IoT
Smart Warehouse als Service
Die Geschichte einer erfolgreichen Zusammenarbeit zwischen SGS, Swisscom und Microsoft.
Hintergrund
Nach Angaben der Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen (FAO) trägt Getreide (einschließlich Reis) 55-70 Prozent der gesamten Kalorien in der Ernährung der Entwicklungsländer bei, und allein Mais und Weizen machen fast zwei Drittel der weltweiten Nahrungsenergieaufnahme aus (Quelle(öffnet ein neues Fenster)). Allerdings gehen rund 14% der weltweiten Nahrungsmittel nach der Ernte und vor dem Verkauf verloren (Quelle(öffnet ein neues Fenster)). Einer der Hauptgründe dafür sind schlechte Lagerbedingungen aufgrund von schlechtem Temperaturmanagement und mangelnder Kontrolle der relativen Luftfeuchtigkeit, was zum Schrumpeln, Welken und Verderben von verderblichen Lebensmitteln führt. Ein weiterer Grund liegt in der Art des Transports.
Als weltweit führendes Unternehmen für Inspektion, Prüfung, Verifizierung und Zertifizierung hat sich SGS zum Ziel gesetzt, Getreidelager weltweit zu überwachen und zu betreiben sowie den Getreidetransport auf Frachtschiffen zu kontrollieren.
Business Herausforderung
Temperatur und Feuchtigkeit sind entscheidende Faktoren für die Beschleunigung oder Verzögerung der biochemischen Umwandlungen, die die Ursache für die Zersetzung des Getreides im Lager sind. Sie haben einen direkten Einfluss auf die Geschwindigkeit der Entwicklung von Insekten und Mikroorganismen - Schimmelpilze, Hefen und Bakterien - und auf die vorzeitige oder unzeitgemäße Keimung des Getreides. Die Temperatur hängt nicht nur von den klimatischen Bedingungen ab, sondern auch von den biochemischen Veränderungen, die im Inneren einer Getreidemasse stattfinden und eine unerwünschte natürliche Erwärmung der gelagerten Produkte bewirken.
Der Feuchtigkeitsgehalt des gelagerten Getreides hängt von der relativen Luftfeuchtigkeit (RAH) ab. Während der Lagerung erreicht die Feuchtigkeit im Produkt ein Gleichgewicht mit der Luft in und zwischen den Produktpartikeln und erzeugt eine relative Luftfeuchtigkeit, die für das Wachstum und die Entwicklung von Schadorganismen geeignet sein kann.
Wenn der befallene Bereich nicht behandelt und sofort isoliert wird, werden die Körner in Mitleidenschaft gezogen. Je länger es dauert, bis gehandelt wird, desto größer sind die Qualitätseinbußen und Verluste.
SGS hat unabhängige Dienstleistungen entwickelt, um diese Risiken zu verringern und Getreidelager auf nachhaltigere Weise zu betreiben. Anfänglich reiste ein SGS-Mitarbeiter zu einem Standort, prüfte das Getreide und füllte die Dokumentation aus. Aufgrund der begrenzten Ressourcen geschah dies nur jeden zweiten Tag in ausgewählten Lagern. Es ist nicht einfach, diese Dokumentationen an einem zentralen Ort zu konsolidieren, Einblicke in nahezu Echtzeit zu erhalten und diese Informationen mit den Endkunden zu teilen.
Um dieses Problem zu lösen, müssen mehrere Fragen geklärt werden, darunter:
- Was muss gemessen werden und wie?
- Wie werden die gesammelten Daten aus den Lagern an entfernten Standorten an eine zentrale Stelle übermittelt?
- Und wie erhältst du Erkenntnisse aus den gesammelten Daten?
- Wie stehen die Kosten des Projekts im Verhältnis zum Nutzen der Überwachung eines Produkts mit geringer Gewinnspanne?
Erfolgreiche Partnerschaft als Schlüsselfaktor
Die oben gezeigte Abbildung ist die neue IoT-Lösung, die SGS in Zusammenarbeit mit Swisscom und Microsoft auf Basis von Smart Sensing Devices entwickelt hat. Die SGS-Story zur Smart-Warehouse-Lösung kannst du hier sehen.
Auf dieser Grundlage wird SGS als erstes Projekt Smart Warehouse as a Service starten, um Temperatur- und Feuchtigkeitsschwankungen der Ladung im Lager auf verschiedenen Ebenen zu erkennen und die Lagerbedingungen durch Überwachung der relativen Luftfeuchtigkeit, der Temperatur und des Kohlendioxidgehalts zu steuern.
Microsoft Azure, eine starke und vertrauenswürdige Cloud-Plattform, sowie die zuverlässige Konnektivitätsplattform und der End-to-End Azure Cloud Service von Swisscom wurden ausgewählt, um diese Herausforderungen zu meistern. Das Projekt wurde 2019 erstmals in Ungarn gestartet.
Erfolgreiche Partnerschaft als Schlüsselfaktor
Mit dem Bedarf von SGS, der Innovationskraft von Microsoft Azure und dem Know-how und den Konnektivitätsfähigkeiten von Swisscom haben wir den Business Case in vernetzte und innovative Hardware umgesetzt. So geht's:
1. Die Getreidelagerhäuser wurden mit verschiedenen Sensoren ausgestattet, um sowohl Getreide als auch Luft zu überwachen. Das Kabel, an dem mehrere Sensoren befestigt sind, wird in die Getreidestapel eingeführt. Die Sensoren werden mit einer Batterie betrieben und messen die Luftfeuchtigkeit, die Temperatur und die CO2-Werte im Lagerhaus sowie die Feuchtigkeits- und Temperaturwerte des Getreides im oberen, mittleren und unteren Bereich des Stapels.
2. Alle sechs Stunden werden zwei historische und eine aktuelle Messung über das globale LoRaWan von Swisscom übertragen. Ein stromsparendes Weitverkehrsnetz, das die Lagerhäuser in der Umgebung umspannt, sehr stabil und kostengünstig ist und nur wenig Strom verbraucht.
3. Da sich die Lagerhäuser in Gebieten mit begrenzter Konnektivität befinden, senden die Geräte in den Lagerhäusern ihre Daten zunächst an ein Swisscom Managed Lora Edge Gateway, das die Daten dann an Microsoft Azure weiterleitet.
4. Der Azure IoT Hub ist das Herzstück einer IoT-Lösung in Azure. Er wird für die zuverlässige und sichere Kommunikation zwischen Geräten und der Cloud genutzt. Um ihn in unser Lifecycle Management und unseren Geschäftsprozess zu integrieren, hat Swisscom einen massgeschneiderten zusätzlichen Service für die Gerätebereitstellung entwickelt. Derzeit sind die mobilen Integrationen mit der Gerätebereitstellung vor Ort in der Umsetzung und der Dienst wird im vierten Quartal 2020 verfügbar sein.
5. Azure Stream Analytics wurde für die Verarbeitung von Nachrichten in Echtzeit, die Anreicherung von Daten und die Dekodierung von Nutzdaten verwendet, um Erkenntnisse aus IoT-Streaming-Daten zu gewinnen und Aktionen auszulösen.
Azure Data Lake wurde für die Speicherung und zukünftige Archivierung sowie für Datenanalysen genutzt.
Azure Analytics Services wurde genutzt, um die Daten in den benötigten Modellen bereitzustellen.
6. Azure SQL Database wird nicht nur für die Geräte-, Standort-, Kunden- und Projektverwaltung verwendet, sondern speichert auch die angereicherten Nutzdaten.
7. PowerBI wird zur Visualisierung nicht nur für das SGS IoT-Kompetenzzentrum verwendet, sondern auch für die Endkunden.
8. Das Public Cloud Managed Service Team von Swisscom kümmert sich um den reibungslosen Betrieb der Lösung und sendet nach den festgelegten Kriterien Alarme an die Betreiber.
Weitere Microsoft-Produkte, die verwendet wurden:
- Azure Logic App und Azure Functions für die Automatisierung;
- Azure Event Hub für das Streaming von Daten aus anderen Quellen oder von Drittanbietern;
- Log Analytics für die Überwachung und Alarmierung
Die gesamte Architektur basiert auf einer Mikroservice-Architektur und zusätzliche Komponenten können je nach Anwendungsfall später hinzugefügt werden.
Nach einem Jahr Projektlaufzeit war SGS in der Lage, ein 24/7-Echtzeit-Dashboard und eine datengesteuerte Überwachung bereitzustellen und somit Situationen in Echtzeit für die Kunden zu erkennen. Vorausschauende Analysen und Wartung ermöglichen es den Kunden außerdem, die Gärung zu stoppen, bevor sie einsetzt, was zu einer höheren Qualität und einem minimalen Verlust von Getreide führt. Außerdem werden jeden Tag Reisezeit und manuelle Dokumentation eingespart.
Vorausdenken - Die Zukunftsgeschichte
Die Lösung ist jetzt nahtlos in die SGS IoT-Cloud-Plattform integriert und bietet hochmoderne Daten-Dashboards und Berichte, die sich leicht an die Bedürfnisse der Kunden anpassen lassen.
Die fortschrittlichen Analysesysteme von Smart Warehouse as a Service ermöglichen schnelle Reaktionen und helfen, Kontaminationen zu verhindern. Neben der Reduzierung von Lebensmittelabfällen werden auch die Kontrollzeiten vor Ort und die Betriebskosten erheblich gesenkt. Die optimierten Ergebnisse in Kombination mit den bemerkenswerten Kostensenkungen der Lösung verschaffen SGS einen starken Wettbewerbsvorteil auf dem Markt: Sie ermöglicht eine schnelle Markteinführung, einen höheren Mehrwert für den Kunden und zusätzliche Verkaufsmöglichkeiten wie 24/7-Überwachung, intelligente prädiktive und abonnementbasierte Inspektionsdienste sowie eine höhere Produktivität.
SGS wird die Anwendung der Lösung von statischen Lagern auf Frachtschiffe ausweiten, die Getreide und andere Waren transportieren. Die Lösung wird erweitert werden.
- für körnige Güter wie z. B. Zement
- mit anderen Sensoren und verschiedenen Arten der Datenverarbeitung für andere Branchen und Anwendungsfälle wie die Erkennung von Gaslecks im Produktionsprozess und die Rückverfolgung von Waren in der Lieferkette sowie
- in ihrer Fernüberwachung
als Basis für das IoT im Allgemeinen. Zusätzliche Back- und Frontend-Komponenten können je nach Anwendungsfall und Geschäftsanforderungen hinzugefügt werden.
Außerdem liegt eine große Zukunftschance in der bereichsübergreifenden Nutzung der gesammelten Getreidedaten. So ist zum Beispiel ein großes Interesse an den Daten von Versicherungsunternehmen zu erwarten, um Policen zu erstellen. Die ständige Weiterentwicklung der Lösungen ermöglicht es uns auch, neue aufkommende Technologien rund um die 5G-Nutzung und Azure Edge-Technologien zu untersuchen.
Sicherheit durch Design
Wenn du ein System entwirfst, ist es wichtig, dass du die potenziellen Bedrohungen für dieses System kennst und dementsprechend geeignete Schutzmaßnahmen einbaust. Es ist von Vorteil, die Sicherheit bereits in der Entwurfsphase in das Projekt einzubeziehen. Es ist wichtig, das Produkt von Anfang an mit Blick auf die Sicherheit zu entwerfen. Wenn du verstehst, wie ein Angreifer ein System kompromittieren könnte, kannst du sicherstellen, dass wirksame Schutzmaßnahmen implementiert werden und ihre Kosten nicht übersteigen.
Microsoft, Swisscom und SGS haben eine lange Geschichte in der Arbeit mit Bedrohungsmodellen und Sicherheit. Von Anfang an war die Sicherheit auf allen Ebenen präsent, einschließlich der folgenden:
- Physische Standorte;
- Gerät mit Hardware und Firmware;
- Konnektivität;
- Cloud-Dienste mit sicherheitsorientierter Azure-Infrastruktur, Datenschutzkontrollen und Compliance-Tools.
- Einsatzteam mit SIEM (Security Information Event Management), Bedrohungsschutz und Sicherheitsmanagement-Tools.
Das Konzept der geteilten Verantwortlichkeiten für Cloud Computing ist bei diesem Projekt von großer Bedeutung. Es muss zu jeder Zeit klar verstanden und definiert werden, wer für welchen Teil des Systems verantwortlich ist. Das Konzept der geteilten Verantwortung leistet dazu einen entscheidenden Beitrag.
Chancen schaffen mit Microsoft Azure - die Swisscom Geschichte
Die Journey to the Cloud mit Swisscom begleitet Kunden von einer ersten Idee über einen funktionierenden Prototyp bis hin zu einer vollständig verwalteten Azure-Cloud und hilft den Kunden, alle Möglichkeiten von Microsoft Azure zu nutzen. Die Geschichte von Swisscom verbindet traditionelle Telekommunikationsdienste wie Konnektivität und Gerätemanagement mit dem umfassenden Know-how von Microsoft Azure, einschließlich Analysen und Vorhersagen.
Die Standardisierung, die wir mit dem SGS-Fall erreicht haben, ermöglicht es uns nun, die Lösung auf einige identifizierte Fälle anzuwenden - und viele weitere werden folgen, während unsere IoT-Reise weitergeht.
Derzeit arbeiten Swisscom und SGS an einem weiteren Projekt zur Überwachung der Luftqualität in Innen- und Außenbereichen, um ihre Kunden besser mit Gebäudemanagementdiensten zu versorgen.
Lies mehr zu diesem Thema:
https://www.swisscom.ch/de/business/enterprise/angebot/iot/smart-warehouse.html
Abdurixit Abduxukur
Cloud Solution Architect
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