalten und die Leistung der L\u00f6sung und der Architektur \u00fcberpr\u00fcft. So konnten wir bei Bedarf Anpassungen vornehmen und die Funktionalit\u00e4t und Sicherheit durchg\u00e4ngig gew\u00e4hrleisten.<\/p>\n\n\n\n
Reale Tests der L\u00f6sung fanden in dem vollst\u00e4ndig im Besitz der Thomas Concrete Group befindlichen und akkreditierten Labor f\u00fcr Materialpr\u00fcfung sowie Forschung und Entwicklung statt. Die Tests umfassten die \u00dcberwachung des in W\u00fcrfel gegossenen Betons sowohl mit den IoT-Sensoren und -Kabeln der neuen vernetzten L\u00f6sung als auch mit der alten und bew\u00e4hrten L\u00f6sung, die mit der Offline-\"Box\" verbunden war, um die Ergebnisse zu validieren und sp\u00e4ter abzusegnen.<\/p>\n\n\n\n
Ein wichtiger Aspekt f\u00fcr den Endbenutzer der neuen L\u00f6sung war die M\u00f6glichkeit, das entsprechende Projekt, den Auftrag und das Produkt der Auftragszeile aus dem ERP auszuw\u00e4hlen. Es war klar, dass die bestehende Pull-basierte L\u00f6sung f\u00fcr vereinheitlichte Daten, die Azure Data Factory mit Azure Data Bricks f\u00fcr die Datentransformation nutzt, nicht akzeptabel sein w\u00fcrde, eine Echtzeit-Integration wurde ben\u00f6tigt. Wir nutzten Azure Integration Services, Azure Logic Apps, Azure Integration Accounts und Azure Functions, um eine ereignisgesteuerte und serverlose Unternehmensintegration f\u00fcr die Aufnahme von Auftragsdaten aus dem ERP in Echtzeit zu implementieren, so dass Auftr\u00e4ge und ihre Produkte in der Pr\u00e4sentationsschicht innerhalb von Sekunden oder weniger nach ihrer Erstellung im Quellsystem ausgew\u00e4hlt werden k\u00f6nnen.<\/p>\n\n\n\n<\/figure>\n\n\n\n
Eine weitere Anforderung war, dass die Endbenutzer Berichte \u00fcber abgeschlossene Messungen im PDF-Format herunterladen k\u00f6nnen, einschlie\u00dflich Festigkeitsentwicklungskurven, der Materialtemperatur w\u00e4hrend der Messung und mehr, und zwar in mehreren Sprachen. Die Erstellung dynamischer PDFs kann oft m\u00fchsam sein und ist besonders schwierig, wenn sie stark stilisiert sind. In diesem Fall haben wir uns f\u00fcr 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, w\u00e4hrend im Backend regul\u00e4res HTML, CSS und JS zum Rendern des PDF-Layouts verwendet werden.<\/p>\n\n\n\n
Gemeinsam mit dem Kunden er\u00f6rterte 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 Funktionss\u00e4tzen gew\u00e4hren. 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 f\u00fcr den Zugriff auf die angeforderte Funktion gestellt.<\/p>\n\n\n\n
Lieferung innerhalb einer knappen Frist und trotz einer hohen Fehlerquote<\/h2>\n\n\n\n
Axelsson Consulting hatte den Auftrag, bis Anfang des n\u00e4chsten Jahres eine marktreife L\u00f6sung zu liefern, wobei der entscheidende Startschuss f\u00fcr die Implementierungsphase erst f\u00fcnf Monate zuvor fiel. Nat\u00fcrlich wussten wir genau, dass die meisten IoT-Projekte es nicht schaffen, vom Proof-of-Concept zum greifbaren Gesch\u00e4ftswert in der Produktion zu gelangen. Aber mit unserem Fachwissen \u00fcber die vorhandenen Technologien und einer Methodik mit nachgewiesener Erfolgsbilanz - wir hatten zuvor bereits die Fertigstellung der Echtzeitl\u00f6sung zur Anlagenverfolgung geleitet - waren wir zuversichtlich, die Aufgabe rechtzeitig zu erledigen.<\/p>\n\n\n\n
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 Pr\u00e4sentationsschicht-Entwicklung umfasste, und angesichts der Gr\u00f6\u00dfe 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 Engp\u00e4sse 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 Engp\u00e4sse auf ein absolutes Minimum reduziert wurden, um das Projekt in der gew\u00fcnschten Zeit auf den Markt bringen zu k\u00f6nnen, und dass wir ein schnelles und promptes Feedback zu den Ergebnissen in den Testumgebungen ben\u00f6tigten. Dankenswerterweise haben alle Beteiligten Zeit und M\u00fche investiert, um das Projekt zu einem Erfolg zu machen, auch der PO.<\/p>\n\n\n\n
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 Aush\u00e4rtungsalgorithmus validierten und testeten. Es mag einfach erscheinen, aber Excel war ein gemeinsamer Nenner, \u00fcber den sowohl Ingenieure als auch Laborexperten sprachen und den sie verstanden, was die Test- und Implementierungsphase beschleunigte.<\/p>\n\n\n\n
Wie wir dem Kunden zu einem neuen Wettbewerbsvorteil verhalfen<\/h2>\n\n\n\n<\/figure>\n\n\n\n
Die digitale, moderne, cloud-native industrielle IoT-L\u00f6sung, die das Team von Axelsson Consulting f\u00fcr die Thomas Concrete Group geliefert hat, digitalisierte einen hochgradig manuellen Prozess mit einer modernen, cloud-basierten und vernetzten L\u00f6sung, die ihren Kunden neue digitale Einblicke verschafft und es ihnen erm\u00f6glicht, besser und schneller zu bauen, w\u00e4hrend sie gleichzeitig ihr Gesch\u00e4fts- und Serviceangebot f\u00fcr ihre Kunden grundlegend verbessern und dem Kunden neue digitale Gesch\u00e4ftsmodelle erm\u00f6glichen - p\u00fcnktlich, innerhalb des Budgets und bereit zur Skalierung.<\/p>\n\n\n\n
Jetzt k\u00f6nnen die Kunden der Thomas Concrete Group aus der Ferne pr\u00e4zise datengest\u00fctzte 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 \u00fcberall m\u00f6glich, so dass Bauherren Zeitverschwendung reduzieren und ohne Verz\u00f6gerung fortfahren k\u00f6nnen, was Zeit und Geld spart.<\/p>\n\n\n\n
Eine Win-Win-Situation: Die Thomas Concrete Group erm\u00f6glicht es ihren Kunden, mit Hilfe digitaler Technologien effizienter als je zuvor zu arbeiten - ein bedeutender Wettbewerbsvorteil in einer sich langsam bewegenden Branche.<\/p>\n\n\n\n
Genau wie bei unserer Real-Time Asset Tracking L\u00f6sung wurde CrateDB als integraler Bestandteil der Architektur f\u00fcr die Speicherung semi-strukturierter Sensordaten verwendet. Sie k\u00f6nnen mehr dar\u00fcber lesen, wie wir die Datenbank f\u00fcr diese spezielle industrielle IoT-Fallstudie verwendet haben hier<\/a>.<\/p>\n\n\n\n
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